PNAS：回归自然，给生活加点“糖”！

2019-01-03 佚名生物通

现如今，糖的名声很坏。虽然我们应该避免摄入太多甜食，但是所有生命体都需要糖才能生存。 “生物世界整个是被糖覆盖的，”哈佛大学化学和化学生物学系研究生Samuel M. Levi和Qiuhan Li说。“细胞、细菌、病毒和其他有机体都使用糖作为交流、识别甚至防御的手段。

现如今，糖的名声很坏。虽然我们应该避免摄入太多甜食，但是所有生命体都需要糖才能生存。

“生物世界整个是被糖覆盖的，”哈佛大学化学和化学生物学系研究生Samuel M. Levi和Qiuhan Li说。“细胞、细菌、病毒和其他有机体都使用糖作为交流、识别甚至防御的手段。”

尽管如此，像许多过度热心的营养学家一样，合成生物学家也有点怕糖。

大自然是一位专业的化学师，它能以令人羡慕的手法将糖从一个分子转移给另一个分子。然而，在实验室，无数科学家们为了给一个化学单元连接一个糖分子（该过程被称为糖基化）而筋疲力尽。但是，我们必须依靠这种方法来研究生物学进程，以及创造药物和疫苗等重要物资。

据Levi和Li的说法，“当代有许多糖基化的化学方法，但是只有碳水化合物化学领域的专家在使用它们。”为了让生物学等其他领域的研究学者也能方便使用，研究团队决定向大自然祈求帮助。

在大自然中，糖基化随手可得，在磷酸盐的帮助下它们持续地制造DNA、RNA、蛋白质和其他聚合物。在实验，为了诱导糖基化，大多数合成化学家选择使用比磷酸盐更快的卤化物和亚硫酸盐。相比而言，自然界的选择可能是迟缓的，但它们比实验室作业稳定得多。更重要的是，酶（点燃反应的小火花）可以很容易地识别磷酸盐单体，从而加速反应和生产途径。

直到最近都没人充分意识到和利用这些自然优势。如果反应迟缓，化学家通常喜欢用热、能量或精心设计的催化剂推它一把。磷酸盐也需要推动，但是在没有合适的催化剂的情况下，化学家通常使用爆炸性高温。但是在实验室外，大自然像一位自豪的厨师，让反应使用磷酸盐而不必神经兮兮地小心高温。大自然的独家化学秘密是什么呢？

现在，在Eric Jacobsen教授带领下，Levi和Li在Proceedings of the National Academy of Sciences杂志发表的一篇论文揭开了大自然的奥秘：一种精心设计的氢键供体催化剂。

研究小组发现，这种健全的催化剂结合磷酸盐比氯化物强19倍！文章作者解释，它可以在“温和、中性和友好的条件下将糖附着在氨基酸、天然产物和药物分子上，这种催化剂只需要一个非常温和的恒温，就能轻推磷酸盐开始工作。”

当然，这种方法也有它的局限性：有时它需要定制的反应条件和底物。此外，这种非常复杂的催化剂需要使用小分子标准，以及超过10个实验室步骤才能合成。

从“大自然之手”偷师归来的研究小组计划扩大新方法的应用，包括生产新型糖（尤其是一些最顽固的糖，如甘露糖苷、鼠李糖苷和呋喃）。他们还打算商业化这种催化剂，为创造关键生物医学功能糖铺路，未来它很可能拯救许多人类疾病。很明显，像合成化学家一样，我们需要糖，太多糖会损害我们的健康，适当的量却可以帮助我们治愈疾病。

原始出处：

Samuel M. Levi, et al.Catalytic activation of glycosyl phosphates for stereoselective coupling reactions.Proc Natl Acad Sci USA January 2, 2019 116 (1) 35-39; https://doi.org/10.1073/pnas.1811186116

作者：佚名

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