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出品｜虎嗅医疗组
【诺贝尔化学奖为什么又发给了他】作者｜陈广晶
题图｜视觉中国
2022年10月5日 ， 诺贝尔奖委员会宣布将2022年诺贝尔化学奖颁发给美国化学家Carolyn R. Bertozzi ， 丹麦化学家Morten Meldal和美国化学家Karl Barry Sharpless ， 获奖原因是他们为“点击化学和生物正交化学的发展”做出了突出的贡献 。
他们将共同获得1000万瑞典克朗（折合人民币645.59万元）的奖金 。
其中 ， 美国化学家Karl Barry Sharpless已经是第二次获得诺贝尔化学奖 ， 是诺贝尔奖历史上第五位两次获得诺贝尔奖的学者 ， 此前的4位分别是居里夫人（物理奖、化学奖）、巴丁（物理奖、物理奖）、鲍林（化学奖、和平奖）、桑戈（化学奖、化学奖） 。
Sharpless与Morten Meldal是点击化学的奠基者 。 点击化学作为具体方法 ， “激活”了生物正交化学 ， 从2001年至今 ， 也只有21年的历史 。
点击化学、生物正交化学究竟是什么技术？凭什么可以为Sharpless赢得第二次获得诺奖的机会？在实践中又有哪些应用？
化学王冠上的明珠
2001年 ， 刚刚因为“不对称的氧化催化”中的贡献 ， 拿到当年的诺贝尔化学奖之后 ， 时年59岁的Sharpless又首次提出了“点击化学”的概念 ， 旨在解决上当时困扰化学界的复杂化合物难以合成的问题 。
他注意到自然界中非常复杂的核酸、蛋白等物质 ， 都是简单的单体通过某些反应组合在一起形成的 ， 于是设想通过某种化学反应 ， 可以非常简单、高效地将任意两个单体拼接在一起 。
这也是点击化学出现的基础 。 而点击化学中的点击“click” ， 来自扣安全带的过程 ， 本意也有简单、高效的意味 。
2002年 ， Sharpless团队和Medal团队分别利用“一价铜催化的叠氮化物-炔烃环加成反应”（CuAAC）实现了这个设想 ， 并且分别独立报道了出来 。
在这个反应中 ， 叠氮与炔烃形成了一个环形结构 ， 叫做“三唑” ， 被誉为“化学王冠上的明珠” ， 也就是扣安全带形成的“卡扣” 。 二人的研究 ， 以铜作为催化剂 ， 使原本需要在高温条件下发生的反应 ， 在常温下也可以进行 。
这相当于把单反相机变成了手机拍照 ， 使整个过程更加高效、便捷 。 按照诺贝尔化学委员会主席Johan qvist的说法 ， 点击化学就是要用简单的路线来构建功能性分子 。 这项技术的问世 ， 无疑又进一步开拓了化学的边界 。
不过 ， 早期用铜来做催化剂的反应中 ， 高价的铜容易产生生物毒性物质 ， 因此点击化学反应无法在生物体中进行 。
Carolyn R. Bertozzi改进了这种方法 ， 在2004年发表的文章中 ， 她将这种无铜反应命名为“应变促进炔叠氮化物环加成”并将其应用于多聚糖的追踪 。 这也使点击化学得以在生物体内发挥作用 。
作为一种工具 ， 点击化学最早是用于示踪 ， 也就是在实验中跟踪物质在生物体内的分布和变化情况 。
比如：研究者在A物质上加一个叠氮基团或者说“N3基团” ， 再将其注射到小鼠体内 ， 几天后再注射能与N3集团反应的带有“炔基”的标记物B ， N3基团就会像安全带卡扣一样锁住标志物B ， 从而显示出物质A在小鼠体内的变化情况 。
2014年Sharpless团队又进一步六价硫氟交换反应（SuFEx） ， 作为一种发现工具 ， 它进一步扩大了点击化学的应用范围 。
由点击化学 ， 复杂化合物的合成也变得像拼积木一样简单、快捷 。
来自：诺贝尔奖委员会官网
拓展了生命的边界
更重要的是 ， 化学为生命科学提供了更多可能 。
生物正交化学是由Bertozzi提出的理论 ， 就是生物环境中一组生物分子反应不影响或者对其他的反应没有影响或者影响甚微 。
简单来说 ， 就是两个惰性分子 ， 在正常环境中不与其他物质发生作用 ， 但是它们一旦相遇会产生强烈的、“爆炸式”的反应 。 这种特异性 ， 使某些化学实验在活细胞中发生成为可能 。
点击化学是就是正交化学的核心技术 ， 是生物正交化学的代表 。 上世纪90年代 ， Bertozzi已经提出了正交化学的概念 ， 在与Sharpless和Meldal并行的时空中 ， 她也有了一定的研究成果 ， 后者的研究成果也推动了她的研究 。
“二者都是用化学的工具来拓展生物科学的边界 。 ”北京大学化学与分子工程学院陈鹏在“赛先生”和知识分子联合组织的“诺奖全解读”直播现场指出 。
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