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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.

国家体育总局：举办高危险体育赛事应向有关部门申请******

　　中新网2月3日电 国家体育总局近日发布《关于做好高危险性体育赛事活动管理工作的通知》指出，只要举办高危险性体育赛事活动，不论是否以营利为目的，都应当依法依规向地方体育行政部门申请许可。

　　通知全文如下：

　　一、明确高危险性体育赛事活动管理范围和对象

　　(一)准确把握高危险性体育赛事活动名称和条件

　　体育总局等七部门联合发布的《目录》，将潜水赛事活动、航空运动相关赛事活动、登山相关赛事活动、攀岩相关赛事活动、滑雪登山赛事活动、汽车摩托车相关赛事活动等6大类18个小项的赛事活动列入第一批高危险性体育赛事活动，并对纳入《目录》的高危险性体育赛事活动名称以及条件进行了明确规定。对于没有附加条件的，该项目所有体育赛事活动均为高危险性体育赛事活动，必须按照《体育法》规定向县级以上地方人民政府体育行政部门(以下简称地方体育行政部门)提出申请；对于有附加条件的，符合该条件的体育赛事活动属于高危险性体育赛事活动，也必须按照《体育法》规定向地方体育行政部门提出申请，条件之外的体育赛事活动不属于高危险性体育赛事活动，不需要进行行政许可。

　　由体育行政部门及其事业单位、单项体育协会主办、承办的高危险性体育赛事活动，不属于《目录》范围，主办、承办单位应当按照相关条件和要求从严进行审查，并承担相应责任。

　　(二)关于高危险性体育赛事活动许可对象

　　高危险性体育赛事活动的许可对象是指《目录》所列赛事活动的组织者，由组织者提出许可申请。赛事活动组织者有主办方、承办方、协办方的，原则上由赛事活动的主办方提出许可申请，受主办方书面委托，承办方也可以提出许可申请。按照《办法》有关规定，高危险性体育赛赛事活动的组织者为自然人、法人和非法人组织，其中既包括企业，也包括行政部门、事业单位、社会团体、民办非企业单位等。只要举办高危险性体育赛事活动，不论是否以营利为目的，都应当依法依规向地方体育行政部门申请许可。

　　二、规范高危险性体育赛事活动许可程序

　　(三)关于出具专业技术人员相应资格或者资质证明

　　《体育法》第一百零六条规定，举办高危险性体育赛事活动，应当配备具有相应资格或者资质的专业技术人员。高危险性体育赛事活动一般具有较强的专业技术性，从提高赛事活动规范性、专业性、安全性角度出发，必须配备相应的专业技术人员。《办法》规定，举办高危险性体育赛事活动应提交专业技术人员的资格或资质证明材料。由于高危险性体育赛事活动行政许可是一项新制度，目前国家对于《目录》中赛事活动涉及的部分专业技术人员尚无相应或健全的职业标准。为此，涉及这些赛事活动的，《举办高危险性体育赛事活动许可条件及程序》(以下简称《许可条件》)明确应以全国性单项体育协会关于专业技术人员的资质规定为标准。有关全国性单项体育协会应当不断完善专业技术人员资质认定工作，加强相关培训，壮大专业技术人员队伍，满足举办高危险性体育赛事活动的需求；应当建立专业技术人员资质公示制度，将符合《许可条件》相关资质要求的专业技术人员向社会公布，便于公众查询，接受社会各界监督。对于在行政许可申请环节尚难提供具体参赛人员和专业技术人员相应资格或资质证明材料的，申请人应当作出参赛人员和专业技术人员符合相应资格或资质要求的承诺，并在赛事活动举办前及时提交相关证明材料。

　　(四)关于配置符合相关标准和要求的场地、器材和设施

　　《体育法》第一百零六条规定，举办高危险性体育赛事活动，应当配置符合相关标准和要求的场地、器材和设施。《许可条件》明确提出，高危险性体育赛事活动组织者应当按照相关标准和要求配置场地、器材和设施，并形成说明性材料。说明性材料应当对内容的真实性作出承诺，并明确不符合承诺自行承担相应的法律责任。有关全国性单项体育协会应当不断完善高危险性体育赛事活动场地、器材和设施标准和要求。地方体育行政部门应当按照《许可条件》对高危险性体育赛事活动涉及的场地、器材和设施进行核查，必要时可委托第三方机构出具专业性意见。

　　(五)关于制定通信、安全、交通、卫生健康、食品、应急救援等相关保障措施

　　《体育法》第一百零六条规定，举办高危险性体育赛事活动，应当制定通信、安全、交通、卫生健康、食品、应急救援等相关保障措施。高危险性体育赛事活动由于海拔、天气、地形等自然环境复杂，对于安全保障条件有较高要求，组织者应当根据赛事活动特点和《许可条件》要求，落实相关保障措施。按照《办法》规定，高危险性体育赛事活动组织者在申请时应提交风险评估报告、风险防范及应急处置预案、安全工作方案、医疗保障及救援方案、赛事活动“熔断”机制、赛事活动组织方案等材料。

　　(六)关于实地核查工作

　　《体育法》以及《办法》均明确规定，地方体育行政部门应当自收到举办高危险性体育赛事活动申请之日起三十日内进行实地核查，这是地方体育行政部门实施高危险性体育赛事活动许可的必经程序。地方体育行政部门可以指派两名及以上工作人员进行实地核查，也可以委托检验机构或认证机构进行实地核查，但地方体育行政部门工作人员应当一同前往，委托费用由地方体育行政部门承担。实地核查主要核查申请人提交材料所述内容是否真实，应当按照《许可条件》规定的条件标准逐项审核。

　　涉及器材、设施等场地布置环节具体事项，可结合赛事活动实际情况，采取较为灵活的核查方式，既要确保相应要求落实到位，又要有利于赛事活动的举办。

　　三、提升高危险性体育赛事活动管理工作水平

　　(七)建立高危险性体育赛事活动管理机制

　　《体育法》明确实施该项行政许可的主体是地方体育行政部门，省级体育行政部门应当抓紧研究制定省、地市、区县分级管理办法，明确地方各级体育行政部门工作内容，规范管理流程，建立配套制度规定，尽快建立健全本辖区内高危险性体育赛事活动行政许可管理机制，明确责任主体。

　　(八)加强与相关职能部门的沟通合作

　　高危险性体育赛事活动管理涉及行政许可、行政处罚、行政检查，是一项综合性执法工作。地方体育行政部门应当根据《体育法》规定，会同同级公安、市场监管、应急管理等部门按照各自职责范围加强对高危险性体育赛事活动的监管。对于执法力量不足的，应当积极争取将高危险性体育赛事活动执法工作纳入相对集中行政处罚权综合执法范围，也可以依法委托综合执法机构承担。加强与同级工信、公安、人力资源社会保障、交通运输、卫生健康、应急管理、市场监管等部门的沟通合作，指导高危险性体育赛事活动的组织者做好相关服务保障。

　　(九)加强高危险性体育赛事活动执法监督管理

　　《体育法》以及《办法》对高危险性体育赛事活动行政许可工作作出了具体规定，地方体育行政部门应当严格依法依规实施行政许可。如果对符合法定条件的不予许可，对不符合条件的给予许可，负有责任的主管人员和其他直接责任人员应当承担相应的法律责任。这既涉及地方体育行政部门的权利与责任，更涉及自然人、法人和非法人组织合法权益的保障，应依法依规实施许可，避免因许可行为不当而产生行政复议和行政诉讼的法律后果。上级体育行政部门应当加强对下级体育行政部门实施行政许可的监督检查，及时纠正行政许可实施中的不当和违法行为。

　　(十)认真抓好学习宣传贯彻工作

　　《体育法》于2023年1月1日起正式施行，新修订的《办法》和新制定的《目录》已经正式发布。体育总局将把贯彻落实《体育法》及其配套规定，作为今后一段时期全国体育系统普法工作的重要内容。地方体育行政部门应当组织专项学习，加深对高危险性体育赛事活动管理工作的认识，强化责任意识，提高管理能力和水平；结合工作实际，积极开展相关培训，确保基层负责行政许可的工作人员明确工作程序和要求。尤其要对高危险性体育赛事活动组织者、参与者进行有针对性的宣传，切实提高相关主体对高危险性体育赛事活动的认识，明晰相关政策，保护自身权益。

　　加强高危险性体育赛事活动管理是保护人民群众生命健康安全、促进体育赛事活动规范有序发展的重要举措。各地体育行政部门要高度重视，严格按照相关法律法规要求，规范高危险性体育赛事活动各项管理工作，并按照《中华人民共和国行政许可法》相关规定和要求，在机构设立、人员充实、设备配置、经费保障等方面积极向同级人民政府争取支持。

　　在实施高危险性体育赛事活动行政许可工作中遇有问题，请及时与体育总局联系。

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）