201x年诺贝尔化学奖.ppt

2017年度诺贝尔化学奖 ——冷冻电镜技术
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云南大学生命科学学院2017级研究生
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The Nobel Prize in Chemistry 2017
Jacques Dubochet
Joachim Frank
Richard Henderson
"for developing cryo-electron microscopy for the high-resolution structure determination of biomolecules in solution".
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科学背景
结构生物学
冷冻电镜
cryo-EM
核磁共振
NMR
X射线晶体学
X-ray
crystallography
科技创新驱动学科发展
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核磁共振（NMR）
生物大分子结构解析的技术
结构
功能
生物分子的原子排布
蛋白功能
X射线晶体衍射
蛋白质数据库的十万多条蛋白词目里，超过90%的蛋白结构是利用X射线晶体衍射技术得到的
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缺 陷
X射线晶体衍射
需要将纯化后的生物样品进行晶体生长
晶体生长时间久
复杂的大分子物质难以获得晶体
难以提取到关于蛋白质动态下的有价值信息
核磁共振
蛋白质在溶液中往往结构不稳定而难以获取稳定的信号
能解析在溶液状态下的蛋白质结构
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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
电子显微镜 —— 一束电子束流
局限
获得高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
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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
突 破
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成功地使用电子显微镜得到了原子层面分辨率的蛋白质三维结构图像，有力证明了用电子显微镜进行生物分子成像的潜力。
细菌视紫红质三维立体结构图像（7Å）
原子级分辨率的细菌视紫红质结构
Richard Henderson
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冷冻电镜单颗粒分析的鼻祖
完成单颗粒三维重构算法及软件Spider
冷冻电镜发展的基础
Joachim Frank
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重要贡献：在真空环境下使生物分子保持自然形状
亨德森
用葡萄糖保护
（不能普遍使用）
迪波什
对生物样品进行玻璃化
Jacques Dubochet
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