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2017年10月4日，2017年诺贝尔化学奖授予三位物理学家，他们是冷冻电镜领域的学者，以表彰他们对冷冻电镜技术的发展做出的卓越贡献。 简单来说，就是 诺贝尔化学奖颁给了物理学家，来表彰他们对生物学卓越贡献怪不得有网友一直调侃诺贝尔化学奖应更名为“诺贝尔理综奖” 也有网友调侃最难获得诺贝尔化学奖的科学家是化学家 小编只能感慨 下面就跟随着小编的讲述，一步一步解开2017诺奖的神秘面纱吧 一、获奖人简介 约阿基姆·弗兰克（Joachim Frank）德裔生物物理学家，现年77岁，哥伦比亚大学教授。他因发明单粒子冷冻电镜而闻名，此外他对细菌和真核生物的核糖体结构和功能研究做出重要贡献。弗兰克2006年入选为美国艺术与科学、美国国家科学院两院院士。2014年获得本杰明·富兰克林生命科学奖。（百度百科） 理查德·亨德森（Richard Henderson）现年72岁，分子生物学家和生物物理学家，电子显微镜领域的开创者之一。1975年，他与Nigel Unwin通过电子显微镜研究膜蛋白、细菌视紫红质，并由此揭示出膜蛋白具有良好的机构，可以发生α-螺旋。亨德森近年来将注意力集中在单粒子电子显微镜上，即用冷冻电镜确定蛋白质的原子分辨率模型。（百度百科） 雅克·迪波什（Jacques Dubochet） 出生于瑞士，现年75岁，瑞士洛桑大学生物物理学荣誉教授。1973年博士毕业于日内瓦大学和瑞士巴塞尔大学。Dubochet 博士领导的小组开发出真正成熟可用的快速投入冷冻制样技术制作不形成冰晶体的玻璃态冰包埋样品，随着冷台技术的开发，冷冻电镜技术正式推广开来。（百度百科） 二、什么是冷冻电镜——不仅能看活的，还能看清楚 学过初中生物的童鞋都知道，普通光学显微镜只能观察死去的物质，高倍率的电子显微镜的电子束会杀死活体，电子显微镜的真空管也会让活体脱水而死。如何观察到活体并看的清楚就成了科学家不懈努力的方向。 冷冻电镜，通俗来讲，就是冷冻+电镜。 核心的突破有两点，一 电子直接探测相机以及三维重构软件，二 能够大幅提高解析大型蛋白复合体原子分辨率三维结构的效率 下面就请知乎大神Tsy.H带领我们走进冷冻电镜的世界吧。 原文链接：https://www.zhihu.com/question/66202533/answer/239350388 整理了下，关于蛋白质结构鉴定的化学奖 1964年 D.Hodgkin X射线衍射技术测定复杂大分子和空间结构。 1982年，D.A.Klug 晶体电子显微镜测定核酸-蛋白质复合体结构（病毒） 2002年 John.B.Fenn /田中耕一 生物大分子质谱鉴定 Kurt Wuthrich 核磁共振技术测定蛋白质结构 2017年 冷冻电镜技术。 到此，蛋白质结构生物学的三个看门技术：X衍射，NMR , 电镜全部获得诺贝尔化学奖。 为了凸显冷冻电镜的优势，说说X-ray和NMR的缺点 X-ray的最大的问题在于很多蛋白难以结晶。特别是膜蛋白等难溶蛋白质。从理论上说，电镜解析蛋白不存在衍射中相位解析困难的问题，同时电子波长要小于X-ray，理论上应该具有更高的分辨率。 NMR的最大弱点就在分辨率和灵敏度。分子量过大（30KDa以上）的蛋白基本无缘核磁共振。同时需要对样品进行同位素标记和复杂的脉冲序列设计。 1982年诺奖的晶体电子显微镜主要用于测量二维晶体结构，而冷冻电镜是一个单颗粒三维晶体重构技术。 传统的电子显微镜是通过负染的方式，把重金属颗粒喷涂在生物样品表面。电子显微镜其实采集到的是重金属覆盖的轮廓。因此，样品内部信息无法获得，同时无法保证重金属对生物样品的支持度良好不发生坍缩。 获奖者 Jacques Duboche 研究组提出并完善了冷冻电镜的方法。他们将样品固定在玻璃态的冰中，放置于电子显微镜下观察。低温环境可以保证生物样品在电子显微镜筒内不失水，同时减少了电子辐射的影响。蛋白质被包裹在这种玻璃态的冰中宛如在水溶液一样保持本身的生理状态。 Joachim在1996年便提出了单颗粒三维重构技术。电镜三维重构技术在1968年就已经被Rosier提出。它的核心理论是中央截面定理和傅里叶变换。中心截面定理的通俗解释是：一个物体三维投影像的傅里叶变换等于该物体三维傅里叶变换中与该投影方向垂直的过原点的截面（中央截面） 也就是说把一个三维的蛋白在冷冻电镜中采集到各个方向的投影图。进行二维傅里叶变换，在三维傅里叶空间重构，再进行逆傅里叶变换获得三维结构。 在电子显微镜下可以采集一个三维蛋白各个方向的电子显微像，经过傅里叶变换可以得到投影图，也就是上面说的截面。只要这个采集到的截面足够多，你就可以通过三维逆傅里叶变换拼回一个立体的蛋白质结构。 更复杂的程序包括了CTF估算与修正，颗粒筛选和颗粒图像匹配。这个作为一个学NMR的人就不懂了。 冷冻电镜样品制作流程，图片来自http://creative-biostructure.com 三、冷冻电镜的意义 冷冻电镜填补了生物化学版图的空白。 蛋白质结构是机体的重要组成部分，也承载了重要的生命活动和功能，通过结构分析，是了解生化反应机理，催化位点的重要手段。了解了结构，就可以设计抑制剂，使这些蛋白失去催化作用，以这些蛋白为靶点，设计筛选药物。 瑞典皇家科学院主席Venkatraman Ramakrishnan表示：“冷冻电镜获奖证明了它几十年来支持基础研究的价值。从基础研究开始，人们受到了巨大的启示。当这种技术登上舞台时，它已经被药企使用，来定型药物的结构，而且还被用于基础的生物学，从而改变未来的药物。” 是不是也意味着，如果未来有更好的方法能够观察、分析、确定蛋白质的结构，也能够获得诺贝尔化学奖的认可呢？ 最后 科学的发展日新月异，历史的经验告诉我们落后就要挨打。 化学作为一门与物理、生物交叉即为紧密的学科，在科学舞台上大放异彩，在这里，小编只能说：学化学，我骄傲
作为新世纪的风华少年，我们在学习化学、研究化学、利用化学上是否应当更加的尽心竭力。 从教者，不只是满足于教授学生知识，还应当教会学生用化学的视野去看待世界，以化学的方法认识世界，用化学的技术去改造世界。 学习者，不要满足于课本的知识，还应当适当涉猎目前科学发展的新趋势，开拓视野，结合兴趣，充分发挥自己的聪明才智，实现个人价值。 研学者，你们手中不是一份工作，一个饭碗，而是承载着无数国民的期待，你们的发现终将改变世界。 在未来的日子，中国，终将在世界科技的舞台上瞩目。 因为
文章来源：化学biu一biu |
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