La Chiralité : du tire-bouchon à la méthamphétamine
Nos deux mains sont composées des mêmes cinq doigts, toujours rangés dans le même ordre. Elles sont l’image l'une de l'autre dans un miroir et ne sont donc pas superposables : on dit qu'elles sont chirales….
Prenez une main. Elle sera composée des mêmes cinq doigts toujours dans le même ordre (pouce, puis index, puis majeur, etc.), des mêmes articulations, et ainsi de suite. Mais comme le résultat final est asymétrique, on peut avoir deux types de mains : les mains droites et les mains gauches, qui sont images l'une de l'autre dans un miroir. Comme, entre autre, un pouce est différent d'un oriculaire, ces deux mains ne sont pas superposables (Figure (a), droite). On dit qu'elles sont chirales. Notez qu'à l'inverse, un objet symétrique ne peut pas être chiral (un ballon de basket et son image dans un miroir seront parfaitement identiques).
Propriété importante des objets chiraux, ils n'interagissent pas de la même manière avec d'autres objets chiraux. Par exemple, des gants sont chiraux : un gant gauche peut s'enfiler sur une main gauche, un gant droit sur une main droite, mais un gant gauche ne passera pas sur une main droite, pas plus qu'un gant droit sur une main gauche.
Nous rencontrons tous les jours une multitude d'objets chiraux : ciseaux, tire-bouchon (essayez d'ouvrir une bouteille avec la main gauche, vous allez comprendre), vis et écrous, robinets... Mais plus important encore, les molécules peuvent aussi être chirales et elles aussi interagissent différemment entre elles selon leur symétrie.
On pourra appeler ces molécules "droites" ou "gauches" par analogie avec la main, mais le terme normalement employé est "dextrogyre" (noté (+)) ou "lévogyre" (noté (-)), la notion de droite ou gauche n'étant plus très pertinente à cette échelle (Figure (b)). Les formes (+) et (-) d'une même molécule sont dites énantiomères l'une de l'autre.
La conséquence, c'est que si une réaction chimique est possible entre deux molécules chirales A(droite) et B(droite), alors elle est aussi possible entre A(gauche) et B(gauche), mais pas forcément entre A(droite) et B(gauche) ni A(gauche) et B(droite), qui peut-être feront une autre réaction, peut-être n'en feront pas.
L'intérêt ce cette histoire pourrait être limité s'il n'y avait pas eu une propriété absolument fondamentale en biologie : les organismes vivants sont majoritairement composés de molécules chirales, et chacune d'entre elle n'est présente naturellement que sous une seule forme. A quelques rares exceptions près, tous les acides aminés, et donc les protéïnes, sont naturellement rencontrés sous leur forme "main gauche", tous les sucres sont rencontrés sous leur forme "main droite". Plus marquant encore, n'importe quel brin d'ADN sera sous la forme d'une hélice qui tourne à droite. Qu'ils s'agisse d'organisme humain, d'éléphant, de virus, de bactérie ou de pomme de terre, chaque hélice d'ADN de chaque cellule tournera à droite, jamais à gauche. C'est ce qu'on appelle l'homochiralité de la vie.
Le résultat, c'est que si l'on prend un médicament (ou autre) chiral, sa forme droite n'aura pas forcément le même effet que sa forme gauche, tout comme des ciseaux de gauchers ne couperont rien dans une main droite. Un triste exemple est celui du Thalidomide : l'une de ses symétrie était utilisée comme anti-nauséeux dans les années 50-60, notamment chez les femmes enceintes. Sauf que son autre symétrie était terriblement tératogène (qui provoque des malformations du foetus). Mais à l'époque on ne le savait pas, et on donnait les deux formes de Thalidomide en même temps, vu qu'elles étaient presque pareilles... à une symétrie miroir près.
D'où l'intérêt d'être capable de synthétiser des molécules chirales purement lévogyres ou purement dextrogyres : c'est la synthèse asymétrique, qui donna quelques prix Nobel comme en 2001.
Il existe de très nombreux exemples aux effets variés : le (+)-Limonène a une odeur de citron tandis que le (-)-Limonène sent le pin. La (-)-Kétamine est hallucinogène et sert d'anesthésiant pour cheval alors que la (+)-Kétamine ne fait quasiment rien. La (-)-Méthamphétamine est utilisée contre la toux pendant que la (+)-Méthamphétamine est célèbre pour son rôle dans la série Breaking Bad (Figures (b) et (c))... Vous avez compris l'idée.
Etienne Bloch
Auteur
Etienne Bloch, doctorant au CELIA
