我想看的更清楚一点——冷冻电镜

作者: ${content.author} 时间:2017-03-22 浏览量:1,835

刚刚颁布的2017诺贝尔化学奖最终花落近两年突然火热的冷冻电镜技术,这项技术使生物分子成像变得更加简单,将生物化学带入了一个新纪元。本次诺贝尔奖也再次证明了化学作为一个中心学科,它和物理学、生物学的交叉,起到了互相补充、互相支持的作用。


有句老话说得好:“凡事眼见为实”。实际上,在科研领域也是如此。很多科学上的重大突破都是在将原本我们不可见的研究物体想方设法可视化之后才获得的。但无论科技如何进步,想要绘制一副精确的生物化学地图还是有些难度的,毕竟,生命体中的分子机制又快速又复杂,我们谁也没见过。

直到有一天,冷冻电子显微镜横空出世,改变了一切。研究人员可以将生物分子的中间运动状态进行冷冻,让原本不可能看见的过程变得可视化。无论是拓宽对生命的理解,还是加速对新药的研制,这一发明都意义非凡。

Jacques Dubochet的工作集中在“冷冻”这个词上,他成功实现了将蛋白样品固定在玻璃态的冰中,使得在电子显微镜的高真空环境观察接近生理状态下的蛋白成为可能。Joachim Frank 和Richard Henderson则是在提供了单颗粒重构结构的理论依据和技术路线。在这三位科学家工作的基础上,随着硬件水平的不断提高,冷冻电镜目前已经真正成为结构生物学的常规技术手段。与晶体学相比,冷冻电镜可以用于解析更大的,具有结构柔性的复合物的结构。

经过这一系列的伟大发现,冷冻电镜渐渐成形,并日趋完善。与以往的生物结构学研究主要方法——X射线衍射(观察对象需结晶,但很多生物大分子难以结晶)和核磁共振(可分析的分子大小有限)相比,冷冻电镜可以保持生物大分子的活性状态。如今,对于众多科研人员而言,想得到生物分子的三维结构图像已不是什么难事。不信,你看看过去几年发表的科学文献,里面充满了各种精美的蛋白质结构图。生物化学领域正在进行着爆炸式的发展!~


三位获奖者简介:


约阿基姆·弗兰克(Joachim Frank)

德裔生物物理学家,现为哥伦比亚大学教授,因发明单粒子冷冻电镜(cryo-electron microscopy)而闻名。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。

理查德·亨德森(Richard Henderson)

苏格兰分子生物学家和生物物理学家,也是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。近年来,亨德森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。

雅克·迪波什(Jacques Dubochet)

瑞士洛桑大学生物物理学荣誉教授。Dubochet领导的小组开发出成熟的冷冻制样技术,制作玻璃态冰包埋样品,随着冷台技术的开发,冷冻电镜技术正式推广开来。


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