刚刚！诺贝尔化学奖揭晓！点击化学和生物正交化学是个啥？

△尹哥对2022年诺贝尔物理学奖进行解读

北京时间10月5日17时45分许，2022年诺贝尔化学奖在瑞典皇家科学院揭晓，该奖项被授予来自美国、丹麦的3位科学家。

获奖者：他们分别是美国科学家卡罗琳·贝尔托齐（Carolyn R. Bertozzi）、丹麦科学家莫滕·梅尔达尔（Morten Meldal）以及美国科学家巴里·夏普莱斯（K. Barry Sharpless）。

获奖原因：表彰他们在“点击化学和生物正交化学的发展”方面做出的贡献。

获奖者：德国科学家本亚明·利斯特（Benjamin List）、美国科学家戴维·麦克米伦（David W.C. MacMillan）。

获奖原因：他们在发展不对称有机催化中的贡献。

许多科研领域和工业行业都依赖于化学家构建分子的能力，而构建分子需要催化剂来控制和加速化学反应。催化剂是化学家的基本工具，但研究人员长期以来认为原则上只有金属和酶这两类催化剂可用。本亚明·利斯特和戴维·麦克米伦在2000年各自独立开发出了第三类催化剂，它建立在有机小分子基础上，被称为不对称有机催化剂，它们驱动的反应就是不对称有机催化。他们的研究成果表明，有机催化剂可用于驱动多种化学反应，通过这些反应可以有效合成多种分子，包括新药物分子、在太阳能电池中捕获光的分子等，为人类带来巨大益处。

获奖者：法国女科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷（Emmanuelle Charpentier）以及美国女科学家珍妮弗·道德纳（Jennifer A. Doudna）。

获奖原因：她们在基因组编辑方法研究领域作出的贡献。

纽埃勒·沙尔庞捷和珍妮弗·道德纳发现了基因技术中最犀利的工具之一，即“CRISPR/Cas9基因编辑技术”。基于这项技术，研究人员能以极高精度改变动物、植物和微生物的DNA，并有望更改某些生物的生命周期。这一技术对生命科学研究产生了突破性影响，有助于研发新的癌症疗法，并可能使治愈遗传性疾病成为现实。

获奖者：美国科学家约翰·古迪纳夫（John B. Goodenough）、斯坦利·惠廷厄姆（M. Stanley Whittingham），日本科学家吉野彰（Akira Yoshino）。

获奖原因：他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。

轻巧、可充电且能量强大的锂离子电池已在全球范围内被应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等各种产品，并可以储存来自太阳能和风能的大量能量，从而使无化石燃料社会成为可能。上世纪70年代，斯坦利·惠廷厄姆发现了一种能量丰富的材料，这种由二硫化钛制成的材料可以嵌入锂离子，所以可被用作锂电池中的阴极。约翰·古迪纳夫推测，如果用金属氧化物来替代金属硫化物制造阴极，电池将具有更大的潜力，经过系统研究，他在1980年证明了嵌入锂离子的氧化钴可以产生4伏的电压。基于此前的研究，吉野彰于1985年开发出了首个接近商用的锂离子电池。他并未使用活泼的金属锂做阳极，而是使用了焦炭，这种碳材料可以像氧化钴一样提供容纳锂离子的空间。锂离子在阴阳极之间运动产生电流。

获奖者：美国科学家弗朗西丝·阿诺德（Frances H. Arnold）、乔治·史密斯（George P. Smith），英国科学家格雷戈里·温特（Sir Gregory P. Winter）。

获奖原因：他们在酶的定向演化以及用于多肽和抗体的噬菌体展示技术方面取得的成果。

在全球发展清洁能源的过程中，成本与高效、清洁一直存在矛盾，传统的方法已很难适应发展需要，为改变这一情况，弗朗西丝·阿诺德将目光投向了酶，她于1993年完成了首个酶的定向演化实验，经过多年发展，她的实验室生成的酶已经能够催化那些自然界中都不存在的化学反应，从而制造出全新材料。她这些“量身定制”酶如今已是包括药物在内许多材料制作的重要工具，并能在生产过程中避免产生许多污染环境的副产物。乔治·史密斯则研发了一种名为噬菌体展示的新技术，他利用了一种能感染细菌的病毒噬菌体，将外源蛋白或多肽的DNA序列插入到噬菌体外壳蛋白结构基因的适当位置，使外源基因随外壳蛋白的表达而表达，同时，外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面。这种技术可应用于研究与蛋白质相互作用的配体，以及进行蛋白质演化等。格雷戈里·温特将乔治·史密斯的这项技术用于抗体的定向演化，以便提升它们在疾病治疗方面的一些特性，基于这种新技术开发的药物已在2002年获得批准，可用于类风湿性关节炎等疾病的治疗。

获奖者：瑞士科学家雅克·杜博歇（Jacques Dubochet）、美国科学家约阿希姆·弗兰克（Joachim Frank）以及英国科学家理查德·亨德森（Richard Henderson）。

获奖原因：他们在冷冻显微术领域的贡献。

科学发现往往建立在对肉眼看不见的微观世界进行成功显像的基础之上，但是在很长时间里，已有的显微技术无法充分展示分子生命周期全过程，在生物化学图谱上留下很多空白，而低温冷冻电子显微镜（Cryo-EM）将生物化学带入了一个新时代。理查德·亨德森上世纪90年代改进了传统电子显微镜，取得了原子级分辨率的图像。约阿希姆·弗兰克在70、80年代开发了一种图像合成算法，能将电子显微镜模糊的二维图像合成清晰的三维图像。雅克·杜博歇发明了迅速将液体水冷冻成玻璃态以使生物分子保持自然形态的技术。这些发明使低温冷冻电子显微镜的各部件得到优化。2013年以来，低温冷冻电子显微镜日渐成熟并获得广泛应用。如今研究者可以在生物分子的生命周期内对其进行冷冻和成像，将以往不为人知的分子生命状态呈现出来，所带来的新发现对于人类理解生命机理和开发新药具有重大意义。

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