रेणूंचे उजवे-डावे हात आणि औषधनिर्मितीचे विज्ञान!

रसायनशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार २०२६ : हेन्री कागन आणि केन्सो सोआई

लेख : विज्ञानकट्टा

एकसारखे दिसणारे, पण वेगळे वागणारे रेणू!

आपण आरशासमोर उभे राहिलो, की आपली प्रतिमा दिसते. ती आपल्यासारखीच दिसते; पण तिच्या उजव्या आणि डाव्या बाजूंची मांडणी उलट असते. आपला डावा हात आणि उजवा हात हेही याचे उत्तम उदाहरण आहे.

आता विचार करा : आपल्या शरीरात असलेल्या एखाद्या रेणूचीही अशी आरशातील प्रतिमा असू शकते का? आणि ती प्रतिमा मूळ रेणूसारखीच वागेल का?

या प्रश्नाचे उत्तर औषधनिर्मितीपासून ते पृथ्वीवरील जीवनाच्या उगमापर्यंत अनेक विषयांशी जोडलेले आहे.

२०२६ च्या रसायनशास्त्रातील नोबेल पुरस्काराने हेन्री बी. कागन (Henri B. Kagan) आणि केन्सो सोआई (Kensō Soai) यांच्या कायरेल रेणूंच्या निर्मितीशी संबंधित महत्त्वपूर्ण संशोधनाचा गौरव केला. त्यांच्या कार्यामुळे रासायनिक अभिक्रियांमध्ये विशिष्ट त्रिमितीय रचना असलेले रेणू अधिक प्रमाणात कसे तयार होऊ शकतात, हे समजून घेण्यास मदत झाली.

रेणूंनाही असते त्रिमितीय रचना!

रसायनशास्त्रात आपण रेणूंची रासायनिक सूत्रे शिकतो. उदाहरणार्थ, पाण्याचे सूत्र H₂O आहे. पण रेणू म्हणजे केवळ अणूंची यादी नव्हे. अणू एकमेकांशी कसे जोडलेले आहेत आणि अवकाशात त्यांची मांडणी कशी आहे, हेही महत्त्वाचे असते.

काही रेणूंची रचना एकमेकांच्या आरशातील प्रतिमांसारखी असते. तरीही त्या दोन रचना एकमेकांवर पूर्णपणे जुळवून ठेवता येत नाहीत. या गुणधर्माला कायरेलिटी (Chirality) म्हणतात.

डावा आणि उजवा हात हे त्याचे सोपे उदाहरण आहे. दोन्ही हातांत सारखे भाग असतात; तरी ते एकमेकांवर पूर्णपणे जुळत नाहीत.

रेणूंच्या जगात हा छोटासा फरक फार मोठे परिणाम घडवू शकतो.

औषधनिर्मितीत रेणूंच्या आकाराला इतके महत्त्व का?

आपल्या शरीरात अनेक प्रथिने, विकरे आणि पेशींवरील संरचना विशिष्ट आकाराच्या रेणूंशी परस्परक्रिया करतात. एखाद्या कुलपात योग्य आकाराची किल्लीच नीट बसते, त्याप्रमाणे जैविक संरचनांशीही काही रेणू अधिक योग्य प्रकारे जुळतात.

म्हणूनच, एकाच रासायनिक सूत्राचे दोन कायरेल प्रकार शरीरात वेगवेगळे परिणाम घडवू शकतात. एखादा प्रकार अपेक्षित जैविक परिणाम देऊ शकतो, तर दुसऱ्याचा परिणाम वेगळा असू शकतो.

औषधनिर्मितीत त्यामुळे केवळ कोणता पदार्थ तयार झाला हे पुरेसे नसते; त्याची त्रिमितीय रचना काय आहे, हेही तपासावे लागते.

हेन्री कागन यांचे संशोधन : योग्य रेणू अधिक प्रमाणात कसा तयार करायचा?

रासायनिक अभिक्रियेत आरशातील प्रतिमांसारख्या दोन प्रकारच्या रेणूंचे मिश्रण तयार होऊ शकते. पण अनेकदा शास्त्रज्ञांना त्यांपैकी एका प्रकाराचे प्रमाण जास्त हवे असते.

यासाठी असममित उत्प्रेरण (Asymmetric Catalysis) महत्त्वाचे ठरते.

हेन्री कागन यांनी या क्षेत्राच्या विकासात महत्त्वपूर्ण योगदान दिले. त्यांच्या संशोधनातून विशिष्ट कायरेल रचना असलेल्या रेणूंची निर्मिती अधिक निवडकपणे घडवून आणण्याच्या पद्धती विकसित होण्यास मदत झाली.

प्रयोगामागील विज्ञान

समजा, एखाद्या अभिक्रियेत A आणि B असे दोन कायरेल प्रकार तयार होऊ शकतात. शास्त्रज्ञांना A हा प्रकार अधिक प्रमाणात हवा आहे.

१. ते विशिष्ट रचना असलेला उत्प्रेरक निवडतात.

२. योग्य अभिक्रिया-अटींमध्ये अभिकारकांची अभिक्रिया घडवून आणतात.

३. तयार झालेल्या A आणि B या दोन्ही प्रकारांचे प्रमाण मोजतात.

४. उत्प्रेरक आणि अभिक्रियेच्या अटी बदलल्यावर A चे प्रमाण वाढते का, हे तपासतात.

अशा प्रकारे शास्त्रज्ञ रासायनिक अभिक्रियेची निवडकता वाढवण्याचा प्रयत्न करतात.

उत्प्रेरक म्हणजे रासायनिक अभिक्रियेचा मार्ग किंवा वेग बदलण्यास मदत करणारा पदार्थ. तो अभिक्रियेच्या प्रक्रियेत खर्च होऊन संपत नाही.

केन्सो सोआई यांचे संशोधन : अभिक्रियेचे उत्पादनच अभिक्रियेला चालना देऊ शकते!

आता एक वेगळी कल्पना पाहूया.

एखाद्या अभिक्रियेत तयार झालेला पदार्थच त्याच प्रकारचा आणखी पदार्थ तयार होण्यास मदत करू लागला, तर काय होईल?

अशा प्रक्रियेला स्व-उत्प्रेरण (Autocatalysis) म्हणतात.

केन्सो सोआई यांनी विकसित केलेली प्रसिद्ध Soai reaction ही स्व-उत्प्रेरणाच्या अभ्यासातील महत्त्वाची रासायनिक अभिक्रिया आहे. या अभिक्रियेत तयार होणारा कायरेल पदार्थ पुढील अभिक्रियेला चालना देऊ शकतो. योग्य परिस्थितीत यामुळे एका कायरेल प्रकाराचे प्रमाण वाढत जाऊ शकते.

हे नेमके कसे घडते?

१. ठरावीक अभिकारक योग्य परिस्थितीत एकत्र आणले जातात.

२. अभिक्रियेत कायरेल उत्पादन तयार होते.

३. हे उत्पादन पुढील अभिक्रियेसाठी उत्प्रेरकासारखे काम करू शकते.

४. त्यामुळे त्याच कायरेल प्रकाराची आणखी निर्मिती होऊ शकते.

५. तयार झालेल्या पदार्थांचे प्रमाण आणि कायरेल रचना तपासून शास्त्रज्ञ या प्रक्रियेचा अभ्यास करतात.

या संशोधनातून एक महत्त्वाची गोष्ट स्पष्ट झाली : सुरुवातीला अगदी लहान असलेला कायरेल असमतोलही विशिष्ट रासायनिक परिस्थितीत वाढू शकतो.

पृथ्वीवरील जीवनाच्या उगमाशी याचा काय संबंध?

हा प्रश्न अधिकच रंजक आहे.

सजीवांच्या शरीरातील अनेक जैविक रेणू विशिष्ट कायरेल प्रकारात आढळतात. उदाहरणार्थ, प्रथिने तयार करणारी बहुतांश अमिनो आम्ले एका विशिष्ट कायरेल प्रकाराची असतात.

पण जीवनाच्या सुरुवातीच्या काळात ही निवडकता कशी निर्माण झाली असावी?

हा प्रश्न अजून पूर्णपणे सुटलेला नाही. मात्र, स्व-उत्प्रेरणामुळे एखाद्या कायरेल प्रकाराचे प्रमाण वाढू शकते, हे समजल्याने या प्रश्नाचा अभ्यास करण्यासाठी वैज्ञानिकांना एक महत्त्वाची दिशा मिळाली.

याचा अर्थ Soai reaction मुळे पृथ्वीवरील जीवनाची सुरुवात कशी झाली, हे सिद्ध झाले आहे असा नाही. ती या व्यापक प्रश्नाचा अभ्यास करण्यासाठी उपयुक्त ठरणारी एक रासायनिक प्रक्रिया आहे.

या संशोधनाचा सामान्य माणसाला काय उपयोग?

औषधनिर्मितीत योग्य रचनेचे रेणू निवडकपणे तयार करणे महत्त्वाचे असते. अशा संशोधनामुळे अधिक सुरक्षित आणि परिणामकारक औषधांच्या निर्मितीसाठी आवश्यक असलेल्या रासायनिक पद्धतींच्या विकासाला मदत होते.

याशिवाय, कृषी रसायने, सुगंधी पदार्थ आणि इतर सेंद्रिय संयुगे तयार करतानाही रेणूंच्या रचनेतील निवडकता उपयुक्त ठरू शकते.

मात्र, प्रत्येक औषध या दोन वैज्ञानिकांच्या संशोधनामुळेच तयार झाले आहे, असा अर्थ घेऊ नये. औषधनिर्मिती हे अनेक शास्त्रज्ञांच्या संशोधनावर, चाचण्यांवर आणि स्वतंत्र वैज्ञानिक प्रगतीवर आधारलेले मोठे क्षेत्र आहे.

तुमच्यासमोर डावा आणि उजवा हात ठेवा. दोन्ही हातांत पाच बोटे आहेत, तळहात आहे आणि अंगठा आहे. तरी एक हात दुसऱ्यावर पूर्णपणे जुळत नाही.

आता हाच विचार रेणूंवर लागू करा. अणू तेच असू शकतात; पण त्यांची अवकाशातील मांडणी वेगळी असेल, तर त्यांच्या गुणधर्मांत फरक पडू शकतो.

विज्ञानातील अनेक मोठे प्रश्न अशा साध्या निरीक्षणांतून समजायला सुरुवात होते.

रसायनशास्त्रात कधी कधी एखाद्या अणूची किंवा रेणूची मांडणी बदलल्याने त्याच्या गुणधर्मांत मोठा फरक पडतो. त्यामुळे रेणूंचा अभ्यास करताना त्यांचे सूत्र जाणून घेणे जितके महत्त्वाचे, तितकेच त्यांचा आकार आणि अवकाशातील मांडणी समजून घेणेही महत्त्वाचे आहे.

हेन्री कागन आणि केन्सो सोआई यांच्या संशोधनातून आपल्याला हेच शिकायला मिळते की निसर्गातील अतिशय सूक्ष्म फरकही औषधनिर्मिती, रसायनशास्त्र आणि जीवनाच्या उगमासंबंधीच्या प्रश्नांसाठी महत्त्वाचे ठरू शकतात.

विज्ञानात कधी कधी उत्तर शोधण्यासाठी पदार्थ कोणता आहे एवढेच नव्हे, तर त्यातील अणू नेमके कसे मांडलेले आहेत, हेही विचारावे लागते!

विज्ञानकट्टा — विज्ञान समजून घेऊया, कुतूहल जागवूया!

संदर्भ :

- Nobel Prize — Chemistry 2026: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2026/

- Nature — Chemistry Nobel and chiral molecules: https://www.nature.com/articles/d41586-026-03093-0