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.
体重突然增加？有可能是因为睡眠不足******
为什么明明感觉没多吃却胖了？
为什么辛辛苦苦跑步、跳操、跳绳
体重却一点没有下降？
是不是经常问自己
到底是哪个环节出了错
现在，请认真回想一下
最近是不是熬夜了
是不是手机、电视剧太好看了
导致你睡得一天比一天晚
如果是的
那么，你减肥失败、体重增加
有可能是因为睡眠不足
为什么睡得少会长胖？
睡眠不足会降低基础代谢。研究显示，如果熬夜一整晚不睡，第二天的基础代谢会下降5%，进食后的代谢率会降低20%，从而导致代谢消耗量减少。长时间睡眠不足还会使身体出现疲劳乏力、精神萎靡等症状，久而久之会影响到胰岛素的分泌，也会抑制脂肪的分解，从而出现身体发胖的现象。
睡眠不足影响激素分泌。北京大学人民医院（呼吸）睡眠医学科主任医师董霄松表示，睡眠不足皮质醇就会继续保持较高的分泌水平，这种分泌异常可能会导致暴饮暴食。还有研究发现睡眠不足导致超重与肥胖的发生，可能与瘦素、胃饥饿素之间的平衡被打破有关。睡眠时间不足会降低血清瘦素水平、升高胃饥饿素水平，增加饥饿感及食欲，增加胆固醇、饱和脂肪酸的摄入量。
睡眠不足会让人的食欲增加。数据显示，睡眠不足的人，每天吃的食物总热量要比那些睡眠充足的人高出22%！这可能是因为睡眠不足，会减弱大脑额叶的活动，进而会减弱我们的自控力，受食物的干扰会更加明显，也就更容易暴饮暴食。
图源：摄图网
长期睡眠不足对身体有什么影响？
内分泌紊乱。睡眠时间是分泌很多重要激素的黄金时间，如甲状腺激素、性激素、褪黑素等。
甲状腺激素水平过低，会导致皮肤变得干燥粗糙，影响体温调节，导致黏液性水肿等。性激素分泌不足，会让肌肤状态变差，女性卵巢囊肿、子宫内膜异位、子宫肌瘤、乳腺增生等妇科疾病的风险也会增加。褪黑素是身体抗氧化的重要激素，如果褪黑素无法分泌，可能会导致人体早衰。
阻碍人体代谢。晚上9点至凌晨1点是人体免疫系统最关键的时间，在睡眠状态下，吞噬细胞会主动吞噬坏死组织，进行新陈代谢，将坏死的组织、代谢产物排出体外。如果这段时间没有良好的睡眠状态，就会影响自身代谢。
降低免疫力、损害大脑。睡眠不足会降低白细胞吞噬能力，导致身体免疫细胞发生异常。免疫系统无法正常工作，身体就无法对细菌、病毒、癌细胞等进行抵抗，让疾病趁虚而入。同时，睡眠不足也会损伤人体认知功能，使人健忘、精神恍惚、注意力难以集中，对学习工作效率有非常大的危害。
怎样才能拥有高质量睡眠？
每个人的最佳睡眠时间不同，有的人睡觉6小时，一天都可以精力充沛。有的人必须睡满8小时，不然就无精打采。找到适合自己的最佳睡眠时间，每天按照习惯入睡，有利于提升睡眠质量。
图源：沧州市人民医院资讯号
晚上不宜大量吸烟饮酒。研究发现，成人饮酒与睡眠时间减少存在相互作用，增加了血糖异常的风险。吸烟的人，特别是在夜间吸烟的人，睡眠潜伏期更长，觉醒次数更多，睡眠质量更差，睡眠时间更短。建议不吸烟、限制饮酒，特别是在将要睡觉的时候，以获得健康的睡眠和最佳的代谢调节。
睡觉前2个小时不宜进食。因为在进食后，会引起胃部的血液循环增加，其他组织器官也会受到影响。特别是会刺激大脑，使得大脑出现兴奋症状，导致不能很快进入睡眠状态。
营造良好的睡眠环境。入睡时，卧室的温度和湿度要适当。卧室还要保持良好的卫生清洁状况，保证空气流通顺畅。夜晚要保持安静，拉上窗帘，使用舒服的助眠用品，缓解焦虑和压力。舒心的睡眠环境，有助于深度睡眠。
固定睡眠时间。每个人都有自己的生物节律，找准自己的生物钟，才能获得高质量睡眠。到底应该几点睡觉没有统一标准，不过，一般建议大家晚上10～11点入睡。可以设置个睡眠闹钟，每天晚上提醒自己“到点啦，该睡觉啦”！
参考资料：
睡眠不足不规律，可能真的会让人发胖[N]. 科技日报,2022-08-17(008).
睡眠不足或增加肥胖风险Nature子刊总结的改善睡眠几大策略[J].科学大观园,2022(22):34-35.
科普中国、健康时报、萧山疾控、沧州市人民医院资讯号等
整理：刘雪洁
