פרס נובל לכימיה לשנת 2026 יוענק לאנרי בוריס קגן (Kagan) מאוניברסיטת פריז-סוד בצרפת ולקנסו סואי (Soai) מאוניברסיטת טוקיו למדע ביפן, על תגליות ששינו את ההבנה של הדרך שבה תגובות כימיות יכולות להעדיף אחת משתי צורות-מראה של אותה מולקולה. קגן הראה שהעדפה קלה לאחת הצורות יכולה להתחזק במהלך תגובה, וסואי גילה תגובה כימית שבה התוצר הרצוי מוביל גם להאצת היצירה של עצמו. יחד, מחקריהם חשפו איך אסימטריה כימית זעירה יכולה להתעצם. התהליך נוגע גם באחת החידות הבסיסיות של הכימיה: איך אבני הבניין המרכזיות של כל היצורים החיים מופיעות כמעט תמיד רק בצורה אחת.
מולקולות מסוימות יכולות להופיע בשתי צורות שהן תמונות מראה זו של זו, כמו יד ימין ויד שמאל. מולקולות כאלה נקראות מולקולות כִּירָאלִיוֹת, מהמילה היוונית “כייר” (χειρ), שפירושה יד. בשתי הצורות יש אותם אטומים ואותם קשרים ביניהם, אך הם מסודרים אחרת במרחב. שתי צורות המראה אינן חופפות זו לזו ונקראות אננטיומרים. להבדל המרחבי הזה יכולה להיות משמעות רבה, שכן הוא משפיע על האופן שבו מולקולה נקשרת לאנזימים, לקולטנים ולמולקולות אחרות.
בכמה מאבני הבניין המרכזיות של החיים קיימת העדפה כמעט מוחלטת לאחת משתי צורות המראה. אפשר לחשוב עליהן, בפשטות, כעל גרסה “שמאלית” וגרסה “ימנית” של אותה מולקולה. החלבונים של יצורים חיים בנויים כמעט כולם מחומצות אמינו מאותה צורת מראה, ואילו גם הסוכרים שב-DNA וב-RNA מופיעים בטבע כמעט תמיד בצורה קבועה. העדפה עקבית כזאת לאחת משתי צורות המראה נקראת הומוכיראליות.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
חיסוני השפעת: למה צריך לחדש אותם מדי שנה?
כמה זמן נשאר לנו? תשאלו את השעון
התרבות המשותפת שלנו ושל הניאנדרטלים
אחד הצעדים הראשונים בדרך להבנת הכיראליות נעשה באמצע המאה ה-19. המדען הצרפתי לואי פסטר (Pasteur) חקר גבישים של מלח שמקורו בחומצה טרטרית, חומר המצוי בענבים וביין. הוא הבחין בכך שחלק מהגבישים היו תמונות מראה של אחרים. בעזרת מיקרוסקופ ופינצטה הוא הפריד אותם לשתי קבוצות, המיס כל קבוצה בנפרד וגילה שגבישים שונים של החומצה הזאת מגיבים בצורה שונה לאור מקוטב, שהוא אור המתקדם בכיוון מוגדר אחד. אחד הגבישים מסיט את האור לצד אחד, אך גביש אחר מסיט אותו לצד שני; זו תכונה מובהקת של חומרים כיראליים. ולא די בכך, אלא שכאשר פסטר ערבב את שתי התמיסות, ההבדלים האופטיים התבטלו. הניסוי היה אבן דרך בהבנה שלחומרים מסוימים יכולות להיות שתי צורות מראה בעלות תכונות אופטיות הפוכות.
מתיאוריה למעשה
ב-1953 ניסה הפיזיקאי התיאורטי פרדריק צ’רלס פרנק (Frank) להסביר איך אצל יצורים חיים מופיעה רק צורת מראה אחת של מולקולות מסוימות, ללא צורת המראה השנייה. הוא הציע מודל המבוסס על שלושה תנאים, שיכול להסביר את התופעה באמצעות תגובות כימיות. ראשית, התגובה צריכה להעדיף יצירה של אחת משתי צורות המראה; שנית, התוצר צריך לסייע ליצירת עוד עותקים של עצמו, בתהליך שנקרא קטליזה עצמית; ולבסוף, כל אחת משתי הצורות צריכה לעכב את היווצרות הצורה המתחרה. השילוב בין שלושת התנאים יוצר תהליך שמגביר את עצמו: עדיפות קלה לאחת הצורות בתחילת הדרך יכולה להתגבר עוד ועוד ולהוביל להעדפה חזקה מאוד לצורה הזאת. פרנק הראה שהתהליך הזה אפשרי מבחינה תיאורטית, אבל עדיין נותרה שאלה גדולה: האם אכן קיימת תגובה כימית אמיתית שפועלת כך?
שתי הצורות של חומצה אמינית אלנין. D-Alanine הוא תמונת הראי, האננטיומר, הימנית, ואילו L-Alanine הוא תמונת הראי השמאלית של אותה חומצה אמינית. ניתן לראות שהמבנה של שתי המולקולות זהה והן תמונה מראה זו של זו
(איור: Johan Jarnestad, The Royal Swedish Academy of Sciences)
יותר משלושים שנה לאחר מכן החל קגן לבחון הנחה בסיסית בנוגע לתגובות שבהן משתמשים בזרז כדי להעדיף יצירה של אחת משתי צורות המראה של התוצר – תהליך שנקרא קטליזה אסימטרית. בתגובות כאלה משתמשים בזרז כדי לתת עדיפות לאחת משתי צורות המראה של התוצר על פני השנייה.
בתקופה ההיא עוד הניחו שיש קשר פשוט בין הרכב הזרז להרכב התוצר: ככל שאחת מצורות המראה הייתה נפוצה יותר בזרז, הכימאים ציפו שתהיה נפוצה יותר גם בתוצר. קגן חשד שהמציאות מורכבת יותר. הוא שיער שבזרזים מסוימים שתי מולקולות כיראליות נקשרות יחד לאטום מתכת שנמצא במרכז הזרז. בהתאם לאופן הצירוף ביניהן, יכולות להיווצר כמה צורות נבדלות של הזרז, וחלקן יעילות יותר מחברותיהן. לכן ההשפעה של הזרז על התוצר אינה חייבת להיות ביחס ישר להרכבו.
ב-1986 בדקו קגן ועמיתיו מה קורה כשמשנים את היחס בין שתי צורות המראה של החלק הכיראלי בזרז. הם בחנו שלוש תגובות וגילו שבאף אחת מהן לא התקיים הקשר הישיר שהכימאים חזו בין הרכב הזרז להרכב התוצר. בשתיים מהתגובות ההעדפה לצורת מראה מסוימת הייתה נמוכה מהצפוי, ובשלישית היא הייתה גבוהה יותר. כלומר הצורה השלישית של הזרז הובילה להעדפה חזקה מהצפוי של אחת מצורות המראה של התוצר. נדרשו לצוות יותר מ-30 ניסויים בשביל להגיע לתוצאה זו.
ההסבר על התגלית של הזוכים בפרס נובל בכימיה לשנת 2026
(צילום: TT News Agency/Fredrik Sandberg/Reuters)
קגן הציע את האפשרות שצורות שונות של הזרז אינן יעילות באותה מידה. אם אלה שמובילות ליצירת אחת מצורות המראה של התוצר פעילות יותר מאלה שמובילות לצורת המראה השנייה, תהיה העדפה לתוצרים בצורה התואמת לזרז הזה. כך התגובה יכולה להגביר חוסר איזון כיראלי קיים.
קגן, אם כן, הראה שההעדפה לאחת משתי צורות המראה יכולה להתחזק במהלך התגובה הכימית. סואי שאף להוביל את ההגברה הזאת צעד נוסף הלאה. בתחילת שנות ה־90 הוא חקר תגובות שבהן זרז כיראלי מוביל ליצירת תוצר כיראלי מסוים, והבחין בדמיון בין מבנה הזרז למבנה של התוצר. מכאן התעורר רעיון מסקרן: אולי אפשר להשתמש בתוצר עצמו כזרז שיאיץ את המשך היווצרותו. תהליך כזה, שבו תוצר של תגובה מזרז את היצירה של עצמו, נקרא קטליזה עצמית.
ב-1990 הראה סואי לראשונה קטליזה עצמית אסימטרית, אבל ההישג עדיין לא פתר את הבעיה שהציב פרנק. לזרז שבו השתמש הייתה העדפה חזקה לאחת מצורות המראה, אך התוצר הפיק העדפה חלשה יותר. כלומר התגובה אכן הזינה את עצמה, אך במקום לחזק את ההבדל בין שתי צורות המראה – היא החלישה אותו.
איור של גילוי השפעות לא-ליניאריות ואוטוקטליזה בסינתזה אורגנית אסימטרית
(צילום: מתוך רשת X)
חמש שנים לאחר מכן הצליחו סואי ועמיתיו למצוא את מבוקשם. הם גילו תגובה שבה התוצר לא רק זירז את המשך היווצרותו, אלא גם חיזק את ההעדפה לאחת משתי צורות המראה. אחד הניסויים החל עם חומר שבו אחת הצורות הייתה קצת יותר נפוצה מהשנייה. לאחר סבב אחד העודף זינק ל-55 אחוז, ובתום עוד כמה סבבים הגיע לכ-90 אחוז. כלומר הבדל קטן בין שתי צורות המראה בתחילת הדרך התחזק ככל שהתהליך חזר על עצמו.
זו הייתה פריצת דרך של ממש: לראשונה הודגם במעבדה תהליך ששילב קטליזה עצמית עם הגברה של ההעדפה לאחת מצורות המראה, וכך מימש את שלושת התנאים שהציע פרנק יותר מארבעים שנה קודם לכן.
סואי ועמיתיו המשיכו לשכלל את התגובה. באחד הניסויים הם התחילו בעודף של 0.00005 אחוז בלבד לאחת מצורות המראה, ואחרי כמה מחזורים יותר מ-99.5 אחוזים מהתוצרים היו בצורה הזאת. בניסויים אחרים הראו שאפילו אם לא נותנים מראש יתרון לאחת משתי הצורות, תנודה אקראית זעירה בתחילת התגובה יכולה לקבוע איזו מהן תשתלט בהמשך. תגובת סואי הראתה אפוא איך מערכת כימית יכולה להפוך הבדל כמעט בלתי מורגש להעדפה חזקה מאוד.
התגליות של קגן וסואי שינו את האופן שבו כימאים חושבים על כיראליות בתגובות. קגן הראה שהקשר בין הזרז לתוצר אינו תמיד פשוט וצפוי, ושאינטראקציות בין מרכיבי הזרז יכולות לשנות את היחס בין שתי צורות המראה ואף לחזק את ההעדפה לאחת מהן. סואי לקח את הרעיון צעד נוסף והראה שאפשר ליצור תגובה שבה התוצר עצמו מסייע להמשך יצירתו, וכך להעצים הבדל זעיר בין שתי צורות המראה. יחד, העבודות שלהם הראו שההעדפה הכיראלית יכולה להשתנות ואף להתחזק במהלך התגובה עצמה.
להבנה הזאת יש גם חשיבות מעשית. בתרופות, למשל, שתי צורות מראה של אותה מולקולה עשויות לפעול בצורה שונה בגוף, משום שהמבנה המרחבי שלהן משפיע על האופן שבו הן נקשרות למולקולות ביולוגיות. גם בייצור חומרי ריח וטעם, חומרי הדברה וחומרים נוספים יש לעיתים חשיבות לכך שתתקבל בעיקר אחת משתי צורות המראה. לכן היכולת לשלוט ביחס בין הצורות ולכוון את התגובה ליצירת הצורה הרצויה חשובה לפיתוח שיטות מדויקות ויעילות יותר לייצור מולקולות.
מפרס וולף לפרס נובל
אנרי בוריס קגן נולד ב-1930 בעיר בולון-ביאנקור שמדרום לפריז, להורים יהודים ממוצא פולני. במהלך שנות הכיבוש הנאצי במלחמת העולם השנייה הסתתרה המשפחה בדרום צרפת. אחרי המלחמה הוא למד באוניברסיטת הסורבון ובאקול נשיונל סופרייר. את עבודת הדוקטורט שלו הוא השלים ב-1960 בקולז’ דה פראנס. ב-1967 הוא ייסד את קבוצת המחקר שלו באוניברסיטת פריז-סוד באורסיי, שם עשה את עיקר הקריירה המדעית שלו.
ב-1971 פרסם קגן מאמר פורץ דרך העוסק בקטליזה אסימטרית: הוא הראה שאפשר להשתמש במולקולה כיראלית בשם DIOP כדי לחולל תגובות כימיות שיפיקו בעיקר צורה אחת מבין שתי צורות-המראה האפשריות של מולקולה. הגילוי סלל את הדרך לפיתוח שיטות רבות לייצור חומרים כיראליים, ובכלל זה תגובות חשובות בתעשיית התרופות. קגן אף חיבר כמה ספרים בתחום הסטריאוכימיה האורגנית.
ב-2001 הגיע קגן לישראל כדי לקבל את פרס וולף לכימיה, שבו זכה לצד ריוג’י נויורי (Noyori) ובארי שארפלס (Sharpless), שזכו באותה שנה גם בפרס נובל; שארפלס אף הגדיל לעשות וזכה בפרס נובל בשנית על מחקריו ב”כימיה של קליקים” ב-2022. קגן נשוי מאז 1960 לקלוד, ויש להם שלוש בנות.
הזוכים בפרס נובל בכימיה לשנת 2026, פרופ' קנסו סואי ופרופ' אנרי בוריס קגן
(צילום: מתוך רשת X)
קגן, שיציין את יום הולדתו ה-96 ימים ספורים אחרי טקס הענקת הפרס בסטוקהולם, הוא אחד הזוכים המבוגרים ביותר בתולדות פרס נובל. הוא מצטרף לפיזיקאי ג’ון גודאינף (Goodenough) שזכה בפרס בגיל 97 אף הוא, ולארתור אשקין (Ashkin) שזכה בפרס נובל לפיזיקה בגיל 96.
קנסו סואי נולד ב-1950 בהירושימה, שנים אחדות אחרי שהוטלה עליה פצצת האטום בשלהי מלחמת העולם השנייה. את עבודת הדוקטורט שלו בכימיה ביו-אורגנית הוא עשה באוניברסיטת טוקיו, בהנחיית טרוקי מוקיאימה (Mukaiyama). הוא המשיך לפוסט-דוקטורט באוניברסיטת צפון קרולינה, לצד הכימאי היהודי ארנסט אליאל (Eliel), מחשובי חוקרי תחום הסטריאוכימיה, העוסק בכימיה של מולקולות כיראליות. ב-1981 התקבל לאוניברסיטת טוקיו למדע, שם הוא מכהן כיום כפרופסור אמריטוס.
סואי קיבל את מדליית הכיראליות ואת פרס נויורי, המוענק לחוקרי בתחום הכימיה האורגנית האסימטרית. במעמד ההודעה על זכייתו בפרס נובל אמר סואי, “הבחירה בצד כימי מסוים היא אחד מעמודי התווך של החיים”.
שבוע של הכרזות
אתמול הודיעה ועדת הפרס כי הפרס בפיזיקה יוענק השנה לפרנסיס לואי האלזן (Halzen) מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון בארצות הברית, שגילה דרך חדשה לאתר את אחד החלקיקים החמקמקים ביותר – הניטרינו – בגלאי שהוקם באנטארקטיקה.
שלשום הוכרז כי פרס נובל ברפואה יוענק השנה לחוקרים שגילו תעלות יונים אשר מופעלות באמצעות אור, ושפיתחו את האופטוגנטיקה – שיטה המאפשרת לשלוט באופן בפעילות של תאי עצב. הפרס יחולק בחלקים שווים בין קרל דייסרות (Deisseroth) מהמכון הרפואי הווארד יוז ואוניברסיטת סטנפורד בארצות הברית, פטר הגמן (Hegemann) מאוניברסיטת הומבולדט של ברלין בגרמניה, וגאורג נאגל (Nagel) מאוניברסיטת וירצבורג שבגרמניה.
מחר (חמישי) תהיה ההכרזה על הזוכה בפרס נובל בספרות, וביום שישי יוכרזו באוסלו חתני פרס נובל לשלום. שבוע הנובל יינעל ביום שני, עם ההכרזה על מקבלי הפרס בכלכלה על שם אלפרד נובל.
הפרס הכספי עומד השנה על 12 מיליון קרונות שבדיות בכל תחום, שהן כ-1.21 מיליון דולר אמריקני. הפרסים עצמם יוענקו ב-10 בדצמבר, יום השנה למותו של אלפרד נובל.
אליסה קיסר, יהונתן ברקהיים וספיר חבושה לאופר, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
