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某些分子,例如氨基酸,存在两种互为镜像的形式。然而,生物体中却只包含其中一种。这种化学上的不对称性究竟是如何出现的,长期以来一直是困扰化学家的谜题。Henri B. Kagan和Kenso Soai因发现这一谜题的解答,获授2026年诺贝尔化学奖。
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分子的镜像难题
生命中的分子,给化学家出了一道难题。
想象一下,你是一名锁匠,需要按客户的要求制作钥匙。然而,每次制作,你都会同时得到两种互为镜像的钥匙:只有一种能打开客户的锁,另一种不仅打不开,还可能损坏它。偏偏这两种钥匙又很难区分,最终交到客户手中的,总是两种钥匙的混合。
化学家开发新药时,也会遇到类似的挑战。
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许多药物分子存在两种互为镜像、却不完全相同的形式:一种具有治疗作用,另一种则可能引起不必要的、有时甚至有害的副作用。其深层原因与生命的基本化学特征有关:生命的化学具有化学家所说的“同手性”。如同左右手一样,几乎所有氨基酸都存在两种互为镜像的形式,但构成生物细胞内蛋白质的氨基酸只采用其中一种。另一种在自然界中则很少见。
如何让一种镜像占据优势?
长期以来,化学家一直想知道,同手性究竟是如何产生的。当他们研究能够生成两种镜像分子的化学反应时,试管中得到的总是比例相等的两种形式。
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然而,化学家希望能只生成其中一种,因为在开发会与生物体发生相互作用的分子时——例如药物分子——只有其中一种镜像形式能产生预期的效果。
2026年诺贝尔化学奖表彰的发现,使化学家能够引导化学反应,最终实现同手性。
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1986年,Henri Kagan迈出了决定性的第一步:他发现了一种调控化学反应的新方法。借助这种方法,他使生成物中的一种镜像形式占据了更大的比例优势,超出了此前人们认为可能达到的程度。
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Kenso Soai随后迈出了下一步。在一篇发表于1995年的关键论文中,他描述了如何设计出首个有望实现同手性的化学反应。2003年,他终于取得了成功。他实现了一种反应:在两种可能生成的镜像形式中,最终只形成其中一种。除了生命本身,此前还没有人实现过这一壮举。
从药物合成到生命之谜
Henri Kagan和Kenso Soai的发现,让化学家能够更有效地引导反应,使一种镜像形式占据优势,为药物合成提供了重要的方法与启示。
这些发现也为一个困扰化学界逾百年的谜题提供了关键线索:生命中普遍存在的同手性,究竟如何能够自发产生?通过这些令人惊叹的反应,他们展示了化学如何放大最初的微小差异,最终走向几乎只剩一种镜像形式的结果,为理解生命的这一基本特征打开了一条路径。
#参考来源:
https://www.nobelprize.org
#图片来源:
封面及首图: Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
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