谁说诺奖成果都不接地气？今年的化学诺奖关于你我的健康( 二 )

原则上， 2000年之前发现的催化剂都属于以下两类：金属或酶。金属通常是优秀的催化剂，因为它们可以暂时容纳电子，或在化学过程中将电子提供给其他分子。这能帮助松动分子中的化学键，原本牢固的键也可以被打破，并形成新的连接。
然而，一些金属催化剂存在对氧气和水敏感的问题。因此，为了能正常发挥作用，它们需要没有氧气和水分的环境，而这在大型工业环境中难以实现。此外，许多金属催化剂都是重金属，它们可能对环境有害。
生物催化剂精确度惊人
第二种催化剂是我们称作酶的蛋白质。所有生物都有成千上万种不同的酶，它们驱动着生命所必需的化学反应。很多酶都是不对称催化的大师，在有两种手性镜像的时候，它们总是只生成其中一种。这些酶还会并肩工作：当一种酶完成反应，另一种酶接手继续工作。通过这种方式，它们可以以惊人的精度构建复杂分子，例如胆固醇、叶绿素或称为番木鳖碱（strychnine）的毒素。番木鳖碱是我们所知最复杂的分子之一（我们之后还会说到它）。
由于酶是如此高效的催化剂， 20世纪90年代的研究人员试图开发新的“酶变体”来驱动人类所需的化学反应。其中一个致力于此的研究小组来自美国加利福尼亚南部的斯克里普斯研究所（ScrippsResearchInstitute），它由已故的卡洛斯·F·巴尔巴斯三世（CarlosF.BarbasIII）带领。在今年诺贝尔化学奖背后的绝妙想法诞生时，本亚明·利斯特正在该小组做博士后。
本亚明·利斯特跳出思维定势
本亚明·利斯特当时在研究“催化性抗体” 。抗体通常会结合我们体内的外来病毒或细菌，但斯克里普斯的研究人员重新对抗体进行设计，把它们的作用变成了驱动化学反应。
在研究催化抗体期间，本亚明·利斯特开始思考酶工作原理的本质。酶通常是由数以百计氨基酸构成的巨大分子。除了这些氨基酸，还有相当一部分酶含有推动反应的金属成分。但是——重点来了——许多酶不需要金属帮助就能催化反应。这些生化反应是由酶中的一个或几个氨基酸驱动的。本亚明·利斯特提出了突破思维定势的问题：氨基酸是否必须是酶的一部分才能催化反应？还是说，单个氨基酸或其他类似的简单分子也可以做同样的工作？

文章图片
产生了革命性的结果
他知道，在20世纪70年代初有研究曾把一种叫脯氨酸的氨基酸用于催化剂，但那是超过25年前的事了。当然，如果脯氨酸真的是一种有效的催化剂，应该有人继续去研究它吧？
本亚明·利斯特多少是这样想的。他认为，没人继续研究是因为它的效果不太好。在不报多少期望的前提下，他测试了脯氨酸是否能催化羟醛反应，这种反应把来自两个不同分子的碳原子结合在一起。这是个简单的尝试，但令人惊讶的是，它立即起了作用。
本亚明·利斯特确定了他的未来
通过实验，利斯特不仅证明脯氨酸是一种高效的催化剂，而且这种氨基酸还能驱动不对称催化。在两个可能的镜像中，其中之一的生成比另一个多得多。
与之前测试脯氨酸作为催化剂的研究者们不同，利斯特懂得它所蕴含的巨大潜力。与金属和酶相比，脯氨酸是化学家梦寐以求的工具。它简单、便宜而且环境友好。在2000年2月发表自己的发现时，利斯特将有机分子不对称催化描述为一个充满机遇的新概念。 “设计并筛选这些催化剂是我们未来的目标之一。 ”