ik schreef hier een paar jaar geleden over het mysterieuze tekort aan Sparteïne, en het is een probleem dat niet is verdwenen. Sparteïne, voor degenen die noch alkaloïden noch asymmetrische organische chemieroutes verzamelen, is een van nature voorkomende verbinding (gevonden in een Zuid-Amerikaanse soorten van lupine, onder andere), en het is ook een interessant reagens. De stijve ringstructuur en plaatsing van twee basische tertiaire aminen maken het mogelijk om asymmetrische anionische complexen in oplossing te vormen, vooral met organolithiumreagentia. Dit kan een aantal echt nuttige reacties mogelijk maken die slechts één enantiomeer product vormen (een spiegelbeeld-isomeer), een kenmerk waar synthetische organische chemici altijd naar uitkijken.
Het probleem, zoals vermeld in die blogpost, is dat het asymmetrische reagens beschikbaar moet zijn. Een onbalans in chiraliteit verschijnt niet zomaar. Als je een verbinding hebt die een enkele enantiomeer is, moest je deze maken of zuiveren via iets anders dat een enkele enantiomeer was. Dingen die geen spiegelbeeldige isomeren kunnen zijn (zoals gewoon water) of 50 mengsels van dergelijke isomeren zijn, zijn niet in staat om zelf zuivere enantiomeren te scheiden of te synthetiseren. Als iemand een schoen door een rechte metalen buis laat vallen (een symmetrisch item), kun je niet zien of het een linker- of rechterschoen is die het ding naar beneden ratelt, maar als je je hand uitstrekt met je hand (asymmetrische) linker- of rechterhand en raak de schoen aan nadat deze naar buiten komt, je kunt het zien, zelfs als de lichten uit zijn.
We hebben de lupine te danken voor het maken van asymmetrische sparteïne voor ons, maar iemand moet de moeite nemen om het te isoleren of te synthetiseren uit een meer beschikbare ‘chirale pool’-precursor (voor sparteïne zou dat een andere alkaloïde zijn, cytisine Er was een soort grote storing in de aanvoer een aantal jaar geledenmaar dat was niet de eerste keer dat dit was gebeurd. Dit maakt grootschalige pogingen om de synthetische methoden op basis van de verbinding te gebruiken riskant – hier bijvoorbeeld, is de procesgroep bij Vertex die ervoor kiest om via een andere route te gaan in plaats van de gok te wagen. Ze keken ook naar “sparteïne surrogaat”, een zeer vergelijkbare verbinding die dezelfde soorten chemie kunnen uitvoeren, maar die is ook afgeleid van cytisine en lost niet noodzakelijk de bevoorradingsproblemen op, vooral niet voor productiewerk.
De O’Brien-groep in York die het surrogaat heeft ontwikkeld nu rapporteert een synthetische route op gramschaal, die zou kunnen helpen. Deze heeft helemaal geen plant nodig om je een enkele alkaloïde enantiomeer te maken – in plaats daarvan wordt de asymmetrie veroorzaakt door het gebruik van een bacterieel lipase-enzym (van een Burkholderia soorten) om een enkele enantiomeer af te leveren bij een belangrijke stap tijdens de synthese. Dat is weer een goed voorbeeld van ‘chiraliteit moet ergens vandaan komen’ – traceer elke bereiding van een enkele enantiomeer ver genoeg terug, en je zult vrijwel zeker iets vinden dat is afgeleid van een levend wezen, aangezien biochemie verreweg de meest gemakkelijke bron van asymmetrische moleculen is. .
Alle eiwitten en alle koolhydraten in levende organismen op aarde hebben dezelfde “handigheid”, wat een krachtig argument is voor een enkele oorsprong van leven (of op zijn minst een enkele overgebleven lijn van een dergelijke oorsprong). Hoe we allemaal zo zijn beland, is een zeer controversieel onderwerp – is er iets met één enantiomere reeks die intrinsiek beter is? Dat zou eigenlijk onmogelijk moeten zijn – chemisch gezien zijn de twee identiek. Is er een manier waarop een onbalans van twee spiegel-isomere aminozuren of suikerpercursors zich had kunnen ontwikkelen voordat het leven op gang kwam? Dat brengt ons terug naar “chiraliteit moet ergens vandaan komen” en allerlei rare verklaringen die teruggaan naar subtiele asymmetrieën in fundamentele natuurwetten en dergelijke (een onderwerp I schreef erover op deze blog in 2002 – man, heb ik veel blogposts geschreven). Als onze levensvormen relatief gemakkelijk te ontwikkelen zijn in het universum (wat tenslotte zwemmen in water, aminozuren, enzovoort is), zullen we dan een vijftigvijftig mix van isomere levensvormen tegenkomen als we beginnen met verkennen? Ik heb geen idee, en niemand anders ook – het is een van de belangrijkste open vragen, en het lijkt erop dat dat nog een goede tijd zal blijven.
Nog een filosofisch onderwerp, want het is tenslotte vrijdag: hoe herkennen we zelf asymmetrie? Met andere woorden, hoe weten we rechts van links? De vraag klinkt belachelijk, maar verbetert de inspectie. Mensen zijn (meestal) bilateraal symmetrisch, maar de twee hersenhelften vormen een sterke uitzondering. Ik kan die uitzondering niet noemen zonder mensen naar het konijnenhol te sturen dat de Jaynes “Bicameral mind” hypothese – Ash Jogalekar heeft me erop gewezen dat Richard Dawkins ooit gebeld die “ofwel complete onzin of een werk van volmaakte genialiteit, niets daartussenin“, En ik kan het daar niet mee oneens zijn. Hoe embryo’s in de eerste plaats dergelijke asymmetrieën ontwikkelen, is een andere onverwacht diepe vraag, en komt misschien neer op de richting die de trilharen inslaan, wat misschien wel neerkomt op de eiwitten die bij hun constructie betrokken zijn, en we zijn weer terug bij de chiraliteit-van-biochemie.
Bedenk ook dat onze ogen afzonderlijk in elk halfrond zijn aangesloten (wat heeft geleid tot een paar spectaculair rare rapporten in de literatuur na het wanhopige chirurgische hulpmiddel van corpus callosotomie in ernstige gevallen van epilepsie. Het op een dergelijke manier verbreken van de belangrijkste neurale verbindingen tussen de twee hersenhelften heeft een aantal bijwerkingen, en hiervan kunnen zijn dat een patiënt (in ieder geval in eerste instantie) verschillende antwoorden op dezelfde vragen wanneer ze worden gelezen door het linkeroog versus het rechteroog (de verschillende verbale vloeiendheid van elk halfrond speelt ook een rol). Dus mijn hypothese is dat op macroscopisch niveau ons chiraliteitsherkenningssysteem gebaseerd is op asymmetrieën in onze bewuste verwerking van de wereld via ons linker- en rechteroog, en dus onze linker- en rechterhersenhelft. Ik zal blij zijn te zien dat mensen gaten in dit idee steken in de commentaren.