2017年诺贝尔化学奖得主

来源:©Nobel Media AB 2017

2017年诺贝尔化学奖得主(从左至右)雅克·杜波切特、约阿希姆·弗兰克和理查德·亨德森,他们三人因开创冷冻电子显微镜而获得了同等份额的奖金

仅仅三年之后超分辨率荧光显微镜获得诺贝尔化学奖的另一项显微技术——低温电子显微镜(cryo-EM)——刚刚成为万众瞩目的焦点,赢得了今年的化学奖。

“我不知所措。就在弗兰克(Joachim Frank)、杜波切特(Jacques Dubochet)和亨德森(Richard Henderson)被宣布为今年的诺贝尔奖得主后不久,他在给诺贝尔委员会的电话中说,我认为获得诺贝尔奖的可能性很小。他的惊讶之情反映了化学学界对获奖者名字的感受没有出现在任何预测中

杜波切特、弗兰克和亨德森发明了一种方法,使人们第一次能够在原子分辨率下看到生命分子的三维结构。他说:“这项长期发展的技术已经彻底改变了结构生物学,使我们能够看到控制我们所有细胞的微小蛋白质机器的最内部运作。罗伯•凯他是亨德森在英国剑桥MRC分子生物学实验室的同事。

亨德森感到沮丧的是,x射线晶体学要求样品保持在刚性结构中,不能代表生物分子的动态结构。因此,他求助于电子显微镜,这种方法在当时还无法分辨原子的细节。

他将想要研究的蛋白质保存在细胞膜的自然环境中,并将样品覆盖在葡萄糖溶液中。因此,他不受显微镜严酷的电子束的影响,电子束会迅速燃烧任何生物物质,他设法获得了第一批图像细菌视紫红质在1975年。

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1978年,瑞士洛桑大学的杜波切特第一个发现,在水中快速冷冻样品可以保护它们免受电子束的影响,同时避免了冰晶的形成,而冰晶会干扰成像。与此同时,来自美国哥伦比亚大学的Frank发现,他可以从多个二维电子显微镜痕迹中重建高分辨率的3D图像。

干细胞科学家说:“视觉图像是理解的重要组成部分,通常是第一个打开我们的眼睛,从而打开我们的头脑,实现科学突破的东西。马格达莱纳河Zernicka-Goetz他来自英国剑桥大学。蛋白质复合物就像这个调节身体的昼夜节律或者与阿尔茨海默氏症等疾病有关的酶,现在都可以通过冷冻电子显微镜进行常规成像。最近,寨卡病毒的结构在一个月内就被解决了。

通过结合多个低温电子显微镜图像,科学家们现在甚至可以制作分子电影,展示生物分子的活动。弗兰克解释说:“医学不再关注器官,而是关注细胞的过程。”

化学家说:“化学一直被认为是如此困难和抽象的原因之一是人们不能直接看到原子和分子。安德里亚·萨拉来自英国伦敦大学学院。“低温透射电镜在材料化学方面也有巨大的影响,”他补充说。聚合物的科学家Moatsou Dafni来自瑞士弗里堡大学的科学家对此表示赞同,他在推特上提到,低温电子显微镜的能力超出了对生物结构的成像。

尽管科学家们对今年的诺贝尔奖明显感到兴奋,但一些人对长期被吹捧的诺贝尔奖候选人之一、锂离子电池的发明者感到遗憾John Goodenough,又一次被忽视了。现年95岁的古迪纳夫似乎不太可能获得瑞典皇家科学院的认可。塞拉说:“就造福人类而言,锂电池与我们向便携、可穿戴技术的转变密切相关。”

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