大发六合 - 大发六合

诺奖问答| 2022 年诺贝尔化学奖授予点击化学和生物正交化学，有哪些信息值得关注？******

　　相比起今年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖的高冷，今年诺贝尔化学奖其实是相当接地气了。

　　你或身边人正在用的某些药物，很有可能就来自他们的贡献。

　　2022 年诺贝尔化学奖因「点击化学和生物正交化学」而共同授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦化学家莫滕·梅尔达、美国化学家巴里·夏普莱斯（第5位两次获得诺贝尔奖的科学家）。

　　一、夏普莱斯：两次获得诺贝尔化学奖

　　2001年，巴里·夏普莱斯因为「手性催化氧化反应[1] [2] [3]」获得诺贝尔化学奖，对药物合成（以及香料等领域）做出了巨大贡献。

　　今年，他第二次获奖的「点击化学」，同样与药物合成有关。

　　1998年，已经是手性催化领军人物的夏普莱斯，发现了传统生物药物合成的一个弊端。

　　过去200年，人们主要在自然界植物、动物，以及微生物中能寻找能发挥药物作用的成分，然后尽可能地人工构建相同分子，以用作药物。

　　虽然相关药物的工业化，让现代医学取得了巨大的成功。然而随着所需分子越来越复杂，人工构建的难度也在指数级地上升。

　　虽然有的化学家，的确能够在实验室构造出令人惊叹的分子，但要实现工业化几乎不可能。

　　有机催化是一个复杂的过程，涉及到诸多的步骤。

　　任何一个步骤都可能产生或多或少的副产品。在实验过程中，必须不断耗费成本去去除这些副产品。

　　不仅成本高，这还是一个极其费时的过程，甚至最后可能还得不到理想的产物。

　　为了解决这些问题，夏普莱斯凭借过人智慧，提出了「点击化学（Click chemistry）」的概念[4]。

　　点击化学的确定也并非一蹴而就的，经过三年的沉淀，到了2001年，获得诺奖的这一年，夏普莱斯团队才完善了「点击化学」。

　　点击化学又被称为“链接化学”，实质上是通过链接各种小分子，来合成复杂的大分子。

　　夏普莱斯之所以有这样的构想，其实也是来自大自然的启发。

　　大自然就像一个有着神奇能力的化学家，它通过少数的单体小构件，合成丰富多样的复杂化合物。

　　大自然创造分子的多样性是远远超过人类的，她总是会用一些精巧的催化剂，利用复杂的反应完成合成过程，人类的技术比起来，实在是太粗糙简单了。

　　大自然的一些催化过程，人类几乎是不可能完成的。

　　一些药物研发，到了最后却破产了，恰恰是卡在了大自然设下的巨大陷阱中。

　　　夏普莱斯不禁在想，既然大自然创造的难度，人类无法逾越，为什么不还给大自然，我们跳过这个步骤呢？

　　大自然有的是不需要从头构建C-C键，以及不需要重组起始材料和中间体。

　　在对大型化合物做加法时，这些C-C键的构建可能十分困难。但直接用大自然现有的，找到一个办法把它们拼接起来，同样可以构建复杂的化合物。

　　其实这种方法，就像搭积木或搭乐高一样，先组装好固定的模块（甚至点击化学可能不需要自己组装模块，直接用大自然现成的），然后再想一个方法把模块拼接起来。

　　诺贝尔平台给三位化学家的配图，可谓是形象生动[5] [6]：

　　夏普莱斯从碳-杂原子键上获得启发，构想出了碳-杂原子键（C-X-C）为基础的合成方法。

　　他的最终目标，是开发一套能不断扩展的模块，这些模块具有高选择性，在小型和大型应用中都能稳定可靠地工作。

　　「点击化学」的工作，建立在严格的实验标准上：

　　反应必须是模块化，应用范围广泛

　　具有非常高的产量

　　仅生成无害的副产品

　　反应有很强的立体选择性

　　反应条件简单(理想情况下，应该对氧气和水不敏感)

　　原料和试剂易于获得

　　不使用溶剂或在良性溶剂中进行(最好是水)，且容易移除

　　可简单分离，或者使用结晶或蒸馏等非色谱方法，且产物在生理条件下稳定

　　反应需高热力学驱动力（>84kJ/mol）

　　符合原子经济

　　夏尔普莱斯总结归纳了大量碳-杂原子，并在2002年的一篇论文[7]中指出，叠氮化物和炔烃之间的铜催化反应是能在水中进行的可靠反应，化学家可以利用这个反应，轻松地连接不同的分子。

　　他认为这个反应的潜力是巨大的，可在医药领域发挥巨大作用。

　　二、梅尔达尔：筛选可用药物

　　夏尔普莱斯的直觉是多么地敏锐，在他发表这篇论文的这一年，另外一位化学家在这方面有了关键性的发现。

　　他就是莫滕·梅尔达尔。

　　梅尔达尔在叠氮化物和炔烃反应的研究发现之前，其实与“点击化学”并没有直接的联系。他反而是一个在“传统”药物研发上，走得很深的一位科学家。

　　为了寻找潜在药物及相关方法，他构建了巨大的分子库，囊括了数十万种不同的化合物。

　　他日积月累地不断筛选，意图筛选出可用的药物。

　　在一次利用铜离子催化炔与酰基卤化物反应时，发生了意外，炔与酰基卤化物分子的错误端（叠氮）发生了反应，成了一个环状结构——三唑。

　　三唑是各类药品、染料，以及农业化学品关键成分的化学构件。过去的研发，生产三唑的过程中，总是会产生大量的副产品。而这个意外过程，在铜离子的控制下，竟然没有副产品产生。

　　2002年，梅尔达尔发表了相关论文。

　　夏尔普莱斯和梅尔达尔也正式在“点击化学”领域交汇，并促使铜催化的叠氮-炔基Husigen环加成反应（Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition），成为了医药生物领域应用最为广泛的点击化学反应。

　　三、贝尔托齐西：把点击化学运用在人体内

　　不过，把点击化学进一步升华的却是美国科学家——卡罗琳·贝尔托西。

　　虽然诺奖三人平分，但不难发现，卡罗琳·贝尔托西排在首位，在“点击化学”构图中，她也在C位。

　　诺贝尔化学奖颁奖时，也提到，她把点击化学带到了一个新的维度。

　　她解决了一个十分关键的问题，把“点击化学”运用到人体之内，这个运用也完全超出创始人夏尔普莱斯意料之外的。

　　这便是所谓的生物正交反应，即活细胞化学修饰，在生物体内不干扰自身生化反应而进行的化学反应。

　　卡罗琳·贝尔托西打开生物正交反应这扇大门，其实最开始也和“点击化学”无关。

　　20世纪90年代，随着分子生物学的爆发式发展，基因和蛋白质地图的绘制正在全球范围内如火如荼地进行。

　　然而位于蛋白质和细胞表面，发挥着重要作用的聚糖，在当时却没有工具用来分析。

　　当时，卡罗琳·贝尔托西意图绘制一种能将免疫细胞吸引到淋巴结的聚糖图谱，但仅仅为了掌握多聚糖的功能就用了整整四年的时间。

　　后来，受到一位德国科学家的启发，她打算在聚糖上面添加可识别的化学手柄来识别它们的结构。

　　由于要在人体中反应且不影响人体，所以这种手柄必须对所有的东西都不敏感，不与细胞内的任何其他物质发生反应。

　　经过翻阅大量文献，卡罗琳·贝尔托西最终找到了最佳的化学手柄。

　　巧合是，这个最佳化学手柄，正是一种叠氮化物，点击化学的灵魂。通过叠氮化物把荧光物质与细胞聚糖结合起来，便可以很好地分析聚糖的结构。

　　虽然贝尔托西的研究成果已经是划时代的，但她依旧不满意，因为叠氮化物的反应速度很不够理想。

　　就在这时，她注意到了巴里·夏普莱斯和莫滕·梅尔达尔的点击化学反应。

　　她发现铜离子可以加快荧光物质的结合速度，但铜离子对生物体却有很大毒性，她必须想到一个没有铜离子参与，还能加快反应速度的方式。

　　大量翻阅文献后，贝尔托西惊讶地发现，早在1961年，就有研究发现当炔被强迫形成一个环状化学结构后，与叠氮化物便会以爆炸式地进行反应。

　　2004年，她正式确立无铜点击化学反应（又被称为应变促进叠氮-炔化物环加成），由此成为点击化学的重大里程碑事件。

　　贝尔托西不仅绘制了相应的细胞聚糖图谱，更是运用到了肿瘤领域。

　　在肿瘤的表面会形成聚糖，从而可以保护肿瘤不受免疫系统的伤害。贝尔托西团队利用生物正交反应，发明了一种专门针对肿瘤聚糖的药物。这种药物进入人体后，会靶向破坏肿瘤聚糖，从而激活人体免疫保护。

　　目前该药物正在晚期癌症病人身上进行临床试验。

　　不难发现，虽然「点击化学」和「生物正交化学」的翻译，看起来很晦涩难懂，但其实背后是很朴素的原理。一个是如同卡扣般的拼接，一个是可以直接在人体内的运用。

「　　点击化学」和「生物正交化学」都还是一个很年轻的领域，或许对人类未来还有更加深远的影响。（宋云江）

　　参考

　　https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/press-release/

　　Pfenninger, A. Asymmetric Epoxidation of Allylic Alcohols: The Sharpless Epoxidation[J]. Synthesis, 1986, 1986(02):89-116.

　　Rao A S . Addition Reactions with Formation of Carbon–Oxygen Bonds: (i) General Methods of Epoxidation - ScienceDirect[J]. Comprehensive Organic Synthesis, 1991, 7:357-387.

　　Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angew Chem Int Ed Engl. 2001 Jun 1;40(11):2004-2021.

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/popular-chemistryprize2022.pdf

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/advanced-chemistryprize2022.pdf

　　Demko ZP, Sharpless KB. A click chemistry approach to tetrazoles by Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition: synthesis of 5-acyltetrazoles from azides and acyl cyanides. Angew Chem Int Ed Engl. 2002 Jun 17;41(12):2113-6. PMID: 19746613.

监狱女警高变：行走刀锋上 治病医心“摆渡人”******

　　“注意点！小心我出狱后报复你。”为一名偏瘫罪犯做针灸时，她曾被恶狠狠恐吓；只因提醒患糖尿病的罪犯饮食要忌口，她被一个啃过的苹果砸在腿上……在24年高墙工作中，这些情景对江苏省新康监狱(江苏省监狱管理局中心医院)四监区党支部书记、监区长高变来说，早已司空见惯。

　　1999年，24岁的高变从医学院毕业后来到江苏省新康监狱(江苏省监狱管理局中心医院)当了一名监狱警察。她具有双重身份，作为警察，要时刻关注罪犯的所思所想，进行教育改造；作为医生，她要对病犯进行日常监管医疗。常年奋战在监区、病区第一线的高变，先后被授予“江苏省优秀共产党员”“江苏省五一劳动奖章”“司法部双百政法英模”等荣誉称号，2022年被授予全国“人民满意的公务员”称号。

　　“他们有时大吼大叫、在地上撒泼打滚、指着你鼻子骂……说实话，面对这些罪犯，一开始确实会害怕。”高变所在的江苏省新康监狱(江苏省监狱管理局中心医院)，承担着全省监狱艾滋病等传染病犯和重病、大病罪犯的改造治疗工作。许多艾滋病犯，尤其是一些被判处死缓、无期徒刑的病犯，往往容易产生怨恨、绝望、狂躁等极端负面情绪，负责改造、医治他们的监狱民警面临的压力可想而知。

　　“我身上多处溃烂，高主任每次查房时，都会细心帮我换药清洗。我是艾滋病人，可是高主任一点都不嫌弃，我当时真的很感动。”正在服刑的病犯王欣(化名)感慨地说。像王欣一样真诚感谢高变警官的病犯还有很多。无数个深夜，高变被急诊电话惊醒，她都迅速赶来，投入到紧张的救治中。高变直言，对待病犯要走入他们的内心世界，才能帮他们身心兼治。

　　高变告诉中青报·中青网记者，工作以来接触最多的是30岁以下的年轻病犯。她剖析说，从犯罪心理学来看，他们生活自理能力差、喜欢以自我为中心，叠加身患重病的痛苦，使这些年轻人更冲动易怒。

　　未成年人周灵(化名)给高变留下了深刻印象。5年前，周灵因盗窃罪被判处有期徒刑3年。17岁的她不仅精神发育迟滞，还患有艾滋病、心脏病、严重的皮肤病。入监后，周灵行为怪异，不服管教，有时整夜用手敲床不睡觉，无故大喊大叫，同监舍的人都很嫌弃她。

　　“起初她特别排斥我们，说话时都是斜着眼看人。”针对周灵的异常行为，高变带队成立专门小组，在一次次的接触中，细心的高变发现，周灵如果不高兴，会将手和指甲咬破出血。血液是艾滋病毒传播的主要途径之一，同监舍的病犯多次提醒高变警官不要再管周灵了，注意自身安全。对高变而言，不放弃、不抛弃每个病犯是监狱警察的职责。

　　经过与周灵的进一步深入接触，高变得知，在周灵童年时，患有精神病的母亲去世，此后，她经常被姐姐虐待，8岁起就离开家，以网吧为家，以偷窃为生，染上了多种疾病。高变意识到，从小无人管教的周灵，缺失家庭教育，内心极度缺乏关爱，高变想办法走入周灵的内心。

　　“我和她说，我家孩子和你一样大，你有什么心里话可以对我说。”高变以一名母亲的角色，时常关心陪伴周灵。慢慢地，周灵敞开心扉，高变得知周灵最想念她的爷爷。经过多方寻找，终于辗转联系上了周灵的爷爷，与爷爷通上电话的那一刻，周灵开心得哭了。高变发现，从那以后，周灵的眼睛里有了光，对她也多了一份信任。

　　功夫不负有心人。在高变耐心教育感化下，周灵改掉了很多怪异行为，并开始阅读书籍，还写信给远方的爷爷。当她第一次怯生生地喊出“高妈妈”时，高变的眼睛不禁湿润了。如今的周灵已刑满出狱，重回人生正轨。

　　高变称，做一名监狱警察不仅需要一颗强大的内心，充满勇气去克服各种困境，还需要不断学习多种知识。在帮助一名年轻的少数民族病犯李田(化名)治疗时，刚开始听不懂对方说话，高变多次和她谈话沟通，然后反复听交流音频学习对方的语言，“现在对方说十句，我至少能听懂七八句”。

　　2020年年初，武汉疫情形势严峻。高变带头递交了援鄂请战书，担任江苏监狱援鄂医疗队副领队、医疗组组长，带领11名监狱医护人员“逆行”奔赴武汉。

　　“我没病，我不要吃药！”一天，高变在武汉某方舱医院给病人发药时，一名患有精神病的病人突然情绪失控，大喊大叫。面对突发情况，高变毫不犹豫地冲上前，迅速进行安抚和控制，病人的情绪逐渐缓和。汗水模糊了护目镜，渗透了口罩，同事们为她竖起了大拇指。

　　56个驰援日夜，高变写下了27篇战“疫”日记。她说自己也害怕被病毒感染，但作为警察、医生，疫情面前就是战士，不能退缩。最终，经过医疗队共同努力，他们负责管理的病人康复出院，实现了“零感染”。

　　24年来，高变始终以改造罪犯成为新人作为监狱工作的职责使命，一直初心如磐，无惧风雨。

　　“这些病犯都违法犯罪了，你为什么还要不遗余力去拯救他们？”面对质疑声，高变坦言，要始终以改造人为宗旨，依法依规让病犯的生命权利和尊严得到保障。

　　常有这样的情景，经过教育改造、刑满时准备离开监狱的罪犯，突然要求和高变来个拥抱，这让她心中涌起欣慰之情，“能帮他们弃恶从善、走向新生，让他们不再危害社会，成为守法公民，这就是监狱警察的工作意义所在。”

　　如今，在高变的带领下，不少青年监狱警察快速成长，她希望和这支充满朝气的年轻队伍继续前行、奋进。

　　中青报·中青网记者 先藕洁 来源：中国青年报

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）