讓生物學家更清晰地窺探生命

2017年的諾貝爾化學獎由雅克·杜波切（Jacques Dubochet）、約阿希姆·弗蘭克（Joachim Frank）、理查德·亨德森（Richard Henderson）三位生物學領域的科學家共享。

三位科學先驅研發出用於溶液中生物分子結構高解析度測定的冷凍電子顯微鏡，給結構生物學*領域帶來了巨大的突破。

*註：結構生物學主要是用物理的手段，用X-射線晶體學，核磁共振波譜學，電鏡技術等物理學技術來研究生物大分子的功能和結構.來闡明這些大分子相互作用中的機制。

雅克·杜波切（Jacques Dubochet）

雅克·杜波切（Jacques Dubochet）1942年出生於瑞士艾格勒。1973年從瑞士日內瓦大學和瑞士巴塞爾大學獲得博士學位。

1984年，他發表了開創性論文，通常被認為是為冷凍電子顯微鏡的起源。雅克·杜波切現為瑞士洛桑大學名譽生物物理學教授。

約阿希姆·弗蘭克（Joachim Frank）

約阿希姆·弗蘭克（Joachim Frank）1940年出生於德國錫根。1970年於德國慕尼黑工業大學獲得博士學位。

他因發明單粒子冷凍電鏡（cryo-electron microscopy）而聞名，此外他對細菌和真核生物的核糖體結構和功能研究做出重要貢獻。

約阿希姆·弗蘭克現為美國哥倫比亞大學生物化學、分子生物物理學及生物科學教授。

理查德·亨德森（Richard Henderson）

理查德·亨德森（Richard Henderson）1945年出生於蘇格蘭愛丁堡。1969年在英國劍橋大學獲得博士學位。現為英國MRC分子生物學實驗室項目主任。

他是電子顯微鏡領域的開創者之一，1975年他通過電子顯微鏡揭示出膜蛋白具有良好的結構，可以發生α-螺旋。

化學是艾爾弗雷德·諾貝爾的本職工作，也是當時最重要的科學。因此化學是諾貝爾在遺囑中提到的第二個獎項。

但近年來，諾貝爾化學獎頻頻頒發給其它領域，今年也不例外，獎項由三位在生物學領域貢獻突出的科學家奪得。

結構生物學的興起離不開高解析度高精度電子顯微鏡的發展。

電子顯微鏡早年在生物學領域的應用明顯滯後，原因就在於許多生物分子樣品需要以水溶液的形式才能穩定，而電子顯微鏡則必須在真空環境下才能工作。

而先前的解決方法，例如重金屬負染技術，都會導致樣品的解析度降低。

採用負染技術製作的顯微圖像

雅克·杜波切、約阿希姆·弗蘭克、理查德·亨德森三位科學家找到了解決辦法——冷凍電子顯微鏡。

三人對冷凍電鏡的基本理論、重構演算法和實驗方面分別做出了卓越的貢獻。

杜波切成功實現水的玻璃化——迅速將水冷卻，讓其先以液體狀態將生物樣本包裹，之後立刻變成固體，從而使得生物分子在真空管中仍能保持其自然形態。

採用冷凍電鏡技術製作的高精度顯微圖像

弗蘭克則讓該項技術獲得廣泛應用。他開發出一種圖像處理技術，能夠分析電子顯微鏡生成的模糊2D圖像，並將其合併，最終生成清晰的3D結構。

最終的突破由亨德森完成，他在1990年成功利用一台電子顯微鏡生成了一種蛋白質的3D圖像，圖像解析度達到原子水平。

冷凍電鏡下的蛋白質與寨卡病毒

冷凍電鏡技術給結構生物學帶來了新的突破，讓生物學家們可以從更加高效地研究生物分子的奧秘，將生物化學帶入了一個新時代。

可以這麼說，三位物理功力深厚的教授為生物學領域做出了卓越貢獻，最終獲得了諾貝爾化學獎，但卻實至名歸。

*參考資料

諾貝爾獎官網. Press Release: The Nobel Prize in Chemistry 2017.

張笑,梅進. 2017年諾貝爾化學獎揭曉. 科學網.

The Nobel Prize s Twitter.

Jacques Dubochet. wikipedia. 2017.10.4.

Cryo-electron microscopy. wikipedia. 2017.8.28.

Richard Henderson (biologist). wikipedia. 2017.10.4.

Joachim Frank. wikipedia. 2017.10.4.

____________

作者系網易新聞·網易號「各有態度」簽約作者

內容為【SME】公眾號原創，歡迎轉載

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！

本站內容充實豐富，博大精深，小編精選每日熱門資訊，隨時更新，點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧！

請您繼續閱讀更多來自 SMETalk 的精彩文章: