生命为何只有「一只手」?法日科学家解百年之谜 夺诺贝尔化学奖

2026年诺贝尔化学奖揭晓,由95岁法国科学家凯根(Henri B. Kagan)与日本科学家硖合宪三(Kenso Soai)共同获奖。两人透过不对称化学反应研究,为生命为何只选择分子的一种镜像这项百年谜题提供解答,成果也对製药、香料及农业化学品产业产生深远影响。

生命为何只有一只手?法日科学家解百年之谜 夺诺贝尔化学奖(图取自x.com/NobelPrize)

生命为何只有一只手?

许多分子存在两种互为镜像的形态,就像人的左右手,看似相同却无法完全重叠,这种特性称为手性。

生命体却只选择其中一种:细胞蛋白质中的胺基酸只採用一种镜像形态,构成DNA的糖分子也有相同现象,称为同手性。

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然而,化学家在实验室合成手性分子时,往往得到等量的两种镜像分子,且难以分离。如何让反应偏向其中一种,既关係到生命起源,也直接影响药物製造,因为同一分子的不同手性形式,可能对人体产生不同作用。

英国物理学家法兰克(Charles Frank)早在1953年便提出数学模型,认为反应若同时具备手性催化、非线性放大及自催化三项条件,同手性就可能自发形成。但如何在实际化学反应中实现,长年未能解决。

凯根找到放大微小差异的关键

1986年,任职于法国巴黎南大学的凯根取得关键突破。当时研究者普遍认为,催化剂与产物的手性比例呈线性关係,也就是催化剂中某种手性形式增加多少,产物中相应形式便按比例增加。

凯根质疑这项假设。他分析催化剂结构后认为,金属原子可能同时吸引多个手性分子,形成右-右、左-右及左-左三种组合。

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其中,左-右混合型催化剂的效率较低,因此即使混入少量另一种镜像分子,对产物比例的干扰也比预期小,原本的不对称性反而被放大。

凯根将实验结果绘图后发现,催化剂与产物的手性比例呈曲线,而非直线,这就是非线性效应。他在1986年的论文中描述三种具有此效应的不对称反应,实现法兰克模型中的非线性放大条件,也启发硖合宪三后续的研究。

硖合宪三让产物自己催生同类

硖合宪三研究非线性效应时,注意到某个反应的催化剂与产物结构高度相似,因此构想让产物本身充当催化剂,促使更多相同手性的分子生成。

1995年,他发表首个满足法兰克模型全部条件的反应。起初,某种镜像分子的过量比例仅有2%,反应结束后升至87%,显示微小差异可透过不对称自催化持续放大。

经过八年探索,硖合宪三于2003年报告另一项突破:从非手性分子出发,仅凭随机产生的微小差异,就能让其中一种镜像分子最终占产物的99.99%。

反应初期,两种镜像分子都会生成,但其中一种偶然取得些微优势后,自催化机制便持续放大差距。重複实验时,哪一种形式胜出取决于最初的随机事件,呈现生命起源时选择单一手性的可能机制。

评审解读:解开百年谜题,也改变製药

瑞典皇家科学院表示,两位得主的发现,让化学家得以驱动反应朝单一手性方向进行,突破生成等量镜像分子的困境。

诺贝尔化学委员会主席林克(Heiner Linke)指出,两人为同手性如何自发产生这项困扰化学界逾百年的谜题提供解答,所发展的化学反应令人叹为观止。

委员邹晓冬则表示,药物分子的不同手性形式可能对人体产生不同作用,因此精準製备单一手性分子十分重要,两人的研究成果已广泛应用于有机合成与製药。

凯根的非线性效应可协助化学家理解催化机制、调整合成条件,提高目标产物纯度。硖合宪三的反应虽属人工体系,与生命化学有所不同,仍启发研究者以类似原理合成同手性胺基酸与糖类。

凯根现为原巴黎南大学荣誉教授;1950年出生的硖合宪三为东京理科大学荣誉教授。两人将平分1,200万瑞典克朗奖金。

发布于 2026-10-08 10:36
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