有机化学与诺贝尔化学奖

有机化学与诺贝尔化学奖胡征善自1901年诺贝尔(Nabel)奖设立以来，60%以上的诺贝尔化学奖授予了在有机化学研究方面有突出贡献的科学家，尤其是近年来诺贝尔化学奖都是无一例外地表彰了在有机合成方面和揭示生物大分子微观行为与探索生物大分子反应机理等方面做出重大贡献的科学家。2001年手性催化开创药物和材料合成的新领域2001年诺贝尔化学奖授予在“手性催化氢化反应”领域做出贡献的美国科学家威廉诺尔斯（William.S.Knowles）与日本科学家野依良治（Ryoji.Noyori）和在“手性催化氧化反应” 领域做出贡献的美国科学家巴里夏普莱斯（K.Barry.Sharpless）。3位化学家对手性分子方面的研究不仅为新药和新材料的开发和合成做出了巨大的贡献，而且帮助人们深入探索分子世界的未知领域，促使化学、材料科学、生物学和药学的快速发展。目前人们已根据他们的研究成果研制出了抗生素、消炎药以及治疗心脏病和帕金森综合症等许多药物，此项技术也用于生产调味剂、甜味剂和杀虫剂及其他生物活性物质。2002年“看清”DNA、蛋白质等生物大分子的真面目2002年诺贝尔化学奖授予美国科学家约翰芬恩（John.B.Fenn）日本科学家田中耕一（Koichi.Tanaka）和瑞士科学家库尔特维特里斯（Kurt.Wuthrich）,以表彰他们发明了识别和分析生物大分子结构的方法。约翰芬恩“发明了对生物大分子的质谱分析法”，通过测出蛋白质离子飞过指定距离所用的时间，确定蛋白质的质量；田中耕一发明了用激光使生物大分子集合体分离并生成离子的技术把样品击成许多小块，迫使分子释放出来。田中耕一对化学的贡献类似于约翰芬恩，所以约翰芬恩和田中耕一两人分获本年度诺贝尔化学奖1/4的奖金。库尔特维特里斯发明“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”而获得本年度诺贝尔化学奖的一半奖金。“生物大分子的质谱分析法”不仅可以准确测定生物大分子的分子量，而且可以进一步揭示各种蛋白质分子内氨基酸的构成和DNA分子内核糖核酸的构成及其序列结构，这对人类疾病治疗方面具有重大意义。随着人类基因组图谱、水稻基因组草图以及其它一些生物基因组图谱破译成功，生命科学和生物技术进入后基因组时代，“对生物大分子进行确认和结构分析的方法”将发挥重要作用。2003年揭示细胞膜的水与离子通道2003年诺贝尔化学奖奖给两位美国科学家，一位是阿格雷（Peter Agre），表彰他最先发现并表征了细胞膜上的水通道蛋白，另一位是麦金农（Roderich Mackinnon），表彰他阐明了细胞膜上离子通道的结构、作用机理和基本功能。由于他们的努力，使我们走近细胞的化学，得以从分子水平上了解水和离子是怎样在细胞膜上移动的，同时也看到化学知识在人类揭示生命奥秘过程中起着多么重要的作用。2004年细胞内蛋白质是怎样被分解的2004年诺贝尔化学奖分别奖给两位以色列科学家阿龙切哈诺夫（Aaron.Cichanover）、阿夫拉姆赫什科（Avram.Hershko）和美国科学家欧文罗斯（Irwin.Rose）。表彰他们发现并在分子水平上认识细胞是怎样调控细胞内某些蛋白质作为靶分子，在特定时间和特定场所被分解的。他们的工作使人们了解细胞是怎样控制着许多极其重要的生物化学过程，其中如：细胞周期、DNA修复、基因转录、新蛋白质的质量控制以及免疫应答等。如果系统中的蛋白水解功能出现缺损，将给人带来包括癌症在内的多种疾病。2005年烯烃的复分解反应2005年诺贝尔化学奖分别奖给法国石油研究所的伊夫肖万（Yves.Chauvin），美国加州理工学院的理查德施罗克（Richard.R.Schrock）和美国麻省理工学院的罗伯特格拉布（Robert H.Grubbs），表彰他们对有机合成中复分解方法的重大发展。他们的工作不但深深地影响着有机合成理论的研究，而且对开发新的药物、新的合成材料以及生物活性物质等有极其重要作用，当应用这种方法进行工业生产时，将会使产品的成本更低廉，对环境更友好。应用催化剂进行烯烃复分解反应，既可缩短合成路线，又能获得高收率的产品，这样就给我们提供一个新的开发有机分子的途径，并贡献于“绿色”化学。科研人员正是基于这种理念，正在把烯烃的催化复分解反应用于开发对抗人类疾病（其中有包括爱滋病在内的各种传染病、唐氏综合症等遗传病以及骨质疏松、关节炎等病症）的新药，应用于合成食品添加剂、昆虫引诱剂、除草剂以及具有特殊性能和特殊用途高分子的材料。2006年描述真核细胞的转录2006年诺贝尔化学奖授予美国斯坦福大学的生物学家罗杰科恩伯格（Roger.David.Kornberg）博士，以表彰他对真核细胞DNA转录在分子结构上的突破性研究和取得的重要贡献。他是继其父阿瑟科恩伯格1959年在DNA研究方面的贡献而获得诺贝尔医学奖的又一对父子诺贝尔奖获得者（自从诺贝尔奖于1901年设立以来，有6对父子、4对夫妇获诺贝尔奖，其中最著名的莫过于居里夫妇和他们的女儿女婿共获得5次诺贝尔奖）。罗杰科恩伯格的研究从分子水平上揭示了真核生物体内的细胞如何利用基因内存储的信息生产蛋白质，这一点在医学上具有“基础性”的作用，因为人类的多种疾病如癌症、心脏病等都与这一过程发生紊乱有关。理解这一过程有助于人们寻找治疗上述疾病的方法。真核生物是细胞核的生物，相比起细菌更为复杂，动物和植物都是真核生物。此外，理解转录过程也有助于人们理解干细胞如何发展成不同的特定细胞，能分化成不同种类的体细胞。科学家相信，将来可以利用人类胚胎干细胞修补人体受损的组织和器官，治疗多种疾病。 2008年发现和改进绿色荧光蛋白2008年诺贝尔化学奖授予日籍科学家下村修（Osamu Shimomura）、美国科学家马丁沙尔菲（Martin Chalfie）和美籍华裔钱永键（Roger Y.Tsien，钱学森堂侄）。三位科学家的贡献分别是：下村修在上世纪60年代首先从一种名为Aequorea victoria的水母中分离出一种在紫外线下会发出明亮绿光的蛋白质绿色荧光蛋白（Green fluorescence protein，GFP）。沙尔菲率先将GFP移植于一种线虫体内，利用GFP的发光性能对线虫体进行遗传标记。钱永键的主要贡献在于阐明了GFP产生荧光的化学机制，并通过改变GFP的化学结构，拓展出能产生不同颜色的荧光蛋白，使科学家能够对各种蛋白质及其所在的细胞施以不同的色彩。在这些荧光蛋白的帮助下，可以通过跟踪某些特定分子，观测生物过程是如何进行的。 2009年破解蛋白质合成之谜 以色列女科学家阿达约纳特(Ada Yonath，她是诺贝尔化学奖史上第4个女性获奖者)对核糖体结构的进行了开创性研究；美国科学家托马斯施泰茨（Thomas Steitz）用X光结晶学和分子生物学摸清蛋白质及核酸的构造和运行机制，有助于人们理解基因表达、复制和重组；英籍印度科学家文卡特拉曼拉马克里希南（Venkatraman Ramakrishnan）用所造的“尺子”令核糖体研究得以精确测量一些数据，从而突破先前的局限。三位科学家以各自对“核糖体的结构和功能”的研究而获得2009年度诺贝尔化学奖。三位科学家构筑了三维模型来显示不同的抗生素是如何抑制核糖体功能的，“这些模型已被用于研发新的抗生素，直接帮助减轻人类的疾病，拯救生命”。20