2017年诺贝尔化学奖
6获诺贝尔奖的显微镜技术
6获诺贝尔奖的显微镜技术在显微镜发明之前，人类对于世界的观察只局限于肉眼。
当列文虎克使用他自制的显微镜观察到细胞和微生物后，一个全新的微生物世界在人类眼前打开。
此后，恩斯特·鲁斯卡于1931年发明电子显微镜，使得人们能够直接在原子水平观察。
显微镜将人类视野带到了一个之前从未触及的微观世界，人类开始对自己和自己所处的这个世界有了更深入的认知。
显微镜技术一共获得过6次诺贝尔奖，三次获物理奖，三次获化学奖。
分别是：1953年的物理学奖颁给了相位差显微镜1953年的物理学奖“因论证相衬法，特别是发明相衬显微镜”授予了荷兰科学家弗里茨·塞尔尼克(Frits Zernike)。
在20世纪30年代，塞尔尼克在从事光学研究时，一次偶然的发现让他意识到不可见的光相位变化可以转变为可见的振幅变化，也就是理论上的相衬法，利用这种原理，他将传统的光学显微镜加入相位板制成了首台相衬显微镜。
相衬显微镜最大的优势就是可以观察活性透明物质。
当时的显微镜观察细胞时都需要染色，而染色会杀死细胞，塞尔尼克的相衬显微镜可直接观察到活细胞的内部结构，后来这种光学显微镜得到了广泛应用，成为生物学和医学研究中有的有力工具。
1982年的化学奖颁给了晶体电子显微技术1982年的化学奖授予英国科学家克卢格(AaronKlug)，奖励他发展了晶体电子显微技术，他把X-射线晶体学与电子显微镜的方法结合起来，观察到了病毒染色质中的DNA和蛋白质。
1986年的诺贝尔物理学奖颁给了电子显微镜和扫描隧道显微镜光学显微镜分辨能力有限(约0.2微米)，运用电子束成像的电子显微镜突破了光学分辨极限，电子显微镜的发明为人类观察微观世界开辟了新途径。
1986年的诺贝尔物理学奖就授予了设计第一台电子显微镜的鲁斯卡(Ernst Ruska)。
显微镜的发展历程还远未结束，1986年物理奖的另一半奖金分给了德国物理学家宾宁(Gerd Binnig)和瑞士物理学家罗雷尔(Heinrich Rohrer)，以表彰他们设计出隧道扫描显微镜(STM)。
生物化学领域的诺贝尔奖
生物化学领域的诺贝尔奖生物化学领域的诺贝尔奖是世界科学界最高荣誉之一，旨在表彰在生物化学领域做出杰出贡献的科学家。
自从1901年首次设立诺贝尔奖以来，已经有许多位杰出的生物化学家获得了这一殊荣。
他们的研究成果不仅推动了生物化学领域的进步，而且在医学、农业和环境保护等领域产生了深远影响。
1.生物化学领域的诺贝尔奖概述生物化学领域的诺贝尔奖按照具体的研究方向可以分为化学奖和生理学或医学奖。
化学奖主要奖励在生物分子结构、功能和反应机制等方面做出杰出贡献的科学家，而生理学或医学奖则奖励在生物过程中发现或解释基本机制的科学家。
2.获得生物化学领域诺贝尔奖的科学家2.1 弗里德里希·贝尔兴和约阿希姆·斯奈德（2002年化学奖）弗里德里希·贝尔兴和约阿希姆·斯奈德获得2002年的诺贝尔化学奖，以他们对离子通道的发现和研究做出了重大贡献。
他们的成果在细胞生物学和医学中具有重要意义，揭示了细胞膜功能以及药物治疗和药物研发的新途径。
2.2 朱勒·霍夫曼（2012年化学奖）朱勒·霍夫曼因其发现和开发质谱法的方法而获得2012年的诺贝尔化学奖。
质谱法是一种分析化学方法，广泛应用于生物化学中。
朱勒·霍夫曼的成果在药物研发、代谢物分析和疾病诊断等方面产生了广泛影响。
2.3 不伦·马维兹（2009年化学奖）不伦·马维兹因其发展了重组DNA技术并在基因组研究中取得突破性成果而获得2009年的诺贝尔化学奖。
重组DNA技术的出现革命性地改变了生物学和医学研究领域，为生物技术的发展奠定了基础。
2.4 克里斯蒂安·德餐·杜夫尔（2017年化学奖）克里斯蒂安·德餐·杜夫尔因其对冷冻电镜技术的发展和应用做出了重大贡献而获得2017年的诺贝尔化学奖。
冷冻电镜技术可以通过高分辨率图像揭示生物分子的结构和功能，对于解析蛋白质复合物和细胞器的结构具有重要意义。
冷冻电镜热起来——2017年诺贝尔化学奖简介
聚……焦冷冻电镜热起来雅克•杜邦内特—2017年诺贝尔化学奖简介■谷第约阿希姆.弗兰克理查德•亨德森2017年度的诺贝尔化学奖授予了瑞士洛桑 大学科学家雅克•杜邦内特、美国哥伦比亚大学 科学家约阿希姆•弗兰克和英国剑桥大学科学家 理查德•亨德森，以表彰他们在开发可以用于研 究生物分子高分辨率结构的“冷冻电镜”技术 方面的杰出贡献。
说起电子显微镜，人们或许都不陌生，它 是一种分辨率比光学显微镜更高，可以看到光 学显微镜下看不到的微观世界的仪器。
那什么 是冷冻电镜呢？总不会是把电子显微镜冷冻起 来吧？这种冷冻电镜技术又为什么能够用于研 究生物分子的结构呢？3位科学家30多年前的研 究为什么直到现在才获得诺贝尔奖委员会的青 睐呢？下面就让我们一一揭开这些问题的答案。
“结构三剑客”毫无疑问，电子显微镜是科学家用来探索 微观世界的利器。
但微观世界也不是一概而论 的，在尺度上跨越了多个数量级。
通常说到生物学上的微观世界，人们想到 的大概会是各种寄生虫和细菌，大小从几百微 米直至几微米。
相比之下，头发丝直径大概是 不到100微米。
要想看清楚这样的微观结构，就 要借助光学显微镜。
最好的光学显微镜能够看 到细胞内部细胞器的结构，通过一些特殊技术 甚至能够看到单个的蛋白质分子。
说到物理学上的微观世界，人们想到的大 概就是分子和原子了。
要想“看”到单个的原 子，只有借助扫描隧道显微镜或是原子力显微 镜才行，但这些设备对观测样品的限制非常多，实际应用领域比较狭窄。
应用得更为广泛 的是电子显微镜，虽然它不能直接观测到单个 的原子，但是对于光学显微镜下的微观世界，电子显微镜能够提供更为清晰、分辨率更高、细节更为丰富的照片。
近一个世纪以来，生物学家也有了观察分 子级别，甚至是原子级别微观世界的需求。
再 复杂的细胞、细胞器也都是由各种生物分子，特别是蛋白质等生物大分子构成的，要研究这2017.11B百科知识\ 11聚.......焦些蛋白质的功能，最直接的方法就是“看到”它们的三维结构，也就是测定构成一个蛋白质 分子的成千上万个原子的三维坐标。
2017年诺贝尔奖获得者名单
2017年诺贝尔奖揭晓获得者名单公布
生理学或医学奖
瑞典卡罗琳医学院2日宣布，将2017年诺贝尔生理学或医学奖授予三名美国科学家杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·扬，以表彰他们在研究生物钟运行的分子机制方面的成就。
物理学奖
瑞典皇家科学院3日宣布，将2017年诺贝尔物理学奖授予美国科学家雷纳·韦斯、巴里·巴里什和基普·索恩，以表彰他们为发现引力波作出的贡献。
化学奖
瑞典皇家科学院4日宣布，将2017年诺贝尔化学奖授予瑞士科学家雅克·杜博歇、美国科学家约阿希姆·弗兰克以及英国科学家理查德·亨德森，以表彰他们在冷冻显微术领域的贡献。
文学奖
瑞典文学院5日宣布，将2017年诺贝尔文学奖授予日裔英国作家石黑一雄。
石黑一雄1954年出生于日本，5岁时随家人移居英国。
他曾在肯特大学学习英语和哲学，后来到东安格利亚大学学习创作。
和平奖
挪威诺贝尔委员会6日宣布，将2017年诺贝尔和平奖授予国际非政府组织“国际废除核武器运动”，以表彰该组织致力于普及核武器给人类带来巨大灾难的相关知识以及争取彻底消除核武器的努力。
经济学奖
2017年度诺贝尔经济学奖9日揭晓，美国经济学家理查德·塞勒凭借在行为经济学领域的卓越贡献而摘取这一奖项。
瑞典皇家科学院在一份声明里说：“通过探索有限理性、社会偏好以及缺乏自制的后果，他展示了这些人性特征如何系统性地影响个体决策以及市场结果。
”。
历届诺贝尔化学奖得主及其成就
历届诺贝尔化学奖得主及其成就历届诺贝尔化学奖得主及其成就（1960——2008）(2009-04-03 11:30:05)1960年W.F.利比(美国人)发明了“放射性碳素年代测定法”1961年M.卡尔文(美国人)揭示了植物光合作用机理1962年M.F.佩鲁茨，J.C.肯德鲁(英国人)测定出蛋白质的精细结构1963年K.齐格勒(德国人)，G.纳塔(意大利人)发现了利用新型催化剂进行聚合的方法，并从事这方面的基础研究1964年D.M.C.霍金奇(英国人)使用X射线衍射技术测定复杂晶体和大分子的空间结构1965年R.B.伍德沃德(美国人)对有机合成法的贡献1966年R.S.马利肯(美国人)用量子力学创立了化学结构分子轨道理论，阐明了分子的共价键本质和电子结构1967年R.G.W.诺里什，G.波特(英国人)，M.艾根(德国人)发明测定快速化学反应技术1968年L.翁萨格(美国人)从事不可逆过程热力学的基础研究1969年O.哈塞尔(挪威人)，D.H.R.巴顿(英国人)为发展立体化学理论作出贡献1970年L.F.莱洛伊尔(阿根廷人)发现糖核苷酸及其在糖合成过程中的作用1971年G.赫兹伯格(加拿大人)从事自由基的电子结构和几何学结构的研究1972年C.B.安芬森(美国人)确定了核糖核苷酸酶的分子氨基酸排列S.莫尔，W.H.斯坦(美国人)从事核糖核苷酸酶的活性区位研究1973年E.O.菲舍尔(德国人)，G.威尔金森(英国人)从事具有多层结构的有机金属化合物的研究1974年P.J.弗洛里(美国人)从事高分子化学的理论、实验两方面的基础研究1975年J.W.康福思(澳大利亚人)研究酶催化反应的立体化学V.普雷洛格(瑞士人)从事有机分子以及有机反应的立体化学研究1976年W.N.利普斯科姆(美国人)从事甲硼烷的结构研究1977年I.普里戈金(比利时人)主要研究非平衡热力学，提出了“耗散结构”理论1978年P.D.米切尔(英国人)从事生物膜上的能量转换研究1979年H.C.布郎(美国人)，G.维蒂希(德国人)研制了新的有机合成法1980年P.伯格(美国人)从事核酸的生物化学研究W.吉尔伯特(美国人)，F.桑格(英国人)确定了核酸的碱基排列顺序1981年福井谦一(日本人)，R.霍夫曼(美国人)从事化学反应过程的研究1982年A.克卢格(英国人)开发了结晶学的电子衍射法，并从事核酸蛋白质复合体的立体结构的研究1983年H.陶布(美国人)阐明了金属配位化合物电子反应机理1984年R.B.梅里菲尔德(美国人)开发了极简便的肽合成法1985年J.卡尔，H.A.豪普特曼(美国人)开发了应用X射线衍射确定物质晶体结构的直接计算法1986年D.R.赫希巴奇，李远哲(美籍华人)，J.C波利亚尼(加拿大人)研究化学反应体系在位能面运动过程的动力学1987年C.J.佩德森，D.J.克拉姆(美国人)，J.M.莱恩(法国人)合成冠醚化合物1988年J.戴森霍弗，R.胡伯尔，H.米歇尔（德国人)分析了光合作用反应中心的三维结构1989年S.奥尔特曼，T.R.切赫(美国人)发现RNA自身具有酶的催化功能1990年E.J.科里(美国人)创建了一种独特的有机合成理论——逆合成分析理论1991年R.R.恩斯特(瑞士人)发明了傅里叶变换核磁共振分光法和二维核磁共振技术1992年R.A.马库斯(美国人)对溶液中的电子转移反应理论作出贡献1993年K.B.穆利斯(美国人)发明“聚合酶链式反应”法M.史密斯(加拿大人)开创“寡聚核苷酸基定点诱变”法1994年G.A.欧拉(美国人)在碳氢化合物即烃类研究领域作出了杰出贡献1995年P.克鲁岑(德国人)，M.莫利纳，F.S.罗兰(美国人)阐述了对臭氧层厚度产生影响的化学机理，证明了人造化学物质对臭氧层构成破坏作用1996年R.F.柯尔(美国人)，H.W.克罗托因(英国人)，R.E.斯莫利(美国人)发现了碳元素的新形式——富勒氏球(也称布基球)C601997年P.B.博耶(美国人)，J.E.沃克尔(英国人)，J.C.斯科(丹麦人)发现人体细胞内负责储藏转移能量的离子传输酶1998年W.科恩(奥地利人)提出密度函数理论J.波普(英国人)提出量子化学的方法1999年A.兹韦勒(美籍埃及人)利用激光闪烁研究化学反应2000年美国的阿兰?黑格和阿兰?麦克迪尔米德、日本的白川秀树，表彰他们发现了导电的塑料和研发具有传导性能的聚合体2001年美国的威廉?诺尔斯、巴里?夏普莱斯、日本的野依良治，表彰他们在更好地控制化学反应方面所作出的贡献。
历届诺贝尔化学奖获得者名单及贡献
历届诺贝尔化学奖获得者名单及贡献1901-荷兰科学家范托霍夫因化学动力学和渗透压定律获诺贝尔化学奖。
1902-德国科学家费雪因合成嘌呤及其衍生物多肽获诺贝尔化学奖。
1903-瑞典科学家阿伦纽斯因电解质溶液电离解理论获诺贝尔化学奖。
1904-英国科学家拉姆赛因发现六种惰性所体，并确定它们在元素周期表中的位置获得诺贝尔化学奖。
1905-德国科学家拜耳因研究有机染料及芳香剂等有机化合物获得诺贝尔化学奖。
1906-法国科学家穆瓦桑因分离元素氟、发明穆瓦桑熔炉获得诺贝尔化学奖。
1907-德国科学家毕希纳因发现无细胞发酵获诺贝尔化学奖。
1908-英国科学家卢瑟福因研究元素的蜕变和放射化学获诺贝尔化学奖。
1909-德国科学家奥斯特瓦尔德因催化、化学平衡和反应速度方面的开创性工作获诺贝尔化学奖。
1910-德国科学家瓦拉赫因脂环族化合作用方面的开创性工作获诺贝尔化学奖。
1911-法国科学家玛丽·居里(居里夫人)因发现镭和钋，并分离出镭获诺贝尔化学奖。
1912-德国科学家格利雅因发现有机氢化物的格利雅试剂法、法国科学家萨巴蒂埃因研究金属催化加氢在有机化合成中的应用而共同获得诺贝尔化学奖。
1913-瑞士科学家韦尔纳因分子中原子键合方面的作用获诺贝尔化学奖。
1914-美国科学家理查兹因精确测定若干种元素的原子量获诺贝尔化学奖。
1915-德国科学家威尔泰特因对叶绿素化学结构的研究获诺贝尔化学奖。
1916-1917-1918-德国科学家哈伯因氨的合成获诺贝尔化学奖。
1919-1920-德国科学家能斯脱因发现热力学第三定律获诺贝尔化学奖。
(1921年补发)1921-英国科学家索迪因研究放射化学、同位素的存在和性质获诺贝尔化学奖。
1922-英国科学家阿斯顿因用质谱仪发现多种同位素并发现原子获诺贝尔化学奖。
1923-奥地利科学家普雷格尔因有机物的微量分析法获诺贝尔化学奖。
1924-1925-奥地利科学家席格蒙迪因阐明胶体溶液的复相性质获诺贝尔化学奖。
诺贝尔化学奖名录
诺贝尔化学奖名录诺贝尔化学奖是世界上最高荣誉的化学奖项，每年颁发给在化学领域做出卓越贡献的科学家。
自1901年设立以来，已经有许多杰出的科学家荣膺该奖项。
以下是诺贝尔化学奖获得者名录：1901年：雅各布斯·赫尔斯东1902年：赫尔曼·冯·黑尔芬1903年：西蒙·冯塔费1904年：威廉·拉姆齐1905年：亨利克·安东·洛伦兹1906年：约瑟夫·约翰·汤姆生1907年：爱德华·弗兰克1908年：恩斯特·鲁特福德1909年：威廉·欧斯特1910年：奥托·瓦拉赫1911年：玛丽·居里1912年：维克托·兰伯特1913年：阿尔弗雷德·维尔斯1914年：沃尔夫冈·奥斯特瓦尔德1915年：理查德·威尔斯坦1918年：弗里茨·哈勒1919年：卡尔·费迪南德·克兰内1920年：沃尔特·诺德豪斯1921年：弗里茨·赫兴1922年：弗朗西斯·威廉·阿斯顿1923年：弗里茨·泽尔斯1925年：理查德·阿希特1926年：波许1927年：海因里希·威廉·卡尔·鲁斯 1928年：奥德内斯·哈伯1929年：奥夫·玻尔1930年：汉斯·冯·赫尔岑贝格1931年：弗里茨·普朗克1932年：伯纳德·萨克斯1934年：哈罗德·厄普1935年：弗兰克·惠勒1936年：彼得·德拜1937年：诺曼·哈金1938年：理查德·库康1939年：保罗·克鲁特1943年：乔治·德弗里斯特1944年：奥德里希·弗洛伊德1945年：阿里斯托蒂莱·博瓦拉1946年：詹姆斯·萨默菲尔德1947年：罗伯特·罗宾逊1948年：阿德里安·伊瑟尔1949年：威廉·肖克利1950年：奥托·迈耶霍夫1951年：埃德蒙·哈欣斯基1952年：阿夫雷德·伍德华德1953年：赫曼·施莱夫1954年：林纳斯·鲍林1955年：文森特·杜邦1956年：西尔曼·伯格曼1957年：洛伊丝·格洛克纳1958年：弗雷德里克·萨克曼1959年：凯利·莫特1960年：威拉德·利卡1961年：梅尔文·卡尔文1962年：马克斯·珀鲁茨1963年：卡尔·锄礼1964年：多尔纳·拉姆齐1965年：罗伯特·伯纳德·木华 1966年：罗伯特·西蒙斯1967年：马诺哈尔·肯尼斯·尚普 1968年：拉尔夫·斯托克1969年：德里克·巴顿1970年：路易·布隆德尔1971年：格拉德斯通·弗拉克 1972年：克里斯托夫·安森 1973年：恩里科·费米1974年：保罗·弗洛里1975年：约翰·康韦1976年：威廉·利普斯科姆 1977年：伊利亚斯·柴克1978年：约翰·布恩1979年：赫伯特·布朗1980年：保罗·伯格1981年：肯尼思·奥尔斯特姆 1982年：亨利·塔夫茨1983年：罗伯特·默里1984年：罗伯特·布鲁斯特 1985年：赫尔曼·施托德林 1986年：约翰·波尔塔什1987年：查尔斯·彼得斯1988年：约翰·达夫1989年：西德尼·阿尔特曼 1990年：埃利亚斯·科里1991年：理查德·雷诺兹1992年：鲁道夫·马尔库斯1993年：基里尔·卡里里奇·肖尔 1994年：乔治·奥尔巴赫1995年：保罗·克劳泽1996年：理查德·施罗德1997年：保罗·D·博伊耳1998年：沃尔特·科恩1999年：阿哈拉·伯恩斯坦2000年：艾伦·赖奇2001年：威廉·萨莫伊尔2002年：约翰·巴德伊斯2003年：彼得·阿格雷2004年：阿龙·切奇2005年：罗伯特·格伦韦尔2006年：罗杰·库尔曼2007年：格尔哈德·艾伯2008年：奥斯汀·特劳特2009年：托马斯·施特茨勒2010年：理查德·赫克2011年：丹尼尔·谢克曼2012年：罗伯特·莱菲兰德2013年：马丁·卡普特2014年：艾里克·贺希2015年：托马斯·林德尔2016年：让-皮埃尔·索格2017年：雅克·迪比2018年：弗朗索瓦·阿诺2019年：约翰·古德诺夫2020年：艾米·阿希托夫2021年：本杰明·利斯顿这些科学家不仅在化学领域做出了杰出的贡献，也为人类的生活和健康做出了不可磨灭的贡献。
有趣的诺奖得主
有趣的诺奖得主作者：暂无来源：《发明与创新·小学生》 2018年第1期前阵子的诺贝尔奖颁奖典礼是科学界一年一度的盛典。
这个以矽藻土炸药的发明者诺贝尔的部分遗产创立的奖项，被称为学术界的“圣杯”一点也不为过。
大家都知道，这项严肃的大奖评奖程序严格，奖项超具含金量，却不知一本正经的获奖者中藏着一些有趣的家伙。
搞笑简历的主人——雅克·杜波谢2017年诺贝尔化学奖颁给了雅克·杜波谢、约阿希姆·弗兰克和理查德·亨德森，以表彰他们改进了冷冻电镜技术。
在查资料的过程中，我们发现，雅克·杜波谢在瑞士洛桑大学官网上的简历太好笑了，差点笑背过气去！这位诺奖得主的简历到底是怎样的一份简历呢？大家都来看看吧。
雅克·杜波谢教授生物物理学荣誉教授，曾任超结构分析实验室主任、电子显微镜中心主任。
1941年10月，被乐观的父母怀上。
1946年，不再怕黑了，因为太阳总会回来，哥白尼解释了这一点。
1948-1955年，瓦莱和洛桑的实验科学生涯。
1955年，瑞士沃洲第一个官方认证的失读症患者，得到了可以凡事都做不好的许可证……也理解了那些面对困难的人。
1962年，联邦成年考试。
1967年，洛桑理工大学物理学家、工程师，即将成为生物学家。
1969年，获得日内瓦分子生物学认证，成为生物物理学家。
1973年，跟随Eduard Kellenberger在日内瓦和巴塞尔做生物物理学论文。
1970-1976年，十分经典的精神分析。
1978年，担任海德堡欧洲分子生物学实验室（EMBL）小组领头人；发现如何向电子显微技术引入水；发现水的玻璃化手段，改进了冷冻电子显微镜技术。
1987年，在洛桑大学超结构分析系担任教授。
1998年，生物分部主席，与Nicole Galland 与 Pierre Hainard共同分担任务，生活在一个很多有趣的事情发生在洛桑生物系的时代。
2002年，任务结束。
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22
附表：化学奖
时间 2017 2014 2002 1999 1993 1991 1982 1964 1960 获奖技术 冷冻电子显微镜 超分辨荧光显微技术 核磁共振光谱学确定大分子三维结构 飞秒光谱 PCR 高分辨率核磁共振 (NMR) 光谱学 晶体电子显微镜 x-射线技术研究生物化学的物质的结构 carbon-14技术 获奖人 Jacques Dubochet, Joachim Frank and Richard Henderson Eric Betzig, Stefan W. Hell and William E. Moerner Kurt Wüthrich Ahmed H. Zewail Kary B. Mullis Richard R. Ernst Aaron Klug Dorothy Crowfoot Hodgkin Willard Frank Libby
2013 年 加 州 大 学 旧 金 山 分 校 （ UCSF ）程亦凡和 David Julius 的研究组首次得到膜蛋白TRPV1的 3.4Å 近原子级别的高分辨率三维 结构（Nature上）。
• 近原子分辨率的炎症复合体结构 • 30nm染色质左手螺旋高级结构 • 3.4Å的人源Y分泌酶复合物结构
Bertram N. Brockhouse Georges Charpak Gerd Binnig and Heinrich Rohrer Kai M. Siegbahn Charles Hard Townes, Nicolay Gennadiyevich Basov and Aleksandr Mikhailovich Prokhorov Karl Manne Georg Siegbahn Guglielmo Marconi and Karl Ferdinand Braun Albert Abraham Michelson
2005 2000
1994 1992 1986 1980 1964 1924 1909 1907
激光精密光谱学 用于高速和光电电子的半导 体
中子衍射技术 微粒探测器 扫描隧道显微镜 高分辨率电子光谱学 基于脉泽-激光原理的振荡器 和放大器 X 射线光谱学 无线电报 光学精密仪器
John L. Hall and Theodor W. Hänsch Zhores I. Alferov and Herbert Kroemer
16
冷冻电镜的发展是否意味着X射线晶体学时代 即将结束?
不用结晶直接解析蛋白质 结构，并达到近原子分辨率， 这无异于是一场革命。在程亦 凡看来， X射线晶体学时代现 在不会结束，将来也不会。
美国加州大学旧金山分校副教授程亦凡
17
冷冻电镜与X射线晶体学比较
• 冷冻电镜实验室培养的学生还太少，远不能满足需求。 • 目前电镜还没有像X射线晶体学那样形成流程化的操作。 • 冷冻电镜电子衍射法可以利用很小的晶体就进行结构解析。
20
未 来
• 如果能结合功能信息，确定不同构像在生物大分子或复合体 行使功能过程中的时间顺序，人们就可揭示生物大分子或复 合体执行功能的结构变化，从而从根本上阐明生物大分子的 工作机制。 • 冷冻电镜技术的突破，把结构生物学从“静态结构生物学” 变成了“动态结构生物学”，把结构和功能真正对应起来。 • 用冷冻电镜直接去看细胞里面的结构。
1959
1948 1936
极谱分析方法
电泳和吸附分析 气体中 X 射线和电子的衍射
Jaroslav Heyrovsky
Kaurin Tiselius Petrus (Peter) Josephus
1931
1923 1922
化学高压方法
有机物质的微量分析方法 质谱仪, 同位素,
Carl Bosch and Friedrich Bergius
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未 来
• 冷冻电镜技术革命还将开启巨大的潜在医疗价值。冷冻电镜 技术方法在时间和精度方面的大幅度提高有时会导致不可预 测的重大科学和应用价值。 • 活体病毒结构分析如果可以在分钟级别完成，这将有可能转 化为潜在的医疗检测手段： 从病人体内抽取血样或感染组织细胞，几分钟以后，非常清 晰明了地展现病人在细胞内部结构层面的异常状况，甚至给 出局部的原子结构图，从而给出精准的治疗方案。
电子分辨率图像所需的强烈电子 束流会破坏生物材料样品 强度降低 成像质量下降
需要真空腔，这样的环境使生物分 子周围的水会迅速挥发，导致结构 崩塌 寻找新的成像技术
5
突 破
• 1968 年，剑桥大学 MRC 分子生物学实验室， Aron Klug 和 DeRosier 在 Nature 上发表了一篇关于利用电子显微镜照片 重构噬菌体病毒尾部三维结构的论文，提出并建立了电子显 微三维重构的一般概念和方法。Aron Klug因此获得1982年 诺贝尔化学奖。 • 1974 年，加州大学伯克利分校的 Robert Glaeser 和他学生 Ken Taylor 首次提出冷冻电镜，并测试了冷冻含水生物样品 的电镜成像，目的在于降低高能电子对分子结构的损伤，并 因此实现高分辨成像。 —— 冷冻电镜的雏形 6
24
附表：生理或医学奖
时间
2013 1979
获奖技术
磁共振成像 计算机辅助断层扫描技术
获奖人
Paul C. Lauterbur and Sir Peter Mansfield Allan M. Cormack and Godfrey N. Hounsfield
25
谢谢观看
TRPV1蛋白的三维结构
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冷冻电镜应用的迅猛发展
（a）不同年份中利用冷冻电镜单颗粒重构技术能够达到的最高分辨率 （b）通过冷冻电镜技术进行的研究成果在不同杂志上发表的论文数
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冷冻电镜+清华大学=CNS
2015年8月21日，施一公团队在《科学》（Science）同时 在线发表了两篇研究长文，《3.6埃的酵母剪接体结构》和 《前体信使RNA剪接的结构基础》。文章介绍了通过单颗粒 冷冻电子显微技术（冷冻电镜）解析的酵母剪接体近原子分 辨率的三维结构。 14
冷冻电镜
X射线单晶衍射仪
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冷冻电镜技术的优点
• 第一，不需要结晶，研究对象范围大大扩展，研究速度大大 提高。 • 核糖体从上世纪 80 年代初首次长出晶体到 2000 年左右最 终拿到原子分辨率结构整整经历了20年； • 利用冷冻电镜技术，一周时间就可以解析一个新的核糖体 结构； • 线粒体呼吸链复合物I从上世纪90年代初研究，第一次报道 完整晶体结构大约是20年以后。 • 冷冻电镜方法跳过超大分子复合物结晶难的这层技术屏障， 以直接解析复合物的溶液状态的结构为目标。
冷冻电镜的发展就像是 一场猛烈的革命
这项技术将生物化学带入一个崭新时代。
b
a 一种控制昼夜节律 的蛋白质复合体 （2017年诺贝尔生理 及医学奖）
B 一种可感知耳中压 力变化、使人听到声 音的蛋白质
c 寨卡病毒 （自2015年确诊第一例以 来，全球范围内超过150 万人被感染）
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冷冻电镜发展中的里程碑
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冷冻电镜技术的优点
• 样品需求量小，样品制备快，可重复性高。 • 可以研究天然的、动态的结构。 • 直接解析天然的、溶液态的、动态的（dynamic），甚至 原位(in situ)的结构，从而理解生命分子如何在空间和时 间两个尺度上以活的动态的方式发挥功能。
• 晶体学只能尝试不同的条件获得生物大分子某个或者某些 固定的状态，而且容易出现晶体堆积引起的不真实相互作 用方式。形象地说，冷冻电镜可以制作完整的高清电影， 晶体学只能从电影里截屏。
2017年度诺贝尔化学奖
——冷冻电镜技术
PPT制作： 云南大学生命科学学院2017级研究生
The Nobel Prize in Chemistry 2017
Jacques Dubochet
Joachim Frank
Richard Henderson
"for developing cryo-electron microscopy for the highresolution structure determination of biomolecules in solution". 1
缺陷
X射线晶体衍射 核磁共振
需要将纯化后的生物样品 进行晶体生长
能解析在溶液状态下的蛋 白质结构
晶体生长时间久 复杂的大分子物质难以获 得晶体
蛋白质在溶液中往往结构 不稳定而难以获取稳定的 信号
难以提取到关于蛋白质动态下的有价值信息 4
另一种方式：电子显微镜
电子显微镜能够分辨 非常微小的结构
传统显微镜 —— 一束光线
Fritz Pregl Francis William Aston
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附表：物理奖
时间 2017 2013 2009 获奖技术 LIGO 探测器 大型强子对撞机 通信光纤传输 获奖人 Rainer Weiss, Barry C. Barish and Kip S. Thorne François Englert and Peter W. Higgs Charles Kuen Kao
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诺奖级助手终获诺奖
特点 ：不需要结晶且需要的 样品量极少，即可迅速解析 大型蛋白复合体原子分辨率 三维结构 直接电子相机 两个关键技术 三维重构软件 终获2017年诺贝尔化学奖 2015 年《自然》杂志旗下子 刊 Nature Methods 将 冷 冻 电镜技术评为年度最受关注 的技术。
实至名归
Jacques Dubochet
亨德森
用葡萄糖保护 （不能普遍使用）
对生物样品进行玻璃化
迪波什
重要贡献：在真空环境下使 生物分子保持自然形状
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冷冻电镜技术
样品冷冻
保持蛋白溶液态 结构