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“化学诺贝尔奖解读”: 在“科学家与媒体面对面”活动上的发言 精选

已有 6975 次阅读 2012-10-23 13:46 |系统分类:论文交流| 化学, 科学家, 诺贝尔奖, 活动

各位下午好,在解读化学奖之前我介绍一下诺贝尔本人,他是我们都非常熟知的化学家,他的重要发明是硝酸甘油。这即是一种炸药,可以用来开矿和开路,也可以治疗心脏病。什么样的科学家可以得诺贝尔奖? 他一定是要有原创性的发现或者发明,造福了人类, 显著的提高了生产力,将人类从苦役和病痛中解脱出来。诺贝尔发明的硝酸甘油很好地解释了这一点。

 

今年的诺贝尔化学奖,是奖励两位生物化学家非常重要的发现,对于创造人类的幸福具有很大的意义。如果把一个细胞比喻成一个人,G-蛋白偶联受体,就像我们人的眼睛、鼻子这些感觉器官一样。目前50%以上的药物都是作用于G蛋白偶联受体,从这个大家就可以知道这是非常重要的研究。事实上这个领域不是第一次获得诺贝尔奖,是第五次。这里显示的是最重要的200种药物的分子式,绝大多数药物都是化学小分子,中间显示的是止痛剂维柯丁的分子式。 很多重要的小分子药物,比如止痛剂,它的作用靶点是G-蛋白偶联受体。 神经细胞表达传递疼痛信号的G-蛋白偶联受体,在消化器官中也有存在着G-蛋白偶联受体,能够控制我们的食欲或者控制胆汁的分泌。所以,化学家合成出来了分别针对这些G-蛋白偶联受体的药物,可以使我们的疼痛感觉减轻,或者使得我们不会感觉饿,对减肥有效果。我相信这次诺贝尔奖化学奖不仅仅是对这两位科学家在这个领域的贡献,也是对有机化学家和药物化学家的褒奖,因为他们的创造性工作,使我们创造出来那么多非常有效的小分子药物,使得非常原创性的基础发现走出实验室,真正造福人类,这就是诺贝尔本人的初衷。

 

刚才说了2012年化学诺贝尔奖授予了美国的. Lefkowitz教授和Kobilka教授,他分离并克隆一系列GPCR,解析其信号传导机理。肾上腺素是一个重要的分子,如果人非常紧张的时候,要用很大的体力做某一件事情,肾上腺素会大量分泌,促进身体的机能。在科学家发现肾上腺素受体是G-蛋白偶联受体之前,虽然我们已经知道肾上腺素等很多小分子具有生物学效应,具有药物价值,但这些研究都是在黑暗中摸索,我们并不知道这些小分子是怎么发挥功能的。在他们的工作发表之后,我们的G-蛋白偶联受体各种各样的药物作用机理的研究才有了明确的研究方向,变成了真正的科学。

 

下面的图显示的是G-蛋白偶联受体要结合一些小分子配体,会激活下游的G蛋白通路,会引导一系列生化反应,这种对外界环境的响应,对细胞发挥正确的生物学功能是非常重要的。肾上腺素受体是一个蛋白质,是被基因编码,然后翻译成蛋白质的。我们要真正了解受体功能,还要知道编码基因是什么,所以Lefkowitz教授和Kobilka教授首先把肾上腺素受体基因鉴定了出来。

 

     Kobilka在创建自己的实验室后,为进一步阐明GPCR的工作原理,独立奋斗了15年,找到了通过抗体结合和在受体细胞内第三环内插入溶菌酶,而使大部分低丰度的扩散型配体的GPCR可以结晶的方法, 进而,Kobilka2011年解析了β2肾上腺素能受体与G蛋白三聚体复合物的晶体结构,第一次在原子分辨率阐明了GPCR参与信号转导的机制。 LefkowitzKobilka的工作从根本上改变了人类对GPCR受体和跨膜信号传递的认识,对现代药物设计的方式有重要影响。

 

    我本人在这里面也做了一点工作,我们每个人都有都有嗅觉,能感知很多气味分子。有一个简单的化学常识,很多很臭的气味分子都是很好的金属配体。基于这种常识,我做研究生时提出来了金属离子依赖的嗅觉受体响应气味分子的机制。这种理论现在已经被实验证实。

 

这个领域还有很多重要的问题,首先是我们现在有这么多结构信息, 基于这个结构的了解,我们可以设计出更加有效的、副作用更小的药物。还有一个很重要的问题,小分子怎么样诱导G蛋白偶联受体的动态变化,使膜外的信号能够被传递到膜内,所有这些问题的解决需要结构生物学家、有机化学家、物理化学家进行通力合作,我希望在不久的将来,在G-蛋白偶联受体领域出现下一个诺贝尔奖。

 

在这里我说一下对未来化学诺贝尔奖的回顾和展望,在座的可能会问一个问题,我们中国的化学家有没有可能获得化学诺贝尔奖,可能会在哪个领域。诺贝尔本人的遗愿是要作出重大的发现和发明,要造福人类。我相信造福人类最多的化学诺贝尔奖获得者就是Haber,他是1918年获得诺贝尔化学奖,他发现了一个很重要的反应,把氮气能够转化成氨的反应,因为他的发明,现在的化工厂可以每年制造出来5亿吨的肥料,从而能够大大提高农作物的产能。图上大家可以看到,肥料的产量和人口增长的关系。科学研究表明,肥料的生产支撑了全球一半人的食物的来源。如果没有Haber的发明,可能现在地球上的人口只有现在的50%,从这个角度来讲,这位化学家确实对人类作出了十分非常重要的贡献。2007年诺贝尔化学奖授予了另外一位物理化学家Ertl,他进一步解析了化学催化的原理,包括氮气怎么转化成氨。在2001-2010年,还有三次化学诺贝尔奖奖励了三个非常重要的化学反应的发明者。2001年诺贝尔化学奖授予不对称氧化和还原反应,2005年是烯复分解反应,2010年是钯催化的C-C键形成反应。 从化学奖目前的形势来看,以后还会有相当部分的化学奖会授予生物化学家, 发给在生命科学中作出重要发现的科学家。但是化学家仍然要创造新的反应,创造出新的分子,这两方面的工作结合起来,才能以更高的效率合成出新的药物及各种生活必需品,真正在未来造福人类。

 

虽然这些化学家以及化学工业对人类作出了非常重大的贡献,但是目前化学工业对社会和环境造成了非常严重的污染,比如空气污染、海洋污染和土壤污染,这都是非常严重的问题。化学家以后怎么样进一步为人类制造福祉,一个重要的趋势是从化学工厂走到生物工厂。随着基因组的解析和许多代谢通路的阐明,合成生物学家已经可以在活细胞里面设计优化许多重要的化学反应。 例如:可以从微生物生产出来青蒿素、紫杉醇这样的药物,也可以用微生物来生产生物能源。这样可以显着提高合成的效率、降低成本、降低对环境的污染。我有一个梦想,以后的绿色生物化学工厂,它的能量是来源于太阳光,原料来自空气,不排放二氧化碳,不制造污染,可以生产人类社会必须的多数物质原料、药物和能源。这将是二十一世纪的重要科技革命。但是,这也对我们化学家提出了重大的挑战。如果化学家能够发明新的反应,把新的反应引入到活细胞当中并予以合适的排列组合,这个梦想就有可能会实现。 我相信,今后会有更多的诺贝尔奖化学奖发给在合成生物学方面做出重要发现和发明的科学家。

 

谢谢大家。



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