Нобелевская премия по химии [обновление 2023]

Внутри клетки

Многие сложные вещества в живых клетках состоят из одних и тех же атомов. Поэтому зачастую бывает сложно создать такое соединение, которое взаимодействовало бы только с целевой молекулой, не затрагивая остальные биохимические процессы. Кроме того, многие вещества слишком дорого или сложно синтезировать искусственно, гораздо проще создавать их прямо внутри живой клетки.

Тут и приходят на помощь биортогональные реакции. Они должны протекать только между избранными функциональными группами, при этом продукты реакции должны быть инертными и не нарушать естественные биохимические процессы. Разумеется, реакция должна протекать при условиях, нормальных для организма и не использовать токсичных соединений. Наконец, немаловажна и скорость, ведь метаболизм не дремлет: если реакция не успеет, то вещества будут расщеплены или выведены из организма.

Будущее химии

Почему же клик-химию считают очень перспективной концепцией? Есть несколько важных направлений, в которых она может неоценимо помочь.

Сейчас химики, занятые в фармацевтической промышленности, проводят реакции и получаются новые вещества с предполагаемыми свойствами. Затем они исследуют полученные основные и побочные продукты, чтобы выяснить, какими они получились на самом деле. Поэтому процесс получения новых лекарств очень сложный и дорогой: зачастую полученные в результате реакции продукты совсем не те, которые предполагались. А если и те, то они могут обладать совсем другими свойствами. В итоге работа химиков становится похожа на бесконечное блуждание в лабиринте в надежде в конце концов найти искомое. Клик-химия позволяет получить ровно то, что требуется, а значит, в разы сократить время и стоимость получения нового лекарства.

Важное достоинство биоортогональной химии в том, что продукты реакции не взаимодействуют с другими биохимическими соединениями в организме. Это свойство очень важно, например, при лечении рака

Метка (специфический участок молекулы, внедренный в другую молекулу) позволит ему связываться с маркерами, специфичными для раковой опухоли. Таким образом лекарства будущего не будут убивать все клетки, как делает современная химио- или радиотерапия, а целенаправленно воздействовать на злокачественные. Кстати, подобный препарат, разработанный командой Бертоцци, сейчас проходит испытания.

Наконец, помеченные молекулы позволят биохимикам лучше понять метаболические процессы в организме. Следя за миграцией метки в организме ученые смогут описать происходящие в нем реакции. Так что клик-химия серьезно облегчит работу ученым, а человечеству принесет более дешевые и эффективные лекарства с минимумом побочных эффектов.

Нобелевская премия по экономике

Премия присуждена Оливеру Харту и Бенгту Хольвстрему с формулировкой: «За вклад в развитие теории контрактов».

Фото Reuters, коллаж informburo.kz
Оливер Харт и Бенгт Хольвстрем

О лауреатах:

Оливер Саймон Д’Арси – американский и британский экономист, профессор экономики Гарвардского университета. Исследования Оливера Харта посвящены проблемам теории контрактов, теории фирмы, корпоративным финансам и вопросам экономического анализа права.

Бенгт Роберт Хольмстрём родился 18 апреля 1949г. в Хельсинки, Финляндия. Финский экономист, профессор экономики Массачусетского технологического института, президент «Эконометрического общества» (2011).

Почему они: Теория контрактов – это направление, которое стало активно развиваться в 1970-е годы. Она изучает определение параметров контракта экономическими агентами в том числе в условиях несимметричности информации, которыми эти агенты располагают.

Оливер Харт и Бенгт Хольмстрём по отдельности друг от друга заложили основы теории контрактов. Их работы позволяют глубже понять функционирование отдельных видов контрактов и, следовательно, оптимизировать экономические системы в реальном мире, который функционирует в условиях асимметричной информации и ненаблюдаемых действий.

«Их анализ оптимальных контрактных соглашений закладывает основу для разработки политики… во многих областях – от законодательства о банкротстве до политического устройства», – сообщает академия.

Нобелевская премия по химии в 2020 году

В 2020 году эту престижную награду получили две женщины. Это Эммануэль Шарпантье и Дженнифер А. Дудна. Обе исследовательницы открыли один из самых острых инструментов генных технологий: «генетические ножницы» CRISPR/Cas9. Благодаря их инновационному открытию у ученых появился инструмент для изменения ДНК животных, растений и микроорганизмов с чрезвычайно высокой точностью. Эта технология произвела революцию в естественных науках, способствовала появлению новых противораковых методов лечения и помогает воплотить в жизнь мечты о лечении наследственных заболеваний. Если ученые хотят узнать что-то о внутреннем функционировании жизни, они должны модифицировать гены в клетках. До сих пор это была очень утомительная и трудоемкая работа. Иногда она даже оказывалась невыполнимой. С помощью «генетических ножниц» CRISPR/Cas9 изменить жизненный код можно за несколько недель.

Интересно, что открытие этих «генетических ножниц» было неожиданным. Эммануэль Шарпантье, проводя исследования одной из бактерий, наносящих наибольший ущерб человечеству, — Streptococcus pyogenes, обнаружила неизвестную ранее молекулу — tracrRNA, входящую в состав иммунной системы бактерий CRISPR/Cas, которая уничтожает вирусы, расщепляя их ДНК. Шарпантье опубликовала свое открытие в 2011 году, а через несколько месяцев начала сотрудничество с Дженнифер Дудна, опытным биохимиком с обширными знаниями в области РНК. Работая вместе, они воссоздали «генетические ножницы» бактерий и упростили молекулярные компоненты ножниц, чтобы сделать их максимально простыми в использовании. Нобелевские лауреатки по химии доказали, что можно управлять «генетическими ножницами», чтобы разрезать любую молекулу ДНК в определенном месте. Они достигли этого, перепрограммировав исходные «генетические ножницы». Шарпантье и Дудна показали, что там, где разрезается ДНК, жизненный код легко переписать. С тех пор использование CRISPR/Cas9 быстро выросло.

Инструмент, разработанный исследовательницами, способствовал многим открытиям. Ученые-растениеводы могут вывести культуры, устойчивые к плесени, вредителям и засухе. В медицине продолжаются исследования инновационных методов лечения рака. Есть большая вероятность, что лечение наследственных заболеваний теперь не будет проблемой. Нет никаких сомнений в том, что эти «генетические ножницы» открыли в естественных науках совершенно новую эру во многих отношениях. Человечество получит огромную пользу от открытия, сделанного нобелевскими лауреатками в области химии.

NobelPrize.org Available online: https://www.nobelprize.org/prizes/lists/all-nobel-prizes-in-chemistry/ (accessed on Jan 27, 2022).
SKŁODOWSKA-CURIE MARIA — Nobel 1903 i 1911 » Polska Światu Available online: https://polskaswiatu.pl/maria-sklodowska-curie-francja/?cli_action=1643457829.31 (accessed on Jan 29, 2022).
Jacobus Hendricus van’t Hoff — Department of Chemistry Available online: https://www.chemistry.msu.edu/faculty-research/portraits/jacobus-hendricus-van-t-hoff/ (accessed on Jan 29, 2022).
Jacobus Henricus van’t Hoff – First Nobel Prize Winner (1901) Available online: https://www.worldofchemicals.com/482/chemistry-articles/jacobus-henricus-vant-hoff-first-nobel-prize-winner-1901.html (accessed on Jan 29, 2022).
dzieje.pl — Historia Polski Available online: https://dzieje.pl/ (accessed on Jan 29, 2022).
Ciekawostki o laureatach nagrody Nobla Available online: https://www.wiatrak.nl/12099/ciekawostki-o-laureatach-nagrody-nobla (accessed on Jan 29, 2022).
Alfred Nobel | Biography, Inventions, & Facts | Britannica Available online: https://www.britannica.com/biography/Alfred-Nobel (accessed on Jan 29, 2022).
Historia literackiej Nagrody Nobla – kim był Alfred Nobel — blog Virtualo.pl Available online: https://virtualo.pl/blog/historia-literackiej-nagrody-nobla-kim-byl-alfred-nobel-w369/ (accessed on Jan 27, 2022).
Nagroda Nobla 2015 w dziedzinie chemii | Przystanek nauka Available online: https://przystaneknauka.us.edu.pl/artykul/nagroda-nobla-2015-w-dziedzinie-chemii (accessed on Jan 29, 2022).

Нобелевская премия по химии

Лауреатами Нобелевской премии по химии стали Жан-Пьер Соваж, сэр Фрэзер Стоддарт и Бернард Феринга за проектирование и синтез молекулярных машин.

Фото Reuters и Wikipedia, коллаж informburo.kz
Жан-Пьер Соваж, Бернард Феринга и Фрэзер Стоддарт

О лауреатах: Саваж является почётным профессором Страсбургского университета и директор по исследованиям во французском Национальном центре научных исследований. Стоддарт работает в Северо-Западном университете США, а Феринга – профессор в области органической химии в Университете Гронингена, Нидерланды.

Почему они: Исследователи освоили управление движением на молекулярном уровне, а созданные ими машины в тысячу раз тоньше волоса.

«С точки зрения развития науки, молекулярные двигатели сейчас на том же этапе, что и электрический двигатель в 1830-е годы. Тогда учёные показали работу кривошипных механизмов и колец, не зная, что это приведёт к созданию поездов, стиральных машин, вентиляторов и кухонных комбайнов», – рассказали в Нобелевском комитете.

Нобелевская премия по химии в 2022 году

В 2022 году Шведская королевская академия наук приняла решение о присуждении Нобелевской премии по химии трем ученым. Кэролин Р. Бертоцци, Мортен Мелдал и К. Барри Шарплесс стали лауреатами упомянутой престижной премии в этом году. Это стало результатом их усилий по «разработке технологии «клик-химии» и биоортогональной химии».

Карл Барри Шарплесс и Мортен Мелдал внесли особый вклад в разработку функциональной формы «клик-химии» (click chemistry). Комитет подчеркнул уникальность этого метода, который позволяет более доступным способом проводить простые и быстрые реакции без получения побочных продуктов. При этом стоит подчеркнуть, что Карл Барри Шарплесс был удостоен Нобелевской премии во второй раз. Свою первую премию он получил в 2001 году за исследования, которые применяются для синтеза сердечных препаратов, так называемых бета-блокаторов.

Кэролин Рут Бертоцци мы обязаны введением в научный словарь термина «биоортогональная химия». Термин был впервые использован в 2003 году, и с тех пор данная область успешно развивается, углубляя наши познания о процессах, происходящих в живых клетках.

«Клик-химию» сравнивают с составлением конструктора LEGO. С помощью определенных фрагментов молекул их можно соединять между собой для образования соединений с высоким уровнем сложности и разнообразия. Комбинация относительно простых «химических конструкционных элементов» позволяет создавать почти бесконечное разнообразие молекул. С другой стороны, биоортогональная химия дает возможность отслеживать химические процессы, происходящие в живых клетках, не повреждая их. Благодаря этому стало возможно изучать заболевания внутри клеток или сложных организмов.

Какое влияние на повседневную жизнь оказывают исследования, проведенные нобелевскими лауреатами этого года? Довольно значительное! Механизмы, описанные исследователями, найдут применение прежде всего в фармацевтике и медицине, например, для повышения эффективности процессов производства лекарственных средств. В настоящее время они очень сложны, что делает их трудоемкими и дорогостоящими. В частности, технология «клик-химия» и биоортогональная химия улучшат таргетирование противораковых препаратов, а также расширят знания и достижения в области антибиотикотерапии, использовании гербицидов и диагностических тестов. Они также позволят продвинуться в синтезе так называемых «интеллектуальных материалов» благодаря возможности легкого соединения между собой отдельных элементов. Уже сейчас биоортагональная химия известна во всем мире и используется для отслеживания определенных биологических процессов, особенно в сфере борьбы с опухолями. Сочетание технологий, разработанных учеными, позволяет углубить наши знания о клетках и биологических процессах. Создание сложных молекул путем взаимного соединения элементов значительно ограничит или устранит образование побочных продуктов.

Цифры и факты

Нобелевская премия по химии — одна из пяти наград, определённых завещанием Альфреда Нобеля в 1895 году

Согласно документу, премия должна вручаться «тому, кто сделает наиболее важное открытие или усовершенствование в области химии»

Первым лауреатом в 1901 году стал Якоб Вант-Гофф, один из основателей стереохимии и химической кинетики. С 1901 по 2017 годы премия вручалась 109 раз 178 учёным. До сегодняшнего момента получить «нобеля» по химии удалось только четырём женщинам, среди которых Мари Кюри (в 1911 году) и её дочь Ирен Жолио-Кюри (в 1935 году). Сын Мари, Фредерик Жолио-Кюри, также был удостоен премии в 1935 году, став при этом самым молодым лауреатом в области химии.

Также по теме

За оптические пинцеты и генерацию импульсов: нобелевскими лауреатами по физике стали учёные из США, Франции и Канады

Нобелевский комитет назвал лауреатов премии по физике 2018 года. В этом году награду получат американец Артур Ашкин за изобретение…

За всю историю вручения Нобелевской премии по химии её получил лишь один российский учёный — Николай Семёнов. В 1956 году он был удостоен награды «за исследования в области механизма химических реакций». Однако российские и советские исследователи неоднократно попадали в список претендентов. Так, Дмитрий Менделеев номинировался на «нобеля» девять раз. Александр Фрумкин — создатель советской электрохимической научной школы — семь. Основатель отечественной геохимии Александр Виноградов — трижды.

Церемония вручения Нобелевской премии традиционно состоится в Стокгольме 10 декабря — в годовщину смерти Альфреда Нобеля. Размер денежной составляющей премии в нынешнем году — 9 млн крон ($1,02 млн) в каждой номинации.

Напомним, что в 2017 году Нобелевскую премию по химии присудили Жаку Дюбоше, Ричарду Хендерсону и Йоахиму Франку за разработку метода микроскопии, который позволяет увидеть биомолекулы в высоком разрешении.

Самые интересные открытия, отмеченные Нобелевской премией по химии за последние годы

При выборе лауреатов Нобелевской премии Нобелевский комитет руководствуется критерием, в соответствии с которым в первую очередь оцениваются новаторские для человечества открытия, расширяющие уровень современных знаний в данной области. Реже награда присуждается за конкретные изобретения. Но следует также помнить, что революционные теории часто влекут за собой множество патентов, которые меняют нашу повседневную жизнь.

В 2015 году лауреатами Нобелевской премии в области химии стали Томас Линдал, Пол Модрич и Азиз Санкар. Они получили награду за исследования механизмов репарации ДНК. Их исследование прояснило на молекулярном уровне, как клетки способны восстанавливать поврежденную ДНК и как они при этом хранят генетическую информацию. Таким образом, нобелевские лауреаты по химии внесли свой вклад в понимание механизмов, лежащих в основе развития рака. Отсюда следует, что он является результатом нарушений процессов репарации. Такие повреждения появляются в нашем организме постоянно. Они чаще всего вызваны такими факторами, как свободные радикалы или радиация. Исследования ученых заложили основу для понимания механизма эволюции живого мира. Их достижения используются при разработке современных методов лечения рака.

Американец Роджер Д. Корнберг из США получил Нобелевскую премию по химии в 2006 году за исследование молекулярного механизма транскрипции в эукариотических клетках. Его научная работа охватывает вопросы копирования генетического материала, хранящегося в ДНК клеток. Чтобы генетический материал заработал, необходимо «переписать» его с ДНК на РНК, а затем на белки. Нобелевский лауреат по химии показал, что это фундаментальный процесс для жизни всех клеток. Кроме того, он создал модель, объясняющую его работу. Эти исследования также способствуют развитию медицины. Они серьёзно облегчат работу по лечению многих заболеваний, а также генетических нарушений. Такие нарушения являются не только опасной почвой для развития рака, но и для болезней сердца и различных воспалений.

В 2011 году Нобелевская премия по химии была присуждена за открытие, уникальное в мире науки. Уроженец Израиля Даниэль Шехтман открыл так называемые квазикристаллы, химические структуры которых напоминают мозаику. Это событие очень новаторское, ведь раньше их существование в природе считалось невозможным. Квазикристаллы представляют собой особую форму твердых тел, в которой атомы образуют кажущуюся правильной, но не повторяющуюся структуру. В результате невозможно отличить их элементарные ячейки. Шехтман открыл квазикристаллы в 1982 году. В то время научный мир очень скептически отнесся к этому открытию. В течение нескольких месяцев он безуспешно пытался убедить коллег в своих аргументах. В конце концов, его даже попросили покинуть исследовательскую группу. Только в 1987 году французские и японские ученые подтвердили открытие Шехтмана, которое он сделал пять лет назад.

Нобелевская премия по химии в 2023 году

2023 год принес нам хорошие новости из мира науки! Группа из трех ученых — Муни Г. Бавенди из Массачусетского технологического института, Луи Ю. Брус из Колумбийского университета и Алексей И. Екимов из компании Nanocrystals Technology Inc. была удостоена Нобелевской премии по химии. Премия присуждена за «открытие и синтез квантовых точек». Эти ученые внесли вклад в развитие квантовой механики благодаря работам над наночастицами с чрезвычайно большим потенциалом.

Квантовые точки — это наночастицы размером от нескольких до нескольких десятков нанометров, характеризующиеся особыми физическими и химическими свойствами. Они относятся к группе полупроводниковых нанокристаллов, а их размеры позволяют применять их в области нанотехнологий. Их основное действие основано на поглощении и испускании излучения.

Впервые квантовые точки были синтезированы в стеклянной матрице в 1981 году лауреатом этого года Алексеем Екимовым. Спустя два года такую же структуру получил в коллоидной суспензии другой лауреат — Луи Брус. Сегодня эти наночастицы можно получить с помощью множества различных химических реакций. Но одним из наиболее популярных и широко используемых сегодня методов синтеза является метод, запатентованный исследовательской группой под руководством Муни Г. Бавенди, который позволяет получать практически идеальные частицы.

Необычные оптические и электронные свойства этих наноструктур (например, высокий коэффициент экстинкции или нелинейные процессы, происходящие в них) открывают широкие возможности для их применения во многих областях науки и техники. Улучшенная фотостабильность квантовых точек позволяет эффективно применять их в медицинской диагностике. По сравнению с обычными контрастными веществами, красителями и другими индикаторами они демонстрируют более длительную и более высокую эффективность. Указанные свойства позволяют использовать эти наночастицы в комплексном лечении онкологических заболеваний. Ведутся также исследования антибактериального потенциала этих структур.

Квантовые точки применяются и для излучения света с экранов телевизоров высокой четкости, а также из светодиодных ламп. Находят они применение и в фотоэлектрических, а также многих других устройствах. По мнению ученых, за квантовыми точками — будущее развивающейся «гибкой электроники», малогабаритных датчиков и квантовой криптографии.

Мария Склодовская-Кюри

Среди лауреатов Нобелевской премии по химии была также Мария Склодовская-Кюри. Она дважды получала эту престижную награду. Второй раз она получила ее вместе с мужем, в области физики за исследования радиоактивности. Большое восхищение вызывают ее выдающиеся научные достижения и уважение, которое она завоевала в свое время, когда женщины не могли поступить в большинство университетов, и ей самой приходилось бороться за свое законное место в мире науки.

В 1911 году Мария Склодовская-Кюри получает Нобелевскую премию по химии, на этот раз индивидуально. Нобелевский комитет решил наградить ее за открытие двух радиоактивных элементов — радия и полония. После этого открытия Мария продолжила исследования их свойств. В 1910 году ей удалось выделить радий в чистом виде. Благодаря этому она с несомненностью доказала существование нового элемента. Проводя дальнейшие исследования, она также задокументировала свойства радиоактивных элементов и их соединений. Благодаря исследовательской работе польской лауреатки Нобелевской премии по химии радиоактивные соединения стали важным источником радиации как в научных экспериментах, так и в медицине, где они используются для лечения рака.

Лауреатка Нобелевской премии до конца жизни поддерживала связь с Польшей. В Радиевом институте в Париже, созданном по ее инициативе, работали польские стипендиаты. Она сама часто выступала с лекциями в Польше, а также публиковала множество работ, представляющих результаты своих опытов, в польских научных журналах. Мария Склодовская-Кюри — первая женщина, а также первая полька, получившая эту престижную награду, и надеемся, что не последняя.

Как химики строят молекулы?

Химики сравнительно давно научились искусственно создавать молекулы, но у них были определенные сложности в их конфигурации. Многие молекулы существуют в двух вариантах, где одна молекула является зеркальным отражением другой, как правая и левая руки у человека. Зачастую конфигурация оказывает совершенно разное воздействие на организм. Например, одна версия молекулы лимонена имеет запах лимона, в то время как ее зеркальное отражение пахнет апельсином.

Как кирпичики в Lego, молекулы служат строительным материалом для чего угодно: из них можно делать синтетические ткани, препараты фармацевтики и батареи, в которых особые молекулы накапливают энергию. В процессе такого строительства используются катализаторы — вещества, которые ускоряют химические реакции, но не становятся частью готового продукта.

Например, катализаторы в автомобилях превращают токсичные вещества из выхлопных газов в безвредные молекулы. Катализаторы есть даже в нашем теле: это более 5000 разных ферментов, которые играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ в организме.

Долгое время основными инструментами химиков при конструировании молекул были два типа катализаторов: металлы и ферменты. Но в 2000 году немецкий ученый Беньямин Лист и уроженец Великобритании Дэвид Макмиллан, работавший в Калифорнийском университете в Беркли, разработали третий тип катализа. Одновременно и независимо друг от друга они опробовали новый метод — асимметричный органокатализ. У него есть одна главная особенность: молекулу можно сконструировать в пространстве так, как нужно, а не так, как получится.

Нобелевский комитет сравнивает с каменным веком тот период, когда химикам не удавалось позаимствовать у природы ее искусство правильно закручивать молекулы — условно говоря, в левую или правую сторону. И подчеркивает, что порой именно это имеет решающее значение и отражается на свойствах полученного продукта.

Если вам кажется, что этот параметр не существенен, то стоит оглянуться на ужасающий исторический пример. До тех пор, пока химики не смогли провести асимметричный катализ, многие фармацевтические препараты содержали оба зеркальных отражения молекулы — одна из них была активной, в то время как другая иногда могла оказывать нежелательные эффекты. Катастрофическим последствием этого был скандал с талидомидом в 1960-х годах, когда одно зеркальное отражение фармацевтического препарата талидомида вызвало серьезные деформации у тысяч развивающихся человеческих эмбрионов. По разным оценкам, от 8000 до 12 000 детей родились с врожденными уродствами из-за того, что матери принимали препараты талидомида как снотворное во время беременности. Органокатализ позволяет не допустить повторения подобных случаев.

За 20 лет существования органокатализ нашел множество применений — этот период Нобелевский комитет сравнивают с золотой лихорадкой. Беньямин Лист и Дэвид Макмиллан показали, что органические катализаторы могут использоваться для запуска множества химических реакций. «Используя эти реакции, исследователи теперь могут более эффективно создавать что угодно, от новых фармацевтических препаратов до молекул, которые способны улавливать свет в солнечных элементах. Таким образом, органокатализаторы приносят большую пользу человечеству», — говорится о лауреатах в официальном пресс-релизе. Преимуществами органических катализаторов стали их дешевизна в производстве и безвредность для окружающей среды, за счет каскадной реакции удалось значительно сократить отходы в химическом производстве.

Одним из примеров того, как органокатализ привел к более эффективным молекулярным конструкциям, является синтез естественной и поразительно сложной молекулы стрихнина. 200 лет назад этот токсичный алкалоид был впервые выделен из семян чилибухи, или рвотного ореха, как еще называют это тропическое дерево. С тех пор для химиков стрихнин был подобен кубику Рубика: они стремились синтезировать это ядовитое вещество за как можно меньшее количество шагов, но это не удавалось более полувека. Когда стрихнин был впервые синтезирован в 1952 году, для его получения потребовалось 29 различных химических реакций, и при этом лишь 0,0009% исходного материала образовало стрихнин, остальное было потрачено впустую. Зато в 2011 году, благодаря органокатализу, для получения стрихнина понадобилось всего два этапа, и в целом процесс производства оказался в 7000 раз эффективнее.

Что нам стоит молекулу построить

Строго говоря, клик-химия, которую придумал и назвал Барри Шарплесс, — это не технология, а концепция, подсмотренная у живой природы. В последней все сложные химические вещества создаются соединением простых. Например огромная молекула ДНК, содержащая в себе гигабайты информации, складывается всего из четырех азотистых оснований. Чаще всего подобный подход сравнивают с конструктором. У нас есть набор разноцветных деталей разной формы, из которых мы можем по инструкции сложить, например, домик, слоника и самолет. Каждый раз, приступая к сборке, мы отчетливо понимаем, что мы хотим собрать, какой набор элементов нам понадобится, задействуем все детальки и не получаем ничего лишнего.

Как должна осуществляться реакция, подходящая под концепцию клик-химии? Во-первых, она должна проходить в естественных условиях. Во-вторых, быть высокоэффективной. Это значит, что максимальный объем исходных реагентов должен участвовать в реакции, а на выходе нужно иметь минимальное количество побочных продуктов. А если побочные продукты и образуются, то они должны быть экологичными и безопасными. В-третьих, в результате реакций должны всегда получаться одни и те же продукты.

Разумеется, четких критериев, какая реакция подходит под требования клик-химии, нет. Наиболее часто в контексте этого направления упоминают азид-алкиновое циклоприсоединение (она может проходить в присутствии катализатора, меди или рутения, или под напряжением). Вообще эта реакция известна еще с конца XIX века, но только после открытия катализа одновалентной медью (независимо друг от друга группами ученых под руководством Барри Шарплесса и Мортена Мельдаля) она стала основой клик-химии. Говоря упрощенно, подобные реакции позволяют встраивать в одну молекулу кусок другой молекулы и получить третью молекулу.

Однако присутствие меди или рутения в качестве катализаторов не позволяло проводить ее внутри живой клетки. Следующий этап развития клик-химия получила в биоортогональных реакциях, открытых Каролин Бертоцци.

Краткий экскурс в историю микроскопии до 1975 года

Всю первую половину 20 века три самых известных биологических структуры — ДНК, РНК и белок — оставались белым пятном на карте биохимического мира. Было известно, что они есть в организме и играют важную роль в жизни клеток, но каково их строение — никто не имел ни малейшего понятия. Лишь в начале 1950-х годов знаменитая группа ученых из Кембриджа, включавшая Френсиса Крика, Джеймса Уотсона, Мориса Уилкинса и Розалинд Франклин, впервые попробовала облучать ДНК рентгеновскими лучами, что привело к открытию прославленной двойной спирали.

К кристаллографам относился поначалу и Ричард Хендерсон , получивший за свои ранние исследования пусть не Нобелевскую премию, но докторскую степень. Метод рентгеноструктурного анализа заключается в дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решетке, что помогает идентифицировать структуру молекулы. Но в то время он был еще далек от совершенства, хотя сегодня это один из основных способов изучения структуры вещества . Шагнув на 30 лет вперед, мы узнаем, что наука получила еще один способ расшифровывать строение биомолекул: в 1980-х годах для изучения структуры и динамики белков в растворе начали применять метод ядерного магнитного резонанса (и применяют до сих пор ).

Благодаря этим двум методам удалось накопить внушительные объемы информации по строению биологических молекул: на сегодня в базе PDB находится более 100 тыс. структур. Но, как это часто бывает, и у того, и у другого метода есть свои недостатки. Так, с помощью ЯМР можно визуализировать только белки, находящиеся в растворе, и размер их должен быть небольшим. А минус рентгеновской кристаллографии считывается в названии метода: он работает на стабильных структурах типа кристаллов, но не на динамических «живых» молекулах. Изображения, полученные с помощью этого метода, напоминают снимки первых в истории фотокамер: черно-белые и застывшие, не несущие в себе информации о подвижной структуре белка. Эта проблема заставила Ричарда Хендерсона бросить рентгеновскую кристаллографию в 1970-х, что и стало отправной точкой на его пути к Нобелевской премии 2017 года.