“大道至简” — click chemistry
- boke
- 2022-10-10
- 10:08 上午
北京时间10月5日17：45，2022年诺贝尔化学奖揭晓。瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔化学奖授予卡罗琳·贝尔托齐(Carolyn R. Bertozzi)、莫滕·梅尔达尔(Morten Meldal)和卡尔·巴里·沙普利斯(K. Barry Sharpless)，以表彰他们在click chemistry和生物正交化学做出的杰出贡献。
click chemistry是由Sharpless教授提出的一种合成理念，通过最简便有效的方式将两个分子拼接在一起而不需要将其它官能团进行保护，这些反应都是环境友好、稳定、高效的反应，而且不产生副作用产物。click chemistry反应主要有4种类型：环加成反应、亲核开环反应、非醇醛的羰基化学以及碳碳多键的加成反应。其中一价铜催化叠氮化物与炔的环加成反应被称为王冠上的明珠。
拼接反应在化学中的反应很高效，但是重离子对生命体是有害的，并不适用于生命体，生命体的反应需要常温常压，水溶液中反应。2004年Bertozzi摆脱了对铜离子的依赖，采用全新的方式促进反应的发生，提出了生物正交反应的概念。生物正交反应是指一个可以在生物背景下（如活细胞、活体动物体内）独立进行，不对周围的生物体系产生影响，且生物体系中的各种各样的物质也不会对它产生干扰的化学反应。
Click chemistry与生物正交化学不仅对化学材料学产生很大的影响，大大提高了反应效率。在生命科学与医药健康领域也有重要影响与应用。它使得在生命科学领域看得更清楚，测得更准，推动生命机制的研究。在医药与健康领域、基因测序、抗体的识别都有广泛应用。
在探针合成上，相对于传统的亚磷酰胺法与NHS酯法，click chemistry提供更加高效的连接效率，在良性溶剂中进行反应，且产物易于分离。温和的反应条件，使得荧光基团更加稳定，荧光性能更优。
图片来源：www.glenresearch.com
在生命科学领域应用之一：细胞表面的聚糖能够介导细胞与细胞、细胞与微生物之间的通讯和相互作用，在一些生理与病理状态下，细胞表面的糖类会发生结构或表达的变化，因此可作为一种重要的标志物用于疾病的诊断，为了深入了解糖基化调节机制，聚糖成像研究变得十分重要。由于糖的生物合成是由糖苷转移酶与糖苷酶逐步推进的过程，使得聚糖成像与基于编码荧光蛋白的报告基团系统不兼容且充满挑战，因此开发了一种通过生物正交的反应将荧光受体安装到膜表面聚糖上的方法。将斑马鱼的胚胎与Ac4GalNAz一起孵育，用叠氮化合物标记细胞表面的聚糖，随后胚胎用含有炔基Alexa Fluor 488荧光染料或Alexa Fluor 647荧光染料处理，这个过程实现了斑马鱼的发展进程中聚糖的体内可视化。
图片来源：Chem Soc Rev
在表观遗传学高通量测序研究中的应用，将含有叠氮的尿苷二磷酸葡萄糖通过糖基转移酶连接到5-羟甲基胞嘧啶上，然后通过click chemistry反应，将含炔基的生物素连接到含叠氮的羟甲基胞嘧啶上用于后续的捕获，亲和纯化及测序。
