冷冻电镜技术荣获诺贝尔化学奖

<正>雅克·杜博歇、约阿希姆·弗兰克和理查德·亨德森因发展了生物分子成像技术分享了2017年诺贝尔化学奖。2017年诺贝尔化学奖授予了帮助科研人员看清生物分子的冷冻电镜技术。10月4日,雅克·杜博歇(Jacques Dubochet)、约阿希姆·弗兰克(Joachim Frank)、理查德·亨德森(Richard Henderson)因对冷冻电镜技术(cryo-EM)     

冷冻电镜：四十年风雨无阻路终得云开见月明——2017年诺贝尔化学奖简介

电子显微镜强大的分辨能力能帮助人类展示微观世界的细节,在生命科学领域有着广泛的用途。但是,由于生物样品无法承受电子束的辐照损伤,电镜技术一直很难在生物样品上获得高分辨率信息。冷冻电镜技术的诞生以及近几年的分辨率革命开启了一个利用电镜技术解析生物分子结构的新纪元,该技术的几位先驱科学家也因此获得了2017年的诺贝尔化学奖。本文简要回顾了电镜三维重构技术和冷冻技术的历史和发展现状,并对未来作出展望。     

衣藻基体中存在类中间纤维构成的笼状结构

衣藻是原始的单细胞的真核生物,具有两条等长的鞭毛,在鞭毛的根部是由九组三联微管组成的细胞器,称做基体.基体与中心粒(centriole)是同源器官,是形成鞭毛和胞质中微管的中心.基体有自己的DNA分子((6—9)×10~8hp),存在于基体的腔内.我们采用选择性抽提结合整装制片电镜技术,在衣藻基体(basal pody)中观察到10nm纤维构成的结构,以哺乳动物角蛋白抗体进行免疫荧光观察,在衣藻基体处有阳性结果.     

微纳米马达研究的多学科交叉

<正>宏观世界中,马达的发明和驱动给我们的日常生活带来了翻天覆地的变化.同样,在微观世界中,微纳米马达的研制成功和实际应用也将给人类带来革命性的变革.受益于微纳米制造技术的快速发展,我们得以窥见通过操控原子、分子和纳米材料制备微纳米机器的可能性.2016年,Jean-Pierre Sauvage,Sir J.Fraser Stoddart和Bernard L.Feringa三位科学家因设计和合成出分子机器而被授予诺贝尔化学奖.这在某种程度上表明包括     

激光刹住原子运动

原子是构成宏观物质的砖块,要刹住原子运动,异乎寻常地困难。常温下,在我们呼吸的空气中,原子以每秒五百米的速度杂乱地猛冲;只有在接近绝对零度的低温时,原子运动的速度才减至步行速度。然而,最近美国物理学家已成功地利用激光,捕获了一小簇原子,几乎使它们静止下来,持续仅一、二秒钟。二十多年来,科学家对减速原子运动直至完全静止这种可能性抱有兴趣。静止原子的收集将给原子物理中某些基础领域的研究提供有价值的方法;对静止原子的测量,可获得准确的原子特征参数,而原子运动通常会使这些参数的测量变得模糊。这种设想的基本思想很象捕捉野兽:先使猎物放慢脚步,诱其掉进陷阱,使其动弹不得。对原子来说,适合的陷阱可以想象为“洞”——正确地说是“井”——它在空间上囚禁原子;只有那些有足够大的能量的原子才能跳出“井”,得以逃掉。用这种方式捕获原子的困难在于:相对于常温下高速运动的原子的能量,实际的陷阱是很浅的。然而去年,美国两个物理学家小组首次使原子的速度减至每秒几米,相当于原子在0.1k以下的运动速度。研究者们做到这点,不是靠传统的低温法,而是让原子与激光束的光子(光的“微粒”)碰撞使原子失去能量,从而降低原子的运动速度。这些成果显示了捕获原子的可能性。此后不久,由马里兰的国立标准处和斯东尼布鲁克的纽约州立大学     

分子遗传学首次进入精神病研究领域

由麻省理工学院、迈阿密大学医学院和耶鲁大学医学院的研究者们组成的研究小组最近首次发现了人类躁狂性抑郁症的遗传标记因子,这段DNA分子是与其相邻的躁郁症基因一起遗传的。这是首次发现的精神病遗传标记因子,研究者们试图由此进一步弄清躁狂性抑郁症的生化基础,并寻找新的治疗方法。因此他们认为这项研究具有划时代的意义。     

奇妙的微观世界

我们生活着的这个世界,可分三个层次:宇观、宏观和微观世界。人的感官只能感受到人们居住着的宏观世界;对宇观世界,我们的视线所不及,那是一个动辄几十万光年的区域;而对微观世界,则又看不见,那里活跃着组成我们宏观世界的砖块——分子、原子、亚原子、粒子。借助现代技术手段,我们能看清金属表面的原子结构,不过对微观世界特性的了解,还得依赖于20世纪初建立起来的量子理论。上个世纪出现的两大物理理论:量子论和相对论(前者描绘微观世界,后者则为宇观世界),为现代科技奠定了理论基础。量子论告诉我们的微观世界,实在令人惊讶!例如波粒两象…     

太空中的可疑分子

星际气体和尘埃在银河系内的分布是很不均匀的,有的地方很稀薄,有的地方却很稠密。最有趣的是,本世纪以来,天文学家运用光谱学在稠密的星际气体尘埃云里,发现了许多化合物的分子,到1980年止,已发现有55种之多,其中有12种是无机分子,43种是有机分子。有机分子大多由3至9个原子组成,个别的由11个原子组成。在太空中竟有这么多复杂的有机物存在,使科学家们感到非常吃惊。     

现代分子光谱学的鼻祖格哈特·赫茨伯格(1904～1999)

今年3月3日去世的G·赫茨伯格(Gerhard Herzberg)是一位世界级的著名分子光谱学家.分子发射和吸收的大量的各种波长的光,可以提供有关原子在分子中的排列,连接原子的化学键的特征,以及控制这些化学键的电子相互作用等的极其大量的富含内容的知识.深入到分子内部洞察化学键在化学反应中是如何组成或断裂,是了解物理学、天体物理学、化学、材料科学、生物学和医学中各种现象的关键.研究出一种方法来观察和破译分子谱图一直是一项工程浩大的任务,其中赫茨伯格在最近的60年中一直起着领导作用.     

原子及分子簇化学引论

原子及分子簇化学引论中国科学院化学研究所博士冯万勇１引言原子及分子簇（ｃｌｕｓｔｅｒ）是指由二个或二个以上原子、分子，或原子和分子组成的聚集体（以下简称团簇）。其原子或分子的数目从２到几千范围内。团簇的定义，通常认为其是中性或电离的由化学或物理键合而...     

欧美科学家使用飞秒X射线激光检测一氧化碳氧化反应的过渡态

<正>我们赖以生存的物质世界是由原子组成的,原子按照自然法则结合成种类和功能特别丰富的分子.然而,分子中的原子与其他原子相互结合形成新分子并非一蹴而就,往往需要克服被称为势垒的障碍,障碍的最高点被称为过渡态.如图1所示,一氧化碳分子中的碳原子(C)与吸附在固体表面的氧原子(O)接近时,经历过渡态(OL CO)则形成二氧化碳分子(CO2).过渡态将新分子(产物)与旧分子(反     

生活在物质世界多幸运

世界是物质的 勿庸置疑,我们能够感知的世界是由物质组成.即世界上的万物,从大的星系、星云、太阳、行星,到小的陨石、树木、动物及微生物,均由物质组成.物质则是由分子组成,分子由原子组成,原子内部有原子核与电子,原子核是由中子与质子组成.现在人类发现的最基本物质结构是夸克,即所有物质最终都是由夸克和轻子组成.     

奇妙的分子机器

让原子按人的意旨排列分子机器的原理并不复杂,用一句话来说,就是要让原子按人的意旨排列。原子的排列方式从来就是区分贵贱、区别健康和疾病的标记。煤和金刚石都由碳原子组成,只是其排列的方式不同而已,而健康的身体里长出了癌,也是因为原子排列的方式发生了变化!人类在原子排列方面所做的工作历史悠久,从原始社会的凿制石斧到今天,我们不仅能冶炼和加     

显微镜里的黑科技——冷冻电镜

正2017年的诺贝尔奖颁给了冷冻电镜技术,什么是冷冻电镜?它在分子生物物理学领域产生了哪些技术革命?想要了解冷冻电镜,先要从它的祖先显微镜说起。说到显微镜就不能不提到伟大的罗伯特·胡克(Robert Hooke)。胡克的显微镜与《显微图谱》胡克是一位牧师的儿子,少年时进入伦敦威斯敏斯特公学学习,随后进入了牛津大学,     

粒子物理现状和前景(上)

构成微观世界的基本组分和基本力 在20世纪早期，就已经确立了所有物质都是由基本组份——原子组成的理论。直到今天，物理学研究还保持追寻物质基本单元的观念。然而，关于构成物质的基本组份的认识，这100年间在不断发展。原子一开始它自己就成了它不是基本组份的证据，而更像是具有亚结构的物体：它们是由很小的原子核和围绕它的电子壳组成的(日益强大的粒子加速器使我们能更详     

低温冷冻欺骗死亡

<正>低温生物学家希望纳米技术有一天能令冷冻人体复活的梦想成真。纳米技术可以利用显微机器操单个原子,构建或修复人体细胞和组织。相信未来的纳米技术不仅能修复冷冻过程造成的细胞损伤,还能修复老化和疾病造成的细胞损害。一些低温生物学家甚至预测,第一例人体冷冻复苏者有可能出现于2045年。     

30 nm染色质纤维高级结构的研究进展

真核生物的遗传物质DNA以染色质形式通过逐级折叠压缩存在于细胞核中。DNA缠绕组蛋白八聚体形成核小体,相邻的核小体由连接DNA串联起来形成染色质的一级结构：核小体串珠结构(beads-on-a-string)。一级结构进一步折叠形成30 nm染色质纤维。近30多年来,30 nm染色质纤维高级结构的解析一直是困扰分子生物学家们的一大难题。研究者利用电镜和X射线晶体学等生物物理学方法对30 nm染色质纤维结构进行研究,提出30 nm结构的两大模型：螺线管(solenoid)模型和Z字结构(zig-zag)模型。笔者综述了30 nm染色质纤维结构解析方面的研究进展,并着重阐述最近利用冷冻电镜方法解析的30 nm染色质结构,即以四个核小体为结构单元的左手双螺旋结构模型,最后对30 nm染色质纤维在体内是否存在,以及它在表观遗传调控中可能发挥的重要作用等问题进行了讨论和展望。     

团簇的化学特征

团簇(cluster)是指由两个或两个以上的原子或分子组成的,或原子和分子混合组成的聚集体。10多年来,对团簇的研究表明:它具有不同于气态、也不同于凝聚态的一些奇特性质。一门新的边缘学科——团簇科学,正在形成。     

分子束外延硒化铁薄膜的超导电性

铁基超导体是继铜氧化合物高温超导体之后于2008年被发现的一类新型高温超导材料.在所有铁基超导体中,β-Fe Se因具有最简单的化学组分和结构而被认为是探索超导机制的理想体系.借助于半导体工业中成熟的分子束外延生长技术,研究者实现了对Fe Se超导薄膜生长、形貌和组分在原子水平上的精确控制,并在此基础上深入研究了其超导性质.最近研究者又把Fe Se薄膜的分子束外延生长拓展到Sr Ti O3(001)衬底,发现单层Fe Se/Sr Ti O3体系的超导转变温度有超过77 K的迹象.这些研究成果为解决高温超导体的配对机制以及进一步提高超导转变温度提供了全新的途径和思路,引起高温超导和材料科学等领域的广泛关注.     

格哈特·赫茨伯格(1904～1999)

今年3月3日去世的G·赫茨伯格（GerhardHerzberg）是一位世界级的著名分子光谱学家。分子发射和吸收的大量的各种波长的光,可以提供有关原子在分子中的排列,连接原子的化学键的特征,以及控制这些化学键的电子相互作用等的极其大量的富含内容的知识。深入到分子内部洞察化学键在化学反应中是如何组成或断裂．是了解物理学、天怀物理学、化字、材料科字、生物字和区字甲谷种现象的关键。研究出一种方法来观察和破译分子谱图一直是一项工程浩大的任务,其中赫茨伯格在最近的周年中一直起着领导作用。赫茨伯格lgu年圣诞节出生于德国的汉堡…