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为什么你体内的氨基酸全是左手?今年诺贝尔化学奖,讲了个近180年的故事

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为什么你体内的氨基酸全是左手?今年诺贝尔化学奖,讲了个近180年的故事

你身体里的每一个氨基酸,都是"左撇子"。

说的是字面意思,没有修辞。组成你蛋白质的20种氨基酸,每一种都长着"左手"的模样;而它们本该存在的"右手"镜像版本,在你体内几乎找不到。

糖刚好反过来——DNA里的糖,清一色是"右手"。

这件事,化学家想了近180年,没想通。

今年的诺贝尔化学奖,给了两个把它想通的人。

一只左手的谜

10月7日,瑞典皇家科学院宣布,2026年诺贝尔化学奖授予法国巴黎南大学荣誉教授亨利·卡根(Henri B. Kagan)和日本东京理科大学荣誉教授硖合宪三(Kenso Soai),理由是"在不对称有机合成中发现非线性效应与自催化作用"。

两人平分1200万瑞典克朗,约合人民币802万元。

卡根生于1930年,硖合生于1950年。一个95岁,一个76岁。他们解决的,是化学里最古老的谜题之一:生命为什么是"单手"的?

"亨利·卡根和硖合宪三为一个困扰化学界一个多世纪的谜题提供了解答:同手性如何能自发产生。他们开发的化学反应令人惊叹。"
——海纳·林克,诺贝尔化学奖委员会主席

先把一个词讲清楚——手性。

你的左手和右手互为镜像,却永远无法重合。把左手按在右手手背上,怎么都贴不齐。分子也一样。很多分子存在两种镜像版本,化学家叫它们"对映异构体"。

就像一把钥匙和它的镜像,只有其中一把能插进锁眼。


图:手性分子互为镜像,却无法重合。© Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

1848年,巴斯德在显微镜下用镊子把酒石酸的两种晶体一颗一颗分开,发现了这件事。这是人类第一次知道,分子可以是"手性"的。

1857年,他又发现一件更奇怪的事:细菌只吃酒石酸的其中一种镜像,对另一种理都不理。

生命的化学,好像天然只认一只手。

但实验室里的化学反应,从来不认。

你让两种镜像分子在试管里生成,结果永远是50对50。没有偏好,没有例外。

这就成了一个悖论:既然化学反应永远产生等量的左右手,那生命里这清一色的左手氨基酸,到底从哪来的?

— 02 —

一道等了大半个世纪的作业

这个问题不只是学术好奇。

1960年代的反应停事件,一万多名婴儿因为一种镇静剂致畸。后来查明,起镇静作用的是其中一种镜像,致畸的恰恰是另一种——而药厂合成出来的,是两种各半的混合物。

从那以后,制药工业必须把两种镜像分开,只给患者有用的那一只手。问题是,怎么才能让反应只产生一只手?

1953年,英国布里斯托大学的理论物理学家查尔斯·弗兰克,在一篇论文里给出了一个数学上的答案。他说,要让化学反应自发产生清一色的一只手,必须同时满足三个条件:

第一,有一个手性催化剂,推动不对称反应;

第二,一种镜像的生成被加速,另一种被压制;

第三,反应的产物本身就是催化剂——也就是"自催化",产物越多,催化自己生成得越快,呈指数级放大。

三个条件凑齐,一只手就能在起跑时微弱的优势后,一路把另一只手彻底碾压。

这成了化学圈一个著名的"作业题":谁能在试管里把这三个条件全实现?
第一个条件,1900年代初德国人马尔克瓦尔德就摸到了边,差别很小,也算数。
剩下两个,等了大半个世纪。

— 03 —

卡根:把直线掰弯的人

1986年,亨利·卡根在巴黎南郊的奥赛实验室,勾掉了第二个条件。

卡根1930年12月15日生于巴黎近郊的布洛涅-比扬古,父亲是工程师亚历山大·卡根。他先在巴黎高等化学学院拿了工程师文凭,1960年在法兰西学院拿到博士学位,导师是让·雅克,研究方向是"倒置甾体"。之后跟着阿兰·奥罗做研究,再后来到巴黎南大学(现巴黎萨克雷大学)任教,一辈子做不对称催化和镧系金属有机化学。

80年代初,整个领域都在干同一件事:把催化剂里的手性分子做得尽可能纯,指望产物里有用的那只手也尽可能纯。所有人默认一个前提——催化剂的纯度和产物的纯度,是线性关系。催化剂纯90%,产物大概也纯90%。

卡根觉得这个前提未必对。

他多问了一句:催化剂到底是怎么工作的?金属原子和手性分子在反应里到底怎么配合的?

金属原子通常会同时拉住好几个分子。如果一个金属同时拉住两个手性分子,那左右手组合就有三种可能:左-左、右-右、左-右。

左-左和右-右会制造互为镜像的产物。那左-右呢?



图:卡根发现左-右"杂合"催化剂反应更慢,导致产物对映体过量偏离线性。© Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

卡根推了推公式,发现左-右这个"杂合"催化剂,反应速度比左-左和右-右慢得多。

这就是那张"鬼牌"。

当左-右催化剂拖了后腿,整个体系的平衡就被打破了——产物里某一只手的过量,会比催化剂里的过量还要大。一条直线,被掰弯成了曲线。

这就是"非线性效应"。

1986年,他在《美国化学会志》(JACS)上连发三个这样的反应。整个领域炸了——原来不用把催化剂提纯到极致,也能拿到更纯的产物。

制药、香料、新材料,全受了益。后来他据此提出的"MLn模型",成了理解复杂不对称催化反应的通用工具。

— 04 —

硖合:用八年,从87%走到99.99%

但卡根只勾掉了第二个条件。第三个——自催化——还没人做到。

硖合宪三盯上了这件事。

硖合1950年生于广岛,1979年在东京大学拿了博士,导师是向山光昭。之后去美国北卡罗来纳大学教堂山分校,在恩斯特·埃利埃尔手下做了两年博士后,1981年回到东京理科大学任教,1986年升副教授,1991年升正教授。

他注意到一个有强非线性效应的反应,产物和催化剂的结构长得很像。一个念头冒出来:能不能让产物自己当自己的催化剂?

90年代初,已知的自催化反应有几个,但没有一个是不对称的。硖合试了无数种分子,最后锁定了一种叫"5-嘧啶基烷醇"的手性分子。

1995年,他在《自然》上发表了那个著名实验:用仅含2%过量某一只手的嘧啶基烷醇做起始催化剂,反应结束后,这只手的过量放大到了87%。

自催化实现了,不对称自催化实现了,弗兰克的三个条件第一次全部满足。

这篇论文后来被《自然》编辑部选为1950到2000年间最激动人心的35篇化学论文之一。

但87%还不够。生命是近乎100%的单手。

硖合又找了8年。

2003年,他报告了一个反应:从非手性的原料出发,产物里某一只手的比例可以达到99.5%以上,甚至99.99%。

除了生命本身,人类第一次在试管里造出了"单手"的化学。


图:硖合反应——微小的随机倾斜被自催化指数级放大,最终近乎100%单手。© Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

这个反应,后来就叫"硖合反应"。

它的机制近乎优雅:反应一开始,两只手都在生成,但随机涨落让其中一只手稍微多了一点点。就这一点点,够了。这只手立刻变成催化剂,疯狂催化自己的生成,指数级放大,最后把另一只手彻底挤没。

你重复一次实验,胜出的可能是另一只手——全看起跑那一刻的随机倾斜。

— 05 —

一条链,178年

硖合反应是人造的,和生命的真实化学不一样。但它第一次证明了一件事:从无差别的化学环境里,单手性可以自发诞生。

这给"生命为什么是单手的"提供了一条可验证的路径。也给制药工业送了一份大礼——卡根的非线性效应和硖合的自催化,让化学家能用更便宜、更不纯的原料,拿到更纯的单手产物。

回头看这整条链:

1848年,巴斯德用镊子分开两颗晶体;

1953年,弗兰克在纸上算出三个条件;

1986年,卡根把直线掰弯;

1995年,硖合第一次实现不对称自催化;

2003年,硖合在试管里造出近乎100%的单手。

155年,从巴斯德到硖合。中间隔了两次世界大战,隔了一个理论物理学家的偶然灵感,隔了两个化学家各自大半辈子的坚持。

卡根拿过2002年的野依良治奖,硖合拿过2023年的同一个奖。这个奖本来就是表彰不对称合成领域的终身成就。今年,他们一起拿到了诺奖。

一个95岁,一个76岁。

— 06 —

签名

化学圈有句老话:手性是生命的签名。

178年前巴斯德用镊子分开两颗晶体时,大概没想过,这个签名要花一个半世纪以上、两个隔海相望的科学家、和无数次失败的实验,才被人读懂。

现在我们终于知道了:生命的单手性,并非出自刻意的安排。它是在一次随机的倾斜之后,被化学反应自己放大出来的。

弗兰克留下的那道数学作业,交卷了。


图:2026年诺贝尔化学奖官方插画。© Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

参考来源:

1. 诺贝尔奖官网,2026年化学奖新闻稿与科普资料,nobelprize.org

2. Henri B. Kagan – Facts,诺贝尔奖官网

3. Kenso Soai – Facts,诺贝尔奖官网

4. Chusov et al., "A Pioneering Career in Catalysis: Henri B. Kagan", ACS Catalysis, 2023

5. Kenso Soai 教授主页,东京理科大学应用化学系

6. 人民日报、央视新闻关于2026年诺贝尔化学奖的报道


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