標題: 生物化學的重要里程碑 [打印本頁] 作者: linkaicheng 時間: 2009-3-10 20:24 標題: 生物化學的重要里程碑 [size=12pt][/size]
[font=宋體][size=12pt]最近幾年來，人類基因組圖譜、水稻基因組草圖以及其他一些生物基因組圖譜破譯成功后，生命科學和生物技術進入后基因組時代。這一時代的重點課題是破譯基因的功能，破譯蛋白質的結構和功能，破譯基因怎樣控制合成蛋白質，蛋白質又是怎樣發揮生理作用等。在這些課題中，判定生物大分子的身份，[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]“[/font][/size][font=宋體][size=12pt]看清[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]它們的結構非常重要。而在這一方面做出杰出貢獻的化學家就不得不說[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]2002[/font][/size][font=宋體][size=12pt]年獲得諾貝爾化學獎的三位科學家[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]一位是來自美國的科學家約翰[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]-B-[/font][/size][font=宋體][size=12pt]芬恩[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]一位是來自日本科學家田中耕一[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]還有一位是來自瑞士科學家庫特烏特里希[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size]
[font=宋體][size=12pt]約翰[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]-B-[/font][/size][font=宋體][size=12pt]芬恩和田中耕一獲獎的原因是在生物高分子大規模光譜測定分析中發展了軟解吸附作用電離作用[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]而來自瑞士的庫特[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]-[/font][/size][font=宋體][size=12pt]烏特里希獲獎的原因是以核電磁共振光譜法確定了溶劑的生物大分子三維結構[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size]
[font=宋體][size=12pt]在[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]19[/font][/size][font=宋體][size=12pt]世紀末已經有科學家奠定了質譜分析法的基礎[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],1912[/font][/size][font=宋體][size=12pt]年科學家第一次利用質譜法獲得了對分子的分析結果[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]在質譜分析領域[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]已經出現了幾項諾貝爾獎成果[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]其中包括氫同位素氘的發現和碳[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]60[/font][/size][font=宋體][size=12pt]的發現[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]不過[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]最初科學家只能將它用于分析小分子和中型分子[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]由于生物大分子比水這樣的小分子大成千上萬倍[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]因而將這種方法應用于生物大分子難度很大[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size]
[font=宋體][size=12pt]盡管相對而言生物大分子很大[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]但它們在我們看來卻是非常小的[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]比如人體內運送氧氣的血紅蛋白公有千億億分之一克[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]怎么測定單個生物大分子的質量呢[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]?[/font][/size][font=宋體][size=12pt]科學家在傳統的質譜分析法基礎上發明一種新方法[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]:[/font][/size][font=宋體][size=12pt]首先將成團的生物大分子拆成單個的生物大分子[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]并將其電離[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]使之懸浮在真空中[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]然后讓它們在電場的作用下運動[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]不同質量的分子通過指定距離的時間不同[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]質量小的分子速度快些[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]質量大的分子速度慢些[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]通過測量不同分子通過指定距離的時間[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]就可計算出分子的質量[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size][font=宋體][size=12pt]但這種方法的難點在于生物大分子比較脆弱[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]在拆分和電離成團的生物大分子過程中它們的結構和萬分很容易被破壞[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]為了打掉這只[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]攔路虎[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”,[/font][/size][font=宋體][size=12pt]約翰[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]-B-[/font][/size][font=宋體][size=12pt]芬恩與田中耕一發明了殊途同歸的兩種方法[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]約翰[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size][font=宋體][size=12pt]芬恩對成團的生物大分子施加強電場[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]田中耕一則用激光轟擊成團的生物大分子[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]這兩種方法都成功地使生物大分子相互完整地分離[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]同時也被電離[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]它們的發明奠定了科學家對生物大分子進行進一步分析的基礎[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size]
[font=宋體][size=12pt]如果說這兩種成果解決了[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]看清[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]生物大分子[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]是誰[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]的問題[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]那么第二項成果則解決了[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]看清[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]生物大分子[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]是什么樣子的[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]問題[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size]
[font=宋體][size=12pt]第二項成果涉及核磁共振技術[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]科學家在[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]1945[/font][/size][font=宋體][size=12pt]年發現磁場中的原子核會吸引一定頻率的電磁波[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]這就是核磁共振現象[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size][font=宋體][size=12pt]由于不同的原子核吸收不同的電磁波[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]因而通過測定和分析被測物質對電磁波的吸收情況可以判定它含有哪種原子[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]原子之間的距離多大[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]并據些分析出它的三維結構[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]這種技術已經廣泛地應用到醫學診斷領域[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size][font=宋體][size=12pt]不過[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]最初科學家只能將這種方法用于分析小分子的結構[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]因為生物大分子非常復雜[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]分析起來難度很大[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]瑞士科學家庫樂特[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size][font=宋體][size=12pt]維特里希發明了一種新方法[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]這種方法的原理可以用測繪房屋的結構來比喻[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]:[/font][/size][font=宋體][size=12pt]首先選定一座房屋的所有拐角作為測量對象[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]然后測量所有相鄰拐角間的距離和方位[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]據此可以推知房屋的結構[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]維特里希選擇生物大分子中的質子[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]([/font][/size][font=宋體][size=12pt]氫原子核[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman])[/font][/size][font=宋體][size=12pt]作為測量對象[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]連續測定所有相鄰的兩個質子間的距離和方位[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]這些數據經過計算機處理后可形成生物大分子的三維結構圖[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size]
[font=宋體][size=12pt]這種方法的優點是可對溶液中的蛋白質進行分析[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]進而可對活細胞中的蛋白質進行分析[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]能獲得[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]活[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]”[/font][/size][font=宋體][size=12pt]蛋白質的結構[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]其意義非常重大[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].1985[/font][/size][font=宋體][size=12pt]年[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]科學家利用這種方法第一次繪制出蛋白質的結構[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]目前[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]科學家已經利用這一方法繪制出[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman]15-20%[/font][/size][font=宋體][size=12pt]的已知蛋白質的結構[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size]
[font=宋體][size=12pt]科學總是充滿奧妙而神奇的[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]這三位科學家為我們在生物大分子乃至人類生命的探索鋪開了道路[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]在未來的幾十年內[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]生物技術與化學技術的結合將會越來越緊密[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman],[/font][/size][font=宋體][size=12pt]很可能會成為繼信息技術之后推動經濟發展和社會進步的主要動力[/size][/font][size=12pt][font=Times New Roman].[/font][/size]作者: pigswine 時間: 2009-5-26 14:43
太高深了，有點看不明白啊！