Ученые выяснили, что в смеси двух типов молекул, стремящихся объединиться в сложную структуру, «побеждают» молекулы, которых в смеси больше. В своей работе исследователи использовали так называемые зеркальные изомеры – молекулы одинакового химического состава, которые невозможно совместить друг с другом в пространстве. Статья с результатами работы опубликована в журнале Nature Chemistry. Основные положения исследования изложены в пресс-релизе Университета Ливерпуля.

рис.1 В смеси двух оптических изомеров (показаны
красным и синим) сложные структуры образуют
изомеры, присутствующие в большинстве.

Зеркальная, или оптическая, изомерия проявляется способностью некоторых веществ поворачивать плоскость поляризованного луча света в противоположные стороны. Зеркальные изомеры делятся на правовращающие или левовращающие. Зеркальные изомеры одного и того же вещества относятся друг к другу как предмет к своему зеркальному отражению (рис.2).

Зеркальная изомерия распространена среди органических молекул, например, аминокислот. Белки в живых системах образуются преимущественно из одного типа аминокислот – левовращающих. Другие оптические изомеры также стремятся объединяться только с себе подобными. Вещества, образованные разными типами зеркальных изомеров, имеют разные свойства. Именно тенденция оптических изомеров избирательно собираться в большие структуры стало предметом изучения новой работы.

рис.2

Исследователи изучали смеси двух зеркальных изомеров, способных объединяться в сложные структуры. Левовращающие молекулы объединялись с левовращающими, а правовращающие – с правовращающими. В том случае, если в смеси было равное количество двух типов изомеров, «правые» и «левые» структуры образовывались с равной частотой. Однако в том случае, если молекулы одного типа преобладали, именно они объединялись в сложные структуры. Изомеры, бывшие в меньшинстве, оставались в неупорядоченном виде.

На основании теоретических выкладок, авторы заключили, что такая избирательность изомеров является следствием закономерностей изменения общей энтропии (неупорядоченности) системы. Исследователи полагают, что обнаруженное ими свойство может лечь в основу новых методов разделения оптических изомеров. Кроме того, результаты помогут ученым лучше понять принципы, которые лежали в основе «добиологической» эволюции – изменениях молекул, существовавших до появления живых систем.