北京时间10月5日17时45分许,2022年诺贝尔化学奖揭晓。瑞典皇家科学院决定将奖项授予美国科学家卡罗琳·贝尔托西(CarolynR.Bertozzi)、丹麦科学家摩顿·P·梅尔达尔(MortenP.Meldal)和美国科学家卡尔·巴里·夏普莱斯(K.BarrySharpless),以表彰他们在点击化学和生物正交化学领域作出的贡献。

由此,卡罗琳·贝尔托西成为第8位摘得诺贝尔化学奖的女科学家,而夏普莱斯则是“梅开二度”——继获得2001年诺贝尔化学奖后第二次摘得诺贝尔化学奖

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自1901年以来,一共颁发了113个诺贝尔化学奖,一共有187位得主,英国生物化学家弗雷德里克·桑格曾两次获得诺贝尔化学奖。187位得主中,有63位独享奖项者,7位女性获奖者。

最年轻得主是法国物理学家弗雷德里克·约里奥,他在1935年与他的妻子伊雷娜·约里奥·居里因稳定的人工放射性的发现一起获得化学奖时只有35岁。著名中国科学家严济慈、汪德昭、钱三强都曾与他在法国巴黎共事。

最年长得主是约翰·B·古德纳夫,他在2019年获得化学奖时已经97岁,他也是所有奖项类别中年龄最大的获奖者。

去年,德国科学家本杰明·利斯特和美国科学家大卫·麦克米伦因在 “不对称有机催化”作出了突出贡献而获奖。

2020年,因在“开发基因组编辑方法”方面作出的变革性贡献,两位女科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷和珍妮弗·杜德纳,荣获诺贝尔化学奖。她们是第一对同时获得诺奖的女性,也是诺贝尔化学奖史上第6位和第7位女性得主。

科普时间到了!

最后,让我们来认识一下,

获得本年度诺贝尔化学奖的两个“明星术语”

——点击化学和生物正交化学。

点击化学

大自然是人类最好的老师,生物体内的蛋白质、核酸(DNA、RNA)大分子为生命的正常运转与延续提供了重要的保障。尽管这两种大分子的种类繁多复杂,但组成其结构的基本单元却很精简。蛋白质的基本结构单元为氨基酸,核酸则为核苷酸,前者有20种,后者只有5种。但这些结构单元可以通过不同的次序、空间取向进行排列,得到成千上万种行使不同功能的生命大分子,进而形成我们眼中的大千世界。

从某种程度上来说,这种组合方式就仿佛乐高玩具,基础模块的种类并不多,但可以凭借丰富的想象力搭建出变化无穷的造型。乐高积木可以通过一个模块凹槽与另一个模块凸起的契合来完成两个组件的拼接。类似的,化学家也希望找到一种合适的“分子接口”,众多分子中只要这两种基团相遇,便可以像搭扣一样一声将两种分子紧锁在一起。如此一来,小分子砌块只需要分别修饰这些咬合接口,便可以实现两两拼接,进而构建复杂结构的大分子。

2001年,夏普莱斯在一篇重磅论文中写道:“考察自然界的分子,表明相比碳-碳键,自然界更喜欢碳-杂原子键。”无论是核酸、蛋白质、还是多糖,都是由小型分子通过碳-杂原子键拼接起来的,而这些小型分子的总数量仅在35个左右。如果人类能将这套法则学到手,就能快速并可靠地合成大量有用的分子……于是,点击化学(click chemistry)的概念应运而生,强调以碳-杂原子键键合的方式进行分子组合,与此同时反应需具备产率高、适用性广、副产物无害等特点。

生物正交化学

构成生命的基本单元——细胞,是一个极其复杂的系统,时刻发生着无数反应,要在活体内研究核酸、脂质、蛋白质等众多生物分子极具挑战,尤其是如何在不受任何其他过程干扰的情况下研究目标分子。

科学家为此开发新工具和方法,一个典型的例子就是我们已熟悉的发光蛋白(例如绿色荧光蛋白GFP)。以基因编码的发光蛋白作为标签,与感兴趣的蛋白相连,让我们看到蛋白的运动、定位、相互作用等。不过,还有很多生物分子,以及分子各种各样的修饰,很难用基因编码的报告分子来示踪,需要发展其他的手段实现多聚糖、脂质、核酸等生物分子的标记。

生物正交化学的概念便是在这样的背景下产生的。这类反应要求在研究活体生物系统内给定的化学反应时,不会干扰其中固有的生物化学过程,即不产生细胞毒性。正如贝尔托西教授在2011年的一篇文章中总结的,“生物正交反应可以帮助人们更准确地理解生物化学反应过程中分子层面的细节,而要在如此复杂的环境下研究生物分子,就需要引入相应的成像探针、亲和性试剂或者具有特定功能的基团。”

新民晚报(记者 郜阳),综合新民科学咖啡馆、药明康德

视频制作:向袁媛

编辑:唐梦葭