有机狗眼里的诺贝尔理综奖

每年国庆假期,科学界都要发生一些大事,比如诺贝尔奖的颁发

而作为一只有机狗,我最关心的当然是诺贝尔化学奖啦

2017 年诺贝尔化学奖获得者:瑞士洛桑大学 Jacques Dubochet、美国哥伦比亚大学 Joachim Frank 和英国剑桥 MRC 分子生物学实验室 Richard Henderson

然而

这是一个发给了物理学家的诺贝尔化学奖,奖励他们帮助了生物学家

确实,三位获奖者中有两位物理学家,剩下的一位是生物学家,似乎真的没有化学什么事了

有机狗的无奈

不过,言归正传,作为一只专业的有机狗,当然要聊点正事了。

接下来我们就从“冷冻”和“电镜”两个方面来聊聊所谓冷冻电镜到底是怎么回事吧

首先是冷冻

说到冷冻,就必然涉及到为什么要冷冻,以及怎么冷冻了

为什么要冷冻

冷冻电镜又名低温电子显微镜,而显微镜就是用来观察那些极其微小的物质的

那什么学科最需要观察微小物质呢?当然是生物学了,尤其需要观察蛋白质的结构,毕竟结构决定性质嘛,生物学家想知道的是蛋白质在生物体内的结构从而研究其功能

蛋白质的分子结构

虽说蛋白质号称是大分子,分子量也动不动就成千上万,但即便这样,传统的显微镜也是很难观察到蛋白质的结构的

因为蛋白质作为功能物质,在生物体内是不断运动,不断变换形态的,等到我们把它取出体外时,早已不是我们需要的结构了。

怎么冷冻

这时候就需要冷冻,而且是快速冷冻技术了,5毫秒内把蛋白质冻住,而且还不破坏蛋白质结构,具体操作如下

首先把蛋白质配成溶液

将配置好的溶液加入电镜样品板(电镜微栅)上,按照电镜的要求进行样品制备
将上述微栅迅速浸入用液氮冷却的液态乙烷中


冷冻过程就完成啦

然后是电镜

电是电子的电,镜是显微镜的镜,电镜就是电子显微镜啦。

之所以叫电子显微镜,是因为它是通过电子来工作的

我们常见的光学显微镜通过光来工作,但是我们能看到的最小尺寸是探测波的二分之一波长,然而奈何蛋白质结构太精细,普通的波波长都太长了

看到这里你应该想到了,普通的波不行,那就用电子啊

我们将超低温冷冻的样品放入电子显微镜,用高度相干的电子照射样品,电子穿透样品和附近冰层并被散射,探测器将散射信号转化为放大图像并记录下来

电子照射


然而,作为使用过显微镜的人,我们都知道,显微镜下的图像都是二维的,而科学家分析结构需要的是三维立体图像,怎么办呢?

我们可以先获得各个方向上的上千张二维图像,再经过强大的计算机软件来将这上千张二维图像还原成三维

三维还原

这样就能得到蛋白质的三维结构啦,是不是很厉害呢?

冷冻电镜的重大意义

我们都知道,现代物理学发展有两个极端的方向——把尺度放得很大很大,即天体物理学;把尺度缩到很小很小,即量子物理学。

其实今年的诺贝尔化学奖和物理学奖正好对应了这两个方面

引力波探测器是一个用来看巨大质量物体的望远镜
冷冻电镜是一个用来看超级小物体的显微镜

说来说去,一直在说生物学和物理学,果然是诺贝尔理综奖

写在最后的话

在理综的三个科目中,化学其实算是物理学和生物学的连接学科

研究化学,总要有点实际应用吧,把化学知识运用到药物分子的研发上,就很自然地跨界到了医学领域,于是就有很多医生和生物学家获得了诺贝尔化学奖。

而当我们深入去探究物质反应的原理,就跨界到了物理学领域,于是又有许多物理学家获得了诺贝尔化学奖。

如今科学的边界正变得越来越模糊,就像演员们纷纷跨界当导演一样,社会越来越需要跨界人才。

图片发自简书App

如果在一群技术水平差不多的程序员中,有一个擅长演讲,那他几乎铁定就是这群程序员的领导了。

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