Архитектурная бионика

82

Архитектурная бионика

Несколько позже истинную природу асимметрии вы ­ явили независимо друг от друга Жозеф ле Бель и Якоб Гендик Вант Гофф. Ими было высказано мнение, что атомы углерода имеют четыре электрона на внешней оболочке, хотя углерод может вмещать восемь электро ­ нов. Поэтому при заполнении внешней оболочки угле ­ рода четырьмя другими атомами создается тетраэд ­ ральная асимметричная структура, несовместимая со своим зеркальным изображением. Таким образом, молекулы органических соединений могут содержать асимметричные атомы, сами оставаясь внешне в целом симметричными, либо же молекулы мо ­ гут не содержать асимметричных атомов, но быть в це ­ лом асимметричны по своей структуре. Поэтому каж ­ дое соединение, состоящие из асимметричных молекул, может существовать в двух противоположных ориента ­ циях. Если эти контрлатеральные ориентации равно ­ ценны, как это имеет место в рацемической кислоте, то молекулы после соединения создают так называе ­ мую мезоформу (среднюю форму) . Тут же следует указать, что биохимическая характе ­ ристика сущности асимметричных стереоизомеров мо ­ жет быть оценена и вкусовыми, и обонятельными ощу ­ щениями человека (то же самое и в случае рацемичес ­ кой кислоты) . Как известно, эти характеристики сущест ­ венно различаются по спектру действия на организм. Более того, чувствительные к химическим раздражите ­ лям нервные окончания, именуемые в физиологии хеморецепторами, сами состоят из асимметричных веществ. Эти рецепторы по-разному реагируют на ле ­ вые и правые соединения.При введении асимметричных соединений в организм человека и животных возникает соответствующий дифференцированный спектр дей ­ ствия, заключающийся в избирательном влиянии на асимметричные структуры организма. Интересно, что при введении в организм того или иного стереоизомера усваивается только один из его типов, в то время как его противоположная, или зеркальная, аналогия уда ­ ляется как ненужное вещество. Кроме того, известны случаи усвоения обоих асимметричных изомеров, но далеко не с одинаковой интенсивностью. Современная фармакология располагает наглядны ­ ми примерами различного действия двух стереоизоме ­ ров. Например, никотин, полученный из табака, являет ­ ся левой формой никотина. Противоположная ему правая форма называется дектраникотином. Он полу ­ чен синтетически и гораздо менее токсичен (менее ак ­ тивен) , чем его левая форма. Другой пример: раствор левохиосциамина ведет к резкому расширению зрачков, в то время как раствор декстрахиосциамина в тех же концентрациях практи ­ чески не влияет на зрачки. Левоадреналин вызывает сильное сужение сосудов, а его зеркальный прототип примерно в 12 раз менее активен. Аскорбиновая кисло ­ та также имеет два противоположных варианта. Отра ­ женная форма этого витамина практически индеферент ­ на. Вытяжка щитовидной железы в виде гормона ти ­ роксина представляет собой асимметричную амино ­ кислоту, которая ведет к резкому увеличению процес ­ сов диссимиляции в организме, в то время как синте ­ тический тироксин, являясь зеркальным аналогом естественного, хотя и понижает содержание холестери ­ на в крови, не вызывает побочных явлений, характер ­ ных для природного тироксина. Преимущественное число асимметричных соединений углерода, которые исчисляются миллионами, в живом организме человека и животного существуют в одном из своих зеркальных вариантов. Если же в редких слу ­ чаях обнаруживается наличие обоих зеркально проти ­ воположных асимметричных модификаций, то, как правило, они должны быть в каких-либо соединениях. Проблема Влияния зеркальных аналогий различных

14.

Асимметричность

рис.

кристаллов рацемической кислоты. План храма 8есилия Блаженного

инструментов, манипулируя под микроскопом, отде ­ лил друг от друга асимметричные кристаллы рацеми ­ ческой кислоты. Приготовленные из них растворы ока ­ зались различного оптического спектра действия . Интересно, что оба вида кристаллов давали винную кислоту формально одного химического состава, но различного вращения в плоскости поляризации света (левая и правая плоскости) и разного биологическо ­ го и фармакологического воздействия, например, на человеческий организм: одно воздействие было анало ­ гично натуральной виноградной кислоте, другое • — син ­ тетической. Так было открыто, что рацемическая кислота состоит из двух оптически взаимно противоположных вино ­ градных кислот, кристаллы которых асимметричны (при симметричности кислоты в целом) . Важно отметить, что асимметричностью кристаллов определяется свойство кислот. Одновременно наличие зеркально разных по симметрии кристаллов стало при ­ чиной оптической нейтральности раствора рацемической кислоты, те. ее устойчивой равновесности, меньшей активности, чем это наблюдалось в виноградной кисло ­ те. Активность рацемической кислоты можно было по ­ высить нарушением ее симметричности, что и было сделано Я.Пастером. Он установил, что при выращива ­ нии некоторых видов плесени для культивирования грибов в растворе рацемической кислоты опти ­ чески нейтральный раствор становится активным. Оказалось, что плесень разрушает молекулы кислоты только одного типа, а к их зеркальным прототипам она индеферентна. Видимо, соответствующая асиммет ­ рия, характеризующая жизнедеятельность плесени, и предопределила ее избирательное действие на одну из форм или типов виноградной кислоты. Асимметричный микроорганизм, следовательно, может, по Л.Пастеру, демонстрировать свойство, которым не обладает ни од ­ но химическое вещество типа обычных окислителей. Только асимметричные агенты могут оказывать избира ­ тельное действие по отношению к энантиоморфам "• [14]. Исходя из описанного выше эксперимента, Л. Пастер высказал твердое убеждение в том, что только в живых организмах можно обнаружить асимметричные веще ­ ства, состоящие из асимметричных молекул одного типа. Это была, по его мнению, единственная четко установленная демаркационная линия, которую можно с уверенностью провести между химией живой ма ­ терии и химией неживого.

1 Энантиоморфы — зеркально обращенные формы.