Ett forskarlag vid University of Tokyo har reproducerbart syntetiserat trappliknande supramolekyler av en hand, eller chiralitet, använda standard laboratorieutrustning. Genom att gradvis avlägsna lösningsmedlet från en roterande lösning som innehåller icke-kirala prekursorer, de kunde producera helixar som vrider sig företrädesvis i en viss riktning. Denna forskning kan leda till nya och billigare läkemedelsproduktionsmetoder, samt att slutligen ta itu med en av de kvardröjande problematikerna om hur livet började.

En av de mest slående egenskaperna hos molekylerna som är viktigast för livet – inklusive DNA, proteiner, och sockerarter — är att de har en "händighet, " kallas kiralitet. Det vill säga, alla levande organismer valde att förlita sig på en molekyl, medan den icke-överlagringsbara spegelbilden inte gör någonting. Det här är lite som att äga en hund som bara hämtar dina vänsterhänta handskar, samtidigt som man helt ignorerar de högerhänta. Det blir ännu mer förbryllande när man betänker att kirala par beter sig identiskt kemiskt. Detta gör det extremt svårt att producera bara en typ av kiral molekyl när man börjar med icke-kirala prekursorer.

Hur och varför det tidiga livet valde den ena typen av handenhet framför den andra är en stor fråga inom biologi, och kallas ibland "frågan om homokiralitet". En hypotes är att någon tidig obalans bröt symmetrin mellan vänster- och högerhänta molekyler, och denna förändring var "låst" över evolutionär tid. Nu, forskare vid University of Tokyo har visat att, under rätt förutsättningar, makroskopisk rotation kan leda till bildandet av supramolekyler av en viss kiralitet.

Detta åstadkoms med hjälp av en rotationsindunstare, en standardutrustning i kemilabb som används för att koncentrera lösningar genom att försiktigt avlägsna lösningsmedlet. "Man trodde tidigare att makroskopisk rotation inte kunde orsaka molekylär kiralitet i nanoskala, på grund av skillnaden i skala, men vi har visat att molekylernas kiralitet verkligen kan fixeras i rotationsriktningen, " säger första författaren Mizuki Kuroha.

Enligt hennes teori, några forntida biomolekyler fångade i en urvirvel är ansvariga för valet av handenhet som vi har kvar idag.

"Dessa resultat ger inte bara insikt om ursprunget till livets homokiralitet, de representerar också ett banbrytande utseende i kombinationen av molekylär kemi i nanoskala och makroskopisk vätskedynamik, ", säger seniorförfattaren Kazuyuki Ishii. Denna forskning kan också möjliggöra nya syntesvägar för kirala läkemedel som inte kräver kirala molekyler som input.