Lewis Carrolli kuulsas lasteraamatus "Läbi peegli" peab Alice kassiga aru: "Ehk ei kõlba peeglitagune piim üldsegi juua?" Ehkki Carrolli ajal teati kiraalsuse rollist biokeemias vähe, tundub niisugune küsimus tagantjärele targale vägagi ettenägelik.
Paljud aminohapped ja suhkrud, aga ka teised elusorganismides sünteesitavad ühendid, võivad esineda kahel sarnasel kujul nõnda, et nende molekulide struktuurid kujutavad teineteise peegelpilte. Kui aatomid paiknevad molekulis ühel sirgel, saab niisuguse molekuli enese peegelpildiga ühtima panna teda üksnes tasapinnal pöörates ja nihutades. Selleks, et L-tähe kujulist molekuli oma peegelpildiga sobitada, peab teda juba ruumis – väljaspool temaga määratud tasandit – pöörama ja nihutama. Mõndasid kolmemõõtmelise struktuuriga molekule on aga võimatu üksnes ruumipöörete ja -nihete abil oma peegelpiltidega kokku viia. Niisuguseid aineid nimetatakse
 |
 |
| Enantiomeerid: Vasakul (R)-2-butanooli molekuli struktuur, paremal (S)-2-butanooli struktuur. Vasakpoolsel molekulil asub OH-rühm süsinikuahela tasandist (siksak) tagapool, parempoolsel eespool. | |
kiraalseteks ja nende peegelvorme enantiomeerideks. Kui algul on segamini 100 paremakäelist ja 50 vasakukäelist kiraalset molekuli, siis kuidas nad ka juhuslikult ei põrkaks ja liiguks, jäävad parema- ja vasemakäeliste molekulide arvud endisteks.
Huvitaval kombel esinevad paljudes biokeemilistes reaktsioonides vaid ühe enantiomeeri molekulid, kusjuures pole teada algset põhjust, miks näiteks just vasaku- ja mitte paremakäelised. Mõned rakuprotsessid vajavad toimumiseks kindla käelisusega ensüüme ja organismi spetsiifika seab samasuguse range piirangu teatud ravimitele; näiteks ühe tuberkuloosiravimi peegelvorm põhjustab hoopiski pimedaksjäämist.
Palju huvi on tuntud mehhanismi vastu, mille tulemusena eluslooduses niisugune eristus kujunenud on. Ühe arvamuse kohaselt on tegemist täiesti juhusliku valikuga ja see viib tuntud spekulatsioonini Maaga paralleelselt arenenud tsivilisatsioonist, mis võiks olla siinse koopia vaid selle erinevusega, et kasutaks peegelvorme meie kiraalsetest molekulidest. Ehkki muus osas igati sarnane, osutuks niisuguse peegelinimese organismile eelpool mainitud tuberkuloosiravim halvavalt.
Eluslooduse kiraalsuse valiku algpõhjuseks on pakutud polariseeritud valguse mõju, kuid hiljuti ajakirjas Physical Review Letters avaldatud teadusuuring viitab veel ühele huvitavale võimalusele. USA füüsikud tegid kindlaks, et 2-butanooli enantiomeerid lagunevad erineva kiirusega olenevalt sellest, missuguse spinniga elektronidega nende molekule pommitatakse. Spinnpolariseeritud elektronide saamiseks kiiritati röntgenkiirgusega magneeditud raua ja nikli sulamist plaati. Tuginedes varasematele uuringutele, väidavad teadlased, et nõnda fotoefektil väljunud elektronide spinnid jaotuvad statistiliselt ebavõrdselt ja nende eelistus oleneb plaadi magnetvälja suunast.
Kõrgvaakumis asuvale ruutsentimeetri suurusele plaadile kanti umbes kolme molekuli paksune kiht 2-butanooli – ühte lihtsamatest kiraalsetest ühendeist. Algul oli kumbagi enantiomeeri võrdselt, kuid nagu näitasid mõõtmised, kahanes ühe kogus kiiritamisel kiiremini kui teisel. Plaadi magnetvälja suunda muutes läksid vahetusse ka enantiomeeride lagunemiskiirused. Sellest järeldavad teadlased, et spinnolek mõjutab elektronide toime määra kiraalsete keemiliste sidemete lõhkumisel. Kirjeldatud mehhanism seostatakse raudmeteoriitides leitud kiraalsete ühendite peegelvormide ebavõrdse esindatusega ja rõhutatakse raua kui magnetilise materjali rohkust langevas taevapurus. Kui nüüd veel laboris kasutatud röntgenkiirgus asendada kosmilisega, jõuab julge spekulant mõttele elueelsete kiraalsete molekulide selektsioonist meteoriitidel ja nende valikulisest jõudmisest Maale. Ehkki niisugune stsenaarium näib ebatõenäoline, pole teiste eluslooduse käelisuse valikut põhjendavate seletuste kasuks veenvamaid tõendeid ja teadmine, miks me ei ole iseendi peegelduste kehastused, jääb esialgu teadmatusse tulevikku.
Allikad:
1. Phys. Rev. Lett. 101, 178301 (2008): Chiral-Selective Chemistry Induced by Spin-Polarized Secondary Electrons from a Magnetic Substrate
2. physicsworld.com: Electrons put a new spin on chirality
Toimetas Erik Randla