彩神规则 - 彩神APP

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.

强化现代化建设人才支撑******

　　本期光明网理论学术动态导读关注现代化人才、教育评估、区域经济发展、生态优势转化等话题，欢迎网友踊跃参与讨论。

　　【徐佳：强化现代化建设人才支撑】

　　湖北省中国特色社会主义理论体系研究中心中国地质大学（武汉）分中心研究员徐佳认为教育是民族振兴、社会进步的重要基石，对提高人民综合素质、促进人的全面发展、增强中华民族创新创造活力、实现中华民族伟大复兴具有决定性意义。徐佳认为强化现代化建设人才支撑要从三个方面入手。一要把立德树人融入教育各环节。把立德树人的成效作为检验学校一切工作的根本标准，以文化人、以德育人，促进学生德智体美劳全面发展。把立德树人融入思想道德教育、文化知识教育、社会实践教育各环节，贯穿基础教育、职业教育、高等教育各领域，培养学生爱国情怀、社会责任感、创新精神、实践能力。二要着力办好思政课。全面建设社会主义现代化国家是一项伟大而艰巨的事业，前途光明、任重道远。在大中小学循序渐进、螺旋上升地开设思政课，是培养社会主义建设者和接班人的重要保障。三要建设好教师队伍。教师作为知识的传授者、价值观的塑造者、人类文明的传承者，肩负着立德树人的重要责任。推动新时代教育高质量发展，落实立德树人根本任务，对教师队伍建设提出新的更高要求。一方面要努力建设政治素质过硬、业务能力精湛、育人水平高超的高素质教师队伍；另一方面要在全社会弘扬尊师重教的社会风尚，努力提高教师政治地位、社会地位、职业地位，让广大教师享有应有的社会声望。

　　摘编自《人民日报》

　　【林蕙青、范唯：以评定向促强 加快建设高质量教育体系】

　　国务院教育督导委员会总督学顾问、教育部普通高等学校本科教育教学评估专家委员会主任委员林蕙青、教育部教育质量评估中心主任范唯认为教育评估是教育体系的重要组成部分，是高质量教育体系的重要保障，也是教育现代化的重要治理手段。在全国范围内做好新一轮审核评估工作，需要把握好以下几个重要方面。首先是以评估推动高校落实 “立德树人”根本任务。新一轮审核评估主动对标中央要求，着眼于全面贯彻落实党的教育方针，促进高校建立“立德树人”的落实机制，对评估指标体系的范围、内涵、重心作出重大调整。一是强化学校顶层设计、系统设计；二是关注学生学习成效和教师教学效果；三是促进学校全员育人机制建立。其次要以评估促进高校合理定位、办出特色和水平。新一轮审核评估推出的“两类四种”分类评估是我国高等教育评估工作的重大突破，会有力、有效地引导学校形成各安其位、结构合理、特色彰显的高等教育新格局。具体来说表现在：一是以适宜可选类型促高校明晰办学定位；二是以定制组合指标模块引高校实现特色发展；三是以多种常模数据助高校找准坐标方位。再次是以评估推动高校教育教学改革再深化。改革焦点主要集中在第一，加快形成“以学生为中心”的现代教育理念；第二，推进新型校地校企合作，强化产教融合、科教融汇的培养模式；第三，改革教学内容体系；第四，抢抓机遇，推进教育数字化变革。最后是以评估推动高校建立现代大学质量保障体系。新一轮审核评估立足于以外促内，通过外部评估，切实加强高校内部质量保障体系建设，推进高校人才培养质量持续提升，实现高质量内涵式发展。

　　摘编自《中国教育报》

　　【沈铭辉、李天国：RCEP为区域经济发展带来新机遇】

　　中国社会科学院亚太与全球战略研究院沈铭辉、李天国认为《区域全面经济伙伴关系协定》（RCEP）的签署和生效有助于亚洲经济体进一步提升区域贸易投资自由化水平、促进形成区域一体化市场，也为后疫情时代亚洲区域经济合作提供了强大动力。20世纪80年代以来，经济全球化浪潮推动世界经济高速增长，这种局面一直持续至2008年国际金融危机爆发前。此后，全球价值链重塑趋势开始显现。一方面，与金融危机前相比，全球价值链增长放缓。另一方面，全球价值链区域化趋势增强，表现为价值链越来越在地理上集中于最终消费市场。此外，2020年突如其来的新冠肺炎疫情也深刻影响了全球价值链调整进程。尽管经济全球化受到阻碍，但亚洲区域经济合作脚步并没有因此而停歇。尽管成员国在经济体制、发展水平、规模体量等方面差异巨大，RCEP在多样性与高标准之间找到平衡，用灵活的方式处理了不同利益诉求，体现出全面性、先进性和包容性。RCEP的生效意味着亚洲区域贸易投资自由化便利化进入了一个崭新阶段，进一步丰富和发展了亚洲经贸合作机制内涵，其带来的巨大贸易创造效应和更高社会福利水平，为中国经济持续增长提供了新机遇。表现在以下几个方面。一是有助于重构区域价值链，维护产业链供应链安全。二是有助于全面提高对外开放水平，建设更高水平开放型经济新体制。三是有助于提升“一带一路”机制化水平。四是有助于国内国际双循环相互促进。

　　摘编自《经济日报》

　　【杨茜迪、陈红敏：让生态优势变为发展优势】

　　复旦大学环境科学与工程系杨茜迪、陈红敏认为推动生态产品价值实现，一方面将保护自然与满足人民群众对美好生活的需要联系起来，另一方面是促进生态优势转变成发展优势、践行“绿水青山就是金山银山”理念的关键路径。应从三个方面来理解相关内容。一是守住生态安全底线的重要支撑。生态安全作为国家安全的重要内容，是生态系统满足人类生存与发展的必备条件，是人与自然和谐共生的重要基础和前提。生态产品价值实现，是守住生态安全底线的重要支撑。二是创造优质生态产品满足人民需要。建设人与自然和谐共生的现代化，必须将人民对美好生活的向往和对优美生态环境的需要作为出发点和落脚点，为人民提供更多、更优质的生态产品。因此，需要从上至下打通生态产品价值实现的观念、技术、制度等阻隔，在充分挖掘生态产品价值的基础上，建立健全生态产品价值实现的体制机制。三是促进生态优势转变为发展优势。健全生态产品价值实现机制、促进地区生态优势转变成发展优势，是推进生态功能保护区域与其他地区实现共同富裕、同步现代化的重要途径。为推动区域协调发展，统筹城乡发展平衡，需要推动自然资本与人力资本、人造资本有机结合，因地制宜地探索不同类型地区生态优势转变成发展优势的模式，让提供生态产品的地区和提供工业产品、服务产品的地区基本同步实现现代化。

　　摘编自《中国环境报》

　　（光明网记者李彬整理）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）