تُمنح جائزة وولف في الكيمياء لعام 2021 للأستاذين ليزلي لازيروفيتز ومئير لاهاف لعملهما المشترك في تحديد التأثيرات المتبادلة للبنية ثلاثية الأبعاد للجزيئات على هياكل البلورات العضوية.
يعد تكوين البلورات أحد أهم الظواهر الأساسية في الكيمياء. إن بنية البلورات العضوية لها أهمية خاصة لأن شكل البلورة (مورفولوجيا) يعكس البنية ثلاثية الأبعاد (الكيمياء المجسمة) للجزيئات التي تشكل البلورة. في عام 1848، أجرى لويس باستور التجربة الشهيرة، حيث قام بفصل الشكلين البلوريين لملح حمض الطرطريك، اللذين يبدوان كصورتين متطابقتين لبعضهما البعض. إن أبحاث باستور، التي أعقبها عمل أول حائز على جائزة نوبل في الكيمياء، جاكوبوس وأنيت هوف، قد خلقت الأساس للكيمياء المجسمة الحديثة. لكن باستور وأنيت هوف، بالإضافة إلى الآلاف من الكيميائيين المشهورين الآخرين، فشلوا في حل لغز العلاقة بين مورفولوجية البلورة والكيمياء المجسمة للجزيئات التي اندمجت معًا في هذه البلورة.
لقد مر ما يقرب من 140 عامًا حتى منتصف الثمانينيات، عندما تمكن البروفيسوران لاهاف ولازيروفيتز من حل اللغز الذي طال أمده. ومن خلال سلسلة من التجارب الدرامية، أثبتوا لأول مرة أنه يمكن تحديد التماثل المكاني للجزيئات بناءً على شكلها البلوري. وبذلك أسسوا علم الكيمياء المجسمة للبلورات العضوية. لقد شرحوا العلاقة المتبادلة بين بنية الجزيء المفرد وشكل البلورة العيانية وقاموا بصياغة الروابط بين التركيب الجزيئي، ومورفولوجيا البلورات، وديناميكيات نمو البلورات، واللامركزية الجزيئية (الخاصية الهيكلية لأي جسم، مما يجعله مختلفًا) من صورتها في المرآة، مثل أيدي الإنسان). أرست النتائج التي توصلوا إليها الأساس لمعرفتنا الحالية عن التجميع التلقائي للجزيئات العضوية، وبالتالي استكمال فهمنا للكيمياء العضوية للروابط التساهمية، والتجميع الذاتي للجزيئات الكبيرة.
علاوة على ذلك، واستنادًا إلى فهمهم لديناميكيات نمو البلورات، فقد تمكنوا من تصميم وتشكيل بلورات مراوانية مع التحكم في معدل النمو النسبي للشعيرات البلورية. لقد فعلوا ذلك باستخدام كميات صغيرة من الإضافات اللولبية، التي تسببت في تسريع أو تأخير معدل نمو البلورة في الاتجاهات المختلفة. لقد صمموا بلورات ثنائية وثلاثية الأبعاد، وشرحوا ديناميكيات نموها، وأثبتوا لأول مرة أنه من الممكن تصميم بلورات يمكن أن تؤدي إلى منتجات لم تكن متوفرة بالطرق التقليدية. علاوة على ذلك، فقد تمكنوا من تفسير مجموعة متنوعة من ظواهر التبلور في الأنظمة البيولوجية، في سياق الأمراض، مثل تبلور الكوليسترول في الأوعية الدموية، وصبغة الملاريا في خلايا الدم الحمراء.
بما أن جميع الأنظمة البيولوجية تتكون من جزيئات ذات عدم انطباقية واحدة فقط، فإن السؤال العلمي الأساسي المتعلق بأصل الحياة على الأرض يرتبط ارتباطًا وثيقًا بأصل عدم التناظرية في الطبيعة. اقترح لاهاف ولازرويتز طرقًا محتملة لمسألة أصل اللامركزية في الطبيعة، من خلال إظهار أن التفاعلات الكيميائية المحددة يمكن أن تسبب تضخيمًا لامركزيًا وإنشاء مكون واحد من خليط راسيمي (خليط من الشكلين اللامركزيين بنسب متساوية). لقد أظهروا كيف أن البلمرة داخل البلورات ثنائية الأبعاد، المتكونة من مكونات تسلسلية، يمكن أن تؤدي إلى تكوين قليلات الببتيد المتجانسة. هذه التجارب الرائعة، التي تظهر العلاقة بين تجمع الجزيئات الصغيرة في البلورات وتكوين البوليمرات الحيوية اللولبية، تقدم تفسيرًا للتطور الكيميائي، من الخلائط البسيطة التي سبقت تكوين الحياة، إلى الآلية الكيميائية المعقدة للحياة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
