冷冻电镜研发获2017诺贝尔化学奖 曾获化学奖的科学家还有谁

北京时间10月4日下午5点45分,2017年诺贝尔化学奖揭晓,Jacques Dubochet, Joachim Frank和Richard Henderson获奖,获奖理由是“研发出冷冻电镜,用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定”。

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。他因发明单粒子冷冻电镜(cryo-electron microscopy)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。

理查德·亨德森(Richard Henderson),苏格兰分子生物学家和生物物理学家,他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),Jacques Dubochet, 1942年生于瑞士,1973年博士毕业于日内瓦大学和瑞士巴塞尔大学,瑞士洛桑大学生物物理学荣誉教授。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。

诺贝尔化学奖是以瑞典著名化学家、硝化甘油炸药发明人阿尔弗雷德?贝恩哈德?诺贝尔的部分遗产作为基金创立的5个奖项之一,从1901年至2016年,共颁发了108次,拥有175位获奖者。由瑞典皇家科学院从1901年开始负责颁发。

以下为诺贝尔委员会官方新闻稿:

我们或许在不久的将来就能获得生命复杂机制的原子级分辨率的图片了。这正是 2017 年的诺贝尔化学奖,授予 Jacques Dubochet, Joachim Frank 和 Richard Henderson,因他们在冷冻电子显微镜方面的卓越贡献,他们将冷冻电子显微镜技术简化,并将其应用在生物分子成像方向。此种成像技术将生物化学领域推进了新时代。

眼见为实,成像技术是理解真相的关键。许多的重大科学进展都建立在经典的成像技术之上,它们能将那些我们肉眼不可见的物品真实呈现在科学家的眼前。然而,生物化学的研究之路却困难重重,有很多研究至今都只是空白,因为少有有效的成像技术能适用于生物学中分子级别的机制。不过,冷冻电子显微镜技术将带来改变。得益于此,研究者现在能够将移动中的生物分子冷冻起来,然后利用冷冻电子显微镜进行成像,将那些我们之前都不能观测到的过程呈现在我们眼前。这样的技术将十分有利于我们对生命科学化学领域的理解以及药物的研究。

电子显微镜技术面世已久,适用于“无生命”的样品,而因其会发射出破坏性的电子束,并不能适用于生物材料和生物分子的研究。然而在 1990 年,Richard Henderson 使用电子显微镜成功取得了蛋白质的三维结构原子级分辨率成像,这样的进展也证明了电子显微技术的潜力。

1975 年—1986 年 Joachim Frank 发明出一种图像处理方法,利用电子显微镜可以将模糊的二维图像分析出来并以三维结构形式呈现出来。

Jacques Dubochet 让使用电子显微镜观测含水样本成为可能。一般来说,电子显微镜需要在真空环境下工作,样本中的水分需要被蒸发,从而破坏样品中的生物分子。因此在 20 世纪 80 年代,Dubochet 成功将水溶液环境迅速冷却转变为玻璃态,将周围的生物分子冻结,使生物分子能保持其天然结构状态,以便于显微镜观察。

根据上面的发现,电子显微镜上的每个部件都已经优化。2013 年,可以在原子水平上解析生物分子的三维结构了。近年,利用冷冻电镜技术,我们经常在一些文献上看到蛋白质分子以及 Zika 病毒表面的图像。生物化学正面临爆炸性发展,这一切是多么令人兴奋的未来。

至此,自然科学领域的诺贝尔奖已全部颁发完毕

二十多年来诺贝尔化学奖得主

1990年—1999年

1990年:伊莱亚斯?科里(美)开发了计算机辅助有机合成的理论和方法。

1991年:理查德?恩斯特(瑞士)对开发高分辨率核磁共振(NMR)的贡献。

1992年:罗道夫?阿瑟?马库斯(美)对创立和发展电子转移反应的贡献。

1993年:凯利?穆利斯(美)迈克尔?史密斯(加)对DNA化学的研究,开发了聚合酶链锁反应(PCR)。

1994年:乔治?欧拉(美)对碳正离子化学反应的研究。

1995年:保罗?克鲁岑(荷)马里奥?莫利纳(墨)弗兰克?罗兰(美)对大气化学的研究。

1996年:罗伯特?苛尔(美)哈罗德?沃特尔?克罗托(英)理查德?斯莫利(美)发现富勒烯。

1997年保罗?博耶(美)约翰?沃克尔(英)阐明了三磷酸腺苷合成酶的机理 延斯?克里斯汀?斯科(丹)离子传输酶的发现,钠钾离子泵。

1998年:沃特?科恩(美)密度泛函理论的研究, 约翰?波普(英)量子化学计算方法的研究。

1999年:艾哈迈德?兹韦勒(美)用飞秒激光光谱对化学反应中间过程的研究。

2015年10月7日,瑞典斯德哥尔摩,托马斯·林达尔、保罗·莫德里奇和阿齐兹·桑贾尔获得诺贝尔化学奖,以表彰他们在DNA修复的细胞机制方面的研究。

2015年10月7日,瑞典斯德哥尔摩,托马斯·林达尔、保罗·莫德里奇和阿齐兹·桑贾尔获得诺贝尔化学奖,以表彰他们在DNA修复的细胞机制方面的研究。

2000年—2016年

2000年:艾伦?黑格(美)艾伦?麦克迪尔米德(美/新西兰)白川英树(日)对导电聚合物的研究。

2001年:威廉?诺尔斯(美)野依良治(日)手性催化还原反应,巴里?夏普莱斯(美)手性催化氧化反应。

2002年库尔特?维特里希(瑞士)约翰?贝内特?芬恩(美)田中耕一(日)对生物大分子的鉴定和结构分析方法的研究。

2003年:彼得?阿格雷(美)罗德里克?麦金农(美)对细胞膜中的水通道的发现以及对离子通道的研究。

2004年:阿龙?切哈诺沃(以)阿夫拉姆?赫什科(以)欧文?罗斯(美)发现了泛素调解的蛋白质降解。

2005年:罗伯特?格拉布(美)理查德?施罗克(美)伊夫?肖万(法)对烯烃复分解反应的研究。

2006年:罗杰?科恩伯格(美)对真核转录的分子基础所作的研究。

2007年:格哈德?埃特尔(德),在“固体表面化学过程”研究中作出的贡献。

2008年:下村修(日)、马丁?查尔菲(美)、钱永健(美),发现并发展了绿色荧光蛋白(GFP)。

2009年:万卡特拉曼?拉玛克里斯南(英)、托马斯?斯泰茨(美)、阿达?约纳什(以色列),在核糖体结构和功能研究中做出贡献。

2010年:理查德?赫克(美)、根岸英一(日)、铃木章(日),发明新的连接碳原子的方法。

2012年:罗伯特?莱夫科维茨(美)、布莱恩?克比尔卡(美),因“G蛋白偶联受体研究”获奖。

2013年:马丁?卡普拉斯(美)、迈克尔?莱维特(英、美)、阿里耶?瓦谢勒(美、以色列),在开发多尺度复杂化学系统模型方面做出贡献。

2014年:埃里克?贝齐格(美)、威廉?莫纳(美)、斯特凡?黑尔(德),为发展超分辨率荧光显微镜做出贡献。

2015年:托马斯?林达尔(瑞典)、保罗?莫德里奇(美)、阿齐兹?桑贾尔(土耳其、美),因“DNA修复的细胞机制研究”获奖。

2016年:让-皮埃尔?索维奇,J?弗雷泽?斯托达特和伯纳德?L?费林加三位科学家因“设计和合成分子机器”获奖。

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