Kenso Soai dan Henri Kagan Memenangi Hadiah Nobel Kimia 2026

Bagaimana kimia belajar memihak kepada satu imej cermin

Ahli kimia Jepun Kenso Soai dan ahli kimia Perancis Henri B. Kagan memenangi Hadiah Nobel Kimia 2026 atas penemuan yang menunjukkan bagaimana tindak balas kimia boleh memihak kepada satu daripada dua bentuk molekul yang merupakan imej cermin antara satu sama lain. Penyelidikan mereka menyentuh persoalan lama tentang kimia kehidupan: mengapa banyak molekul biologi penting didapati hampir keseluruhannya dalam hanya satu daripada dua bentuk yang mungkin.

Akademi Sains Diraja Sweden mengumumkan anugerah itu di Stockholm pada Rabu. Akademi tersebut menyebut “penemuan kesan bukan linear dan autokatalisis dalam sintesis organik tak simetri” oleh kedua-duanya. Hadiah bernilai 12 juta krona Sweden itu akan dibahagikan sama rata antara kedua-dua pemenang, dengan majlis penyampaian dijadualkan berlangsung di Stockholm pada 10 Disember, ulang tahun kematian Alfred Nobel.

Soai, profesor emeritus di Universiti Sains Tokyo, mendapat tahu tentang hadiah itu ketika membeli-belah berhampiran rumahnya. Ketika bercakap melalui telefon dengan jawatankuasa Nobel, beliau menyifatkan berita itu sebagai antara hari paling menggembirakan dalam hidupnya dan berkata beliau gembira berkongsi penghormatan itu dengan Kagan, profesor emeritus di bekas Universiti Paris-Sud. Pada sidang media universiti yang diadakan kemudian, Soai berterima kasih kepada para pelajar dan rakan sekerjanya, sambil berkata bantuan mereka amat penting dalam penyelidikannya.

Anugerah itu mengiktiraf penyelidikan asas yang mempunyai nilai praktikal untuk ahli kimia yang menghasilkan ubat-ubatan, bahan, pewangi dan sebatian lain. Ia turut menonjolkan tindak balas makmal yang menawarkan cara untuk menyiasat bagaimana sifat kekiralan molekul yang menjadi ciri kehidupan mungkin terbentuk, meskipun para penyelidik mengingatkan bahawa tindak balas itu sendiri tidak dianggap sebagai model langsung bagi kimia di Bumi purba.

Apakah maksud kekiralan molekul?

Sesetengah molekul wujud dalam dua bentuk yang mempunyai atom sama, bersambung dalam susunan yang sama, tetapi tersusun sebagai imej cermin antara satu sama lain. Seperti tangan kiri dan kanan, kedua-duanya tidak boleh ditindihkan sehingga setiap bahagiannya sepadan. Ahli kimia menyebut sifat ini sebagai kekiralan dan menamakan kedua-dua bentuk itu enantiomer.

Perbezaan ini boleh memberi kesan besar dalam sistem hidup. Protein terbina hampir keseluruhannya daripada asid amino L, manakala gula dalam DNA dan RNA mempunyai konfigurasi D yang bertentangan. Dua bentuk sesuatu molekul boleh berinteraksi secara berbeza dengan tubuh kerana struktur biologi, termasuk protein, juga bersifat kiral. Satu bentuk ubat mungkin menghasilkan kesan yang diingini, manakala imej cerminnya mungkin memberikan kesan yang lebih lemah atau berbeza, ataupun kesan sampingan yang tidak diingini.

Oleh itu, kekiralan merupakan pertimbangan praktikal dalam pembangunan ubat, bukan sekadar ciri abstrak geometri molekul. Ia juga menimbulkan persoalan menarik tentang asal usul kehidupan. Banyak tindak balas biasa yang menghasilkan molekul kiral mengeluarkan jumlah yang hampir sama bagi setiap imej cermin. Jadi, bagaimana kehidupan akhirnya sangat bergantung pada satu bentuk bagi banyak bahan binaan biologinya?

Persoalan ini mempunyai sejarah yang panjang. Pada abad ke-19, Louis Pasteur mengasingkan dua bentuk kristal asid tartarik dan mendapati larutan kedua-duanya memutarkan cahaya terkutub ke arah yang bertentangan. Eksperimennya membantu membuktikan bahawa sesetengah molekul mempunyai bentuk imej cermin. Penyelidikan kemudian menunjukkan bahawa bakteria boleh menggunakan satu bentuk asid tartarik tetapi tidak menyentuh imej cerminnya, sekali gus menonjolkan sifat selektif kimia kehidupan yang luar biasa.

Bagaimana Kagan mengubah pemahaman?

Satu gagasan teori penting muncul pada 1953, apabila ahli fizik Charles Frank menghuraikan bagaimana tindak balas yang menghasilkan mangkin kiralnya sendiri boleh mengukuhkan ketidakseimbangan awal yang kecil. Mangkin mempercepat tindak balas tanpa digunakan habis. Jika tindak balas itu menghasilkan lebih banyak mangkin yang memihak kepada satu imej cermin, mangkin tersebut seterusnya boleh membantu menghasilkan lebih banyak lagi bentuk yang sama.

Selama berdekad-dekad, gagasan ini sukar direalisasikan di makmal. Penyelidikan Kagan menyumbangkan bahagian penting bagi jawapannya. Pada 1986, beliau dan rakan-rakan menunjukkan bahawa hubungan antara kekiralan mangkin dengan kekiralan hasil tindak balas tidak semestinya mudah atau berkadar satu dengan satu. Lebihan kecil bagi satu bentuk mangkin boleh menghasilkan lebihan yang jauh lebih besar bagi satu bentuk hasil tindak balas.

Fenomena ini disebut kesan bukan linear. Istilah itu menggambarkan hasil yang tidak meningkat secara berkadar terus dengan ketidakseimbangan awal. Dalam sesetengah tindak balas, molekul mangkin boleh bergandingan dalam pelbagai kombinasi. Jika pasangan campuran yang mempunyai kekiralan berlawanan bertindak balas dengan kurang berkesan berbanding pasangan yang mempunyai kekiralan sama, tindak balas itu boleh lebih kuat memihak kepada satu hasil daripada yang dijangka berdasarkan campuran mangkin semata-mata.

Penemuan Kagan penting kepada ahli kimia sintetik kerana menunjukkan bahawa hasil yang sangat berat sebelah kadangkala boleh dihasilkan tanpa bermula dengan mangkin yang sama tulennya. Penemuan itu juga memberi penyelidik cara untuk memahami bagaimana kecenderungan kecil dalam sistem kimia boleh berkembang. Penyelidikannya membantu mengubah kemungkinan matematik menjadi persoalan yang boleh diuji oleh ahli kimia melalui eksperimen.

Apakah yang menjadikan tindak balas Soai suatu penemuan penting?

Soai meneroka satu lagi kemungkinan: hasil tindak balas yang bertindak sebagai mangkin untuk menghasilkan lebih banyak bahan yang sama. Proses ini dikenali sebagai autokatalisis. Apabila hasil tindak balas itu bersifat kiral dan cenderung menghasilkan lebih banyak bentuk imej cerminnya sendiri, tindak balas itu boleh memperkuat ketidakseimbangan kecil melalui gelung maklum balas.

Soai dan rakan-rakannya melaporkan tindak balas autokatalitik awal pada 1990. Pada 1995, mereka menerbitkan tindak balas berkaitan yang kemudian menjadi Tindak Balas Soai yang terkenal: hasil kiral memangkinkan pembentukannya sendiri dengan cara yang boleh meningkatkan dominasi satu enantiomer. Pada 2003, pasukan itu melaporkan versi yang memperkuat ketidakseimbangan awal yang sangat kecil sehingga menghasilkan bahan dengan 99.75 peratus daripada satu enantiomer.

Hasil itu membuktikan di makmal bahawa sesuatu tindak balas boleh mencapai keadaan yang hampir sepenuhnya memihak kepada satu bentuk tanpa bergantung pada molekul kiral luaran untuk menentukan bentuk mana yang patut mendominasi. Heiner Linke, pengerusi Jawatankuasa Nobel Kimia, berkata Kagan dan Soai telah memberikan “penyelesaian kepada misteri kimia yang berusia lebih seabad: bagaimana homokiraliti boleh muncul secara spontan.” Homokiraliti bermaksud sesuatu sistem menggunakan terutamanya satu daripada dua bentuk molekul yang mungkin.

Tindak balas itu sering dibincangkan dalam konteks asal usul kehidupan, tetapi kaitan ini perlu dijelaskan dengan teliti. Tindak Balas Soai menunjukkan bagaimana maklum balas kimia boleh memperbesar ketidakseimbangan kecil. Para penyelidik menyatakan bahawa tindak balas itu memerlukan reagen dan keadaan tertentu, termasuk keadaan yang tidak serasi dengan air, maka kemungkinan ia berlaku tepat seperti yang direka di Bumi prabiotik adalah rendah. Kepentingannya sebahagiannya terletak pada pembuktian satu prinsip yang boleh dibandingkan oleh penyelidik dengan laluan lain yang mungkin menghasilkan ketaksimetrian molekul.

Mengapa penyelidikan ini penting di luar kajian asal usul kehidupan

Kawalan terhadap kekiralan molekul merupakan aspek penting dalam penghasilan banyak ubat dan bahan kimia berguna yang lain. Tindak balas yang menghasilkan satu enantiomer secara selektif boleh mengurangkan keperluan untuk mengasingkan campuran selepas tindak balas dan membantu pengilang menghasilkan sebatian dengan sifat yang lebih mudah diramal. Hadiah Nobel itu mengiktiraf penemuan yang membentuk pemahaman ahli kimia tentang tindak balas sedemikian dan cara mereka mereka bentuknya.

Sejarah perubatan memperlihatkan betapa besarnya kepentingan perkara ini. Thalidomide, yang dipreskripsikan pada awal 1960-an untuk merawat loya ketika hamil, dikaitkan dengan kecacatan kelahiran yang serius. Penyelidikan kemudian menarik perhatian kepada perbezaan kesan biologi antara bentuk imej cerminnya. Contoh ini sering disebut untuk menerangkan sebab ahli kimia mengkaji kekiralan, meskipun tingkah laku biologi thalidomide lebih rumit daripada pembahagian mudah yang menyatakan satu bentuk berbahaya dan satu lagi selamat.

Molekul lain yang biasa ditemui juga menunjukkan bagaimana imej cermin boleh mempunyai sifat yang berbeza. Sebagai contoh, dua bentuk karvon dikaitkan dengan bau pudina dan jintan putih. Prinsip yang sama boleh mempengaruhi cara ubat, racun perosak dan sebatian lain berinteraksi dengan sasaran biologi. Struktur molekul, termasuk kekiralannya, membantu menentukan fungsinya.

Penyelidikan Kagan dan Soai juga merupakan sebahagian daripada perkembangan lebih luas dalam sintesis tak simetri, iaitu amalan mengarahkan tindak balas supaya menghasilkan enantiomer yang dikehendaki. Hadiah Nobel Kimia 2001 mengiktiraf William Knowles, Ryoji Noyori dan Barry Sharpless atas kemajuan dalam pemangkinan tak simetri. Kagan dan Soai meneliti persoalan yang berkaitan tetapi berbeza: bagaimana ketidakseimbangan boleh diperkuat, termasuk melalui hasil tindak balas yang memangkinkan pembentukannya sendiri.

Hadiah sains asas dengan kaitan Jepun

Soai dilahirkan di Wilayah Hiroshima pada 1950, belajar di Universiti Tokyo dan memperoleh ijazah kedoktoran dalam bidang sains. Selepas menjalani pelantikan penyelidikan di Jepun dan Universiti North Carolina, beliau menjadi profesor di Universiti Sains Tokyo. Beliau menerima Pingat Reben Ungu Jepun pada 2012 dan kini bergelar profesor emeritus.

Pada sidang media hari anugerah itu, Soai menggambarkan penyelidikan sebagai proses menjalankan eksperimen secara berterusan tanpa mengetahui sama ada hasil yang diingini akan muncul. Beliau berkata beliau tidak terlalu memikirkan kesukaran kerana penemuan fakta eksperimen baharu membawa kegembiraan dan rasa takjub. Beliau turut mengiktiraf persekitaran penyelidikan universiti serta para pelajar yang bekerja bersamanya.

Anugerah ini menandakan tahun ketiga berturut-turut seseorang atau organisasi dari Jepun menerima Hadiah Nobel, selepas penerima Jepun pada 2024 dan 2025. Soai juga tergolong dalam barisan panjang ahli kimia Jepun yang diiktiraf atas penyelidikan dalam kimia organik, bidang yang mengkaji sebatian mengandungi karbon, termasuk protein, gula dan banyak ubat.

Apakah persoalan sains yang masih terbuka?

Hadiah ini tidak menjawab bagaimana kimia kehidupan yang berat sebelah itu bermula. Ia mengiktiraf kemajuan eksperimen dan konsep yang menunjukkan bagaimana ketidakseimbangan kimia boleh diperkukuh, namun proses yang berlaku di alam semula jadi sebelum kemunculan kehidupan masih belum diketahui. Para penyelidik terus mengkaji mekanisme alternatif, termasuk kesan yang melibatkan kristal, permukaan dan keadaan fizikal yang mungkin memihak kepada satu bentuk berbanding bentuk yang lain.

Perbezaan ini merupakan sebahagian daripada nilai penyelidikan tersebut. Tindak Balas Soai memberikan contoh yang berkesan tentang autokatalisis tak simetri, manakala kesan bukan linear Kagan membantu menerangkan bagaimana campuran mangkin boleh menghasilkan kecenderungan yang luar biasa kuat. Secara bersama, penemuan ini memberikan ahli kimia alat untuk mengkaji kekiralan molekul, baik dalam sintesis praktikal mahupun persoalan tentang asal usul kehidupan.

Soai berkata beliau berharap pengiktirafan ini akan meningkatkan perhatian terhadap sintesis organik dan membantu penyelidikan diteruskan. Hadiah Nobel itu meraikan rangkaian penyelidikan yang bermula daripada persoalan berusia lebih seabad dan menghasilkan satu demonstrasi makmal yang mengagumkan: dalam keadaan yang sesuai, kimia boleh memihak kepada satu imej cermin dan mengukuhkan pilihan tersebut.

Perkara Utama

• Kenso Soai dan Henri B. Kagan memenangi Hadiah Nobel Kimia 2026.
• Anugerah itu mengiktiraf kesan bukan linear dan autokatalisis dalam sintesis organik tak simetri.
• Pada 1986, Kagan menunjukkan bahawa ketidakseimbangan kecil dalam mangkin boleh menghasilkan ketidakseimbangan yang lebih besar dalam hasil tindak balas.
• Tindak balas Soai menunjukkan bagaimana hasil kiral boleh memangkinkan penghasilan lebih banyak bentuknya sendiri.
• Penemuan ini membantu sintesis kimia dan menawarkan model untuk mengkaji, tetapi tidak menjelaskan sepenuhnya, bagaimana kekiralan molekul kehidupan bermula.