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2017諾獎 | 我想看的更清楚一點——冷凍電鏡


2017年10月04日00時 今日科學 科學世界
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剛剛頒布的2017諾貝爾化學獎最終花落近兩年突然火熱的冷凍電鏡技術,這項技術使生物分子成像變得更加簡單,將生物化學帶入了一個新紀元。

有句老話說得好:「凡事眼見為實」。實際上,在科研領域也是如此。很多科學上的重大突破都是在將原本我們不可見的研究物體想方設法可視化之後才獲得的。但無論科技如何進步,想要繪製一副精確的生物化學地圖還是有些難度的,畢竟,生命體中的分子機制又快速又複雜,我們誰也沒見過。

直到有一天,冷凍電子顯微鏡橫空出世,改變了一切。研究人員可以將生物分子的中間運動狀態進行冷凍,讓原本不可能看見的過程變得可視化。無論是拓寬對生命的理解,還是加速對新藥的研製,這一發明都意義非凡。

其實,我們隊電子顯微鏡並不陌生,可能很多人在工作中經常用到它。長久以來,電子顯微鏡給我們的印象總是觀察一些沒有生命的物質。這是因為,強勁的電子源會摧毀生命材料。但在1990年,獲獎者之一,Richard Henderson居然成功用電子顯微鏡完成了蛋白質的原子級解析度三維成像,這一突破性進展開啟了技術革命的大門。另一位獲獎者Joachim

Frank在1975~1986年間開發了一種圖像處理技術,能將電子顯微鏡模糊的二維圖像轉化成清晰的三維結構圖。第三位獲獎者Jacques Dubochet則率先將水玻璃化,解決了液態水在電子顯微鏡中蒸發而破壞生物分子結構的問題。

經過這一系列的偉大發現,冷凍電鏡漸漸成形,並日趨完善。與以往的生物結構學研究主要方法——X涉嫌衍射(觀察對象需結晶,但很多生物大分子難以結晶)和核磁共振(可分析的分子大小有限)相比,冷凍電鏡可以保持生物大分子的活性狀態。如今,對於眾多科研人員而言,想得到生物分子的三維結構圖像已不是什麼難事。不信,你看看過去幾年發表的科學文獻,裡面充滿了各種精美的蛋白質結構圖。生物化學領域正在進行著爆炸式的發展!~

三位獲獎者簡介:

約阿基姆·弗蘭克(Joachim Frank)

德裔生物物理學家,現為哥倫比亞大學教授,因發明單粒子冷凍電鏡(cryo-electron microscopy)而聞名。弗蘭克2006年入選為美國藝術與科學、美國國家科學院兩院院士。2014年獲得班傑明·富蘭克林生命科學獎。

理察·亨德森(Richard Henderson)

蘇格蘭分子生物學家和生物物理學家,也是電子顯微鏡領域的開創者之一。1975年,他與Nigel Unwin通過電子顯微鏡研究膜蛋白、細菌視紫紅質,並由此揭示出膜蛋白具有良好的機構,可以發生α-螺旋。近年來,亨德森將注意力集中在單粒子電子顯微鏡上,即用冷凍電鏡確定蛋白質的原子解析度模型。

雅克·迪波什(Jacques Dubochet)

瑞士洛桑大學生物物理學榮譽教授。Dubochet領導的小組開發出成熟的冷凍制樣技術,製作玻璃態冰包埋樣品,隨著冷台技術的開發,冷凍電鏡技術正式推廣開來。

生物&物理不分家

文章來源/https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2017/press.html


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