2022年诺贝尔化学奖授予表彰分子构建新方法

三位研究人员因发现“点击”分子构建模块的方法于周三荣获诺贝尔化学奖，该方法可以将分子构建模块连接在一起，形成可用于开发药物或制造全新材料的复杂分子。

哥本哈根大学的莫滕·梅尔达尔和加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所的K·巴里·夏普莱斯因在21世纪初开发出“点击化学”而获奖——这是一种将两个分子连接在一起的简单反应，可以创造出更大、更复杂的分子形式，具有多种功能。“这就像搭乐高积木，”诺贝尔化学委员会的一位成员在颁奖典礼上说。这是夏普莱斯第二次获得诺贝尔奖，他曾因设计专门的化学反应而分享了2001年的化学奖。

斯坦福大学的卡罗琳·R·贝尔托西将点击化学带入了活细胞领域。在一种名为“生物正交化学”的方法中，她研究出如何将发光化合物附着到细胞上的生物分子上。这使得贝尔托西和其他科学家能够追踪这些分子在细胞周围的运动，从而了解这些分子如何导致疾病，以及如何开发对抗疾病过程的药物。

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“我简直惊呆了......”贝尔托西在诺贝尔奖宣布新闻发布会上接到电话并被告知获奖时说道。“我仍然不太确定这是真的。但它正在变得越来越真实。”贝尔托西是第八位获得化学诺贝尔奖的女性。

生命充满了大型、复杂的分子，几十年来，化学家们在努力重新创造它们的过程中屡屡碰壁。许多尝试都导致了不必要的副反应，使得合成有用的药物和新型材料的努力变得缓慢而昂贵。夏普莱斯和梅尔达尔的洞察力是从小处着手。他们选取了几种简单的分子，并添加了铜离子，铜离子帮助小的分子构建模块结合成更大的形式。这两位研究人员的突破性成就分别于2002年在不同的论文中发表。科学家们表明，两种小分子，叠氮化物和炔烃，可以在铜的帮助下，锁定在一起形成一个多环。这个过程被称为铜催化叠氮化物-炔烃反应。梅尔达尔表明铜控制着反应。夏普莱斯证明叠氮化物就像一个装好弹簧的装置，其力量被铜释放，使其能够向前跳入炔烃。

点击这些分子使化学家能够轻松改变材料的性质。可点击的组件可以提高物质的导电性或排斥细菌的能力，或者可以帮助它绘制DNA序列。

但是铜在活细胞中效果不佳。事实上，它是有毒的，会破坏生物过程。因此，它不能用于在细胞内点击分子。贝尔托西通过改变炔烃的构型解决了这个问题。她迫使分子进入环状结构，其中包含大量的能量。增加的能量使炔烃“爆炸”成附近的叠氮化物，将两个分子连接在一起。

这种基本方法使得附着其他分子成为可能。贝尔托西能够将发光荧光物质锁定到细胞表面分子上，称为聚糖，然后使用这种光来追踪聚糖在细胞上的运动。这个过程揭示了细胞发育的各个方面，以及癌细胞进展的方式。值得注意的是，贝尔托西的生物正交化学已经帮助研究人员开发出新型癌症药物。聚糖似乎可以保护肿瘤细胞——因此研究人员将靶向聚糖的抗体与分解这些分子的酶结合起来。如果没有聚糖，肿瘤细胞应该更容易受到人体免疫系统的攻击。这些抗体药物目前正在人体中测试其有效性。

美国化学学会主席、密歇根州立大学理论化学家安吉拉·K·威尔逊说：“能够在人体内进行这项工作令人兴奋。“它不仅被用于开发靶向癌症治疗，还用于抗病毒药物、组织再生和酶抑制。”

诺贝尔化学委员会成员奥洛夫·拉姆斯特伦在颁奖典礼上说，这项工作对科学产生了“巨大的影响”。这三位研究人员将分享相当于超过90万美元的奖金，并将出席12月在斯德哥尔摩举行的颁奖典礼。