今天，糖有一個(gè)邪惡的聲譽(yù)。雖然應(yīng)該避免過(guò)多的甜食，但所有生物都需要糖來(lái)生存。哈佛大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系的研究生Samuel M. Levi和Qiuhan Li說(shuō)：“生物世界中含有糖。” “細(xì)胞，細(xì)菌，病毒和其他生物使用糖作為交流，識(shí)別甚至防御的手段。” 大自然字面意思是糖。

然而，像過(guò)度熱心的營(yíng)養(yǎng)學(xué)家一樣，合成化學(xué)家通常會(huì)避免使用糖類(lèi)。Nature，一位專(zhuān)家化學(xué)家，可以將糖果從一個(gè)分子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)分子，令人羨慕的精致。但在實(shí)驗(yàn)室中，科學(xué)家們很難將一種糖分子附著到另一個(gè)化學(xué)單元上，這一過(guò)程稱(chēng)為糖基化。研究人員依靠這種方法來(lái)研究生物過(guò)程并創(chuàng)造諸如藥物和疫苗等重要物質(zhì)。

根據(jù)Levi和Li的說(shuō)法，“存在許多進(jìn)行化學(xué)糖基化的方法，[但]它們的用途仍然保留給碳水化合物化學(xué)專(zhuān)家。” 因此，為了將這些專(zhuān)業(yè)知識(shí)擴(kuò)展到非專(zhuān)業(yè)人士，該團(tuán)隊(duì)尋求自然的指導(dǎo)。

就其自身而言，自然界進(jìn)行糖基化，并在磷酸鹽的幫助下制造DNA，RNA，蛋白質(zhì)和其他聚合物。為了在實(shí)驗(yàn)室中誘導(dǎo)糖基化，大多數(shù)合成化學(xué)家選擇比磷酸鹽更快的反應(yīng)鹵化物和亞磺酸鹽。因此，雖然大自然的選擇可能反應(yīng)遲鈍，但它們比實(shí)驗(yàn)室的穩(wěn)定性要穩(wěn)定得多。更重要的是，酶 - 點(diǎn)燃反應(yīng)的微小火花 - 可以很容易地識(shí)別磷酸鹽單體，加速反應(yīng)和產(chǎn)品的通路。

但是，直到最近，研究人員還未能充分利用這些天然優(yōu)勢(shì)。如果一種成分反應(yīng)緩慢，化學(xué)家會(huì)給它一個(gè)推力，通常是以熱量，能量或精心設(shè)計(jì)的催化劑的形式。磷酸鹽需要推動(dòng); 而且，如果沒(méi)有合適的催化劑，科學(xué)家通常會(huì)使用高溫?fù)]發(fā)性溫度。在實(shí)驗(yàn)室外，自然反應(yīng)使用的磷酸鹽沒(méi)有火熱的大驚小怪，但就像一個(gè)自豪的廚師，自然保護(hù)她的化學(xué)秘密很好。現(xiàn)在，在“美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊”上發(fā)表的一篇論文中，化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)教授Eric Jacobsen與Levi，Li和AndreasR.Rötheli一起發(fā)現(xiàn)了一個(gè)自然的秘密：“精確設(shè)計(jì)的氫氣 -債券供體催化劑。“

研究小組發(fā)現(xiàn)，使用這種堅(jiān)固的催化劑，磷酸鹽的結(jié)合力“比氯化物強(qiáng)19倍”，這是另一種常見(jiàn)的反應(yīng)成分。并且，Levi和Li解釋說(shuō)，它可以在溫和，中性和用戶友好的條件下將糖類(lèi)附著到氨基酸，天然產(chǎn)物和藥物分子上。通過(guò)他們的方法，催化劑提供必要但溫和的輕推，誘導(dǎo)磷酸鹽開(kāi)始工作。

這種方法一如既往地存在局限性：有時(shí)，它需要與定制的反應(yīng)條件和底物共同進(jìn)行。此外，它需要使用相當(dāng)復(fù)雜的小分子標(biāo)準(zhǔn)催化劑，需要超過(guò)10個(gè)實(shí)驗(yàn)室步驟才能合成。

展望未來(lái)，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃擴(kuò)大其方法的保留范圍，包括新型糖類(lèi)，尤其是最頑固的糖類(lèi)(例如甘露糖苷，鼠李糖苷和呋喃糖)。為了分享他們(和自然界)的秘密，他們還打算將催化劑商業(yè)化，從而實(shí)現(xiàn)廣泛使用。與此同時(shí)，他們的方法可以創(chuàng)造出能夠提供重要生物醫(yī)學(xué)益處的糖類(lèi)，如新疫苗和用于治療多種人類(lèi)疾病和疾病甚至癌癥的藥物。很明顯，像合成化學(xué)家一樣，我們需要糖。太多可能會(huì)損害我們的健康，但適量可以幫助治愈我們。