文卡的辦公室也顯示出主人的樸素,那是擺滿瓶瓶罐罐的實驗室角落伸出去的一間小屋,目測麵積不足10平方米。房間裏的主要陳設是一張環形辦公桌,桌上除了一台電腦就是大堆的資料,文卡就是在這個小天地裏怡然自得地工作。
諾貝爾獎為文卡帶來巨大聲望。剛剛跟他走進實驗室,便聽見一名工作人員說:“文卡,印度總理希望跟你通電話。”頓時和同事麵麵相覷。沒想到文卡並不激動。談到對未來的打算,文卡說:“我希望能夠進一步了解核糖體的功能,探索人類等高級生物體內的核糖體與細菌核糖體有何不同,還有許多艱巨的工作需要做。”
科普解讀
核糖體
核糖體又叫做核糖核蛋白體或核蛋白體,是細胞中的一種細胞器,細胞中都有核糖體存在。一般而言,原核細胞隻有一種核糖體,而真核細胞具有兩種核糖體(其中線粒體中的核糖體與細胞質核糖體不相同)。
核糖體在細胞中負責完成“中心法則”裏由RNA到蛋白質這一過程,此過程在生物學中被稱為“翻譯”。在進行翻譯前,核糖體小亞基會先與從細胞核中轉錄得到的信使RNA(messenger RNA,簡稱mRNA)結合,再結合核糖體大亞基構成完整的核糖體之後,便可以利用細胞質基質中的轉運RNA(transfer RNA,簡稱tRNA)運送的氨基酸分子合成多肽。當核糖體完成對一條mRNA單鏈的翻譯後,大小亞基會再次分離。
核糖體具有無膜結構,主要由蛋白質(40%)和RNA(60%)構成。核糖體按沉降係數分為兩類,一類(70S)存在於細菌等原核生物中,另一類(80S)存在於真核細胞的細胞質中。他們有的漂浮在細胞內,有的結集在一起。
諾貝爾獎評委會介紹,三位科學家都采用了X射線蛋白質晶體學的技術,標識出了構成核糖體的成千上萬個原子。這些科學家們不僅讓我們知曉了核糖體的“外貌”,而且在原子層麵上揭示了核糖體功能的機理。“認識核糖體內在工作的機理,對於科學理解生命非常重要。這些知識可以立刻應用於實際。”
基於核糖體研究的有關成果,可以很容易理解,如果細菌的核糖體功能得到抑製,那麼細菌就無法存活。在醫學上,人們正是利用抗生素來抑製細菌的核糖體從而治療疾病的。評委會說,三位科學家構築了三維模型來顯示不同的抗生素是如何抑製核糖體功能的,“這些模型已被用於研發新的抗生素,直接幫助減輕人類的病痛,拯救生命”。
諾貝爾化學獎2010年
獲得者:根岸英一
獲獎原因:對有機合成中鈀催化偶聯反應的研究
催化反應的“媒婆”
人物故事
結緣中國
根岸英一1935年7月14日出生於中國長春,雖然當時是日偽占據時期,但是根岸英一的童年是在中國東北度過的,他把中國比作他的另一個家鄉。後來,根岸英一在日本的普渡大學畢業,成為一名化學家,在大學擔任教師,他一心培養科技人才,在他的教育下,有很多日本學生和中國留學生都相繼成才。他認為中國的學生最勤奮最聰明,在他任教期間,有80%的課題是中國留學生做出來的。我國現在的麻生明教授(2005年被評為中國科學院院士),朱鋼國教授(浙江師範大學教授)都是根岸英一的學生。
2014年2月亞洲知識峰會於香港隆重舉行,根岸英一和其他三位諾貝爾獎得住在大會上從科學創新、技術發展、宗教哲學、文化藝術四大方麵舉辦聯合論壇。根岸英一對香港的青年做了長達兩天的講座,透過近距離的交流對話與各界領袖及香港學子一同分享其科研成果及個人經驗,傳遞諾貝爾精神,為香港灌輸正能量。
科普解讀
鈀催化反應
為製造複雜的有機材料,需要通過化學反應將碳原子集合在一起。但是碳原子在有機分子中與相鄰原子之間的化學鍵往往非常穩定,不易與其他分子發生化學反應。以往的方法雖然能令碳原子更加活躍,但是,過於活躍的碳原子卻又會產生大量副產物,而用鈀作為催化劑則可以解決這個問題。鈀原子就像“媒人”一樣,把不同的碳原子吸引到自己身邊,使碳原子之間的距離變得很近,容易結合——也就是“偶聯”。這樣的反應不需要把碳原子激活到很活躍的程度,副產物比較少,因此更加精確而高效。赫克、根岸英一和鈴木章通過實驗發現,碳原子會和鈀原子連接在一起,進行一係列化學反應。這一技術讓化學家們能夠精確有效地製出他們需要的複雜化合物。
瑞典皇家科學院表示,科學家已經使用鈀催化交叉偶聯反應人工合成了最開始在海綿中發現的抗癌藥物,目前,科學家已經開始進行臨床測試。而且,科學家也使用該方法製造出了新的抗體和許多其他有用的藥物,包括抗炎鎮痛藥物萘普生(NAPROXEN)等等。
如今,“鈀催化交叉偶聯反應”被應用於許多物質的合成研究和工業化生產。例如合成抗癌藥物紫杉醇和抗炎症藥物萘普生,以及有機分子中一個體格特別巨大的成員——水螅毒素。科學家還嚐試用這些方法改造一種抗生素——萬古黴素的分子,用來滅有超強抗藥性的細菌。此外,利用這些方法合成的一些有機材料能夠發光,可用於製造隻有幾毫米厚、像塑料薄膜一樣的顯示器。科學界一些人士表示,依托“鈀催化交叉偶聯反應”,一大批新藥和工業新材料應運而生,這三名科學家的科研成果如今已經成為支撐製藥、材料化學等現代工業文明的巨大力量。
諾貝爾化學獎2011年
獲得者:達尼埃爾·謝赫特曼
獲獎原因:準晶體的發現
獨具一格的準晶體
人物故事
是金子總會發光
謝赫特曼1941年出生於以色列的特拉維夫,是一位理論物理學家,現為以色列工學院工程材料係教授。在獲得諾貝爾獎之前,謝赫特曼已經拿過了很多科學獎項,可以說隻差諾貝爾獎了。
1982年4月8日,41歲的謝赫特曼正在美國霍普金斯大學從事研究工作,他發現的“準晶體”原子結構打破了傳統晶體內原子結構必須具有重複性這一黃金法則,在科學界引起軒然大波。來自主流科學界、權威人物的質疑和嘲笑不斷向他湧來。他自己說:“我被趕出了自己所在的研究團隊,同事們說我的研究讓他們蒙羞。”謝赫特曼回憶說,“對此,我並不在意,我深信自己是對的,他們是錯的。”
但謝赫特曼並不灰心,他認為是金子總會發光,真理終究會被大眾所認同。
後來,謝赫特曼回到以色列並和一名同事攜手撰寫文章描述他的發現。這篇文章剛開始也沒有逃脫被拒絕的命運,最終於1984年11月麵世,才被科學權威認可。
科普解讀
準晶體
準晶體,亦稱為“準晶”或“擬晶”,是一種介於晶體和非晶體之間的固體結構。物質的構成由其原子排列特點而定。原子呈周期性排列的固體物質叫做晶體,原子呈無序排列的叫做非晶體,介於這兩者之間的叫做準晶體。準晶體的發現,是20世紀80年代晶體學研究中的一次突破。在準晶的原子排列中,其結構是長程有序的,這一點和晶體相似;但是準晶不具備平移對稱性,這一點又和晶體不同。普通晶體具有的是二次、三次、四次或六次旋轉對稱性,但是準晶的布拉格衍射圖具有其他的對稱性,例如五次對稱性或者更高的六次以上對稱性。
1982年4月8日,謝赫特曼首次在電子顯微鏡下觀察到一種“反常”現象:鋁錳合金的原子采用一種不重複、非周期性但對稱有序的方式排列。而當時人們普遍認為,晶體內的原子都以周期性不斷重複的對稱模式排列,這種重複結構是形成晶體所必須的,自然界中不可能存在具有謝赫特曼發現的那種原子排列方式的晶體。隨後,科學家們在實驗室中製造出了越來越多的各種準晶體,並於2009年首次發現了純天然準晶體。
準晶體具有獨特的屬性,堅硬又有彈性、非常平滑,而且,與大多數金屬不同的是,其導電、導熱性很差,因此在日常生活中大有用武之地。科學家正嚐試將其應用於其他產品中,比如不粘鍋和發光二極管等。另外,盡管其導熱性很差,但因為其能將熱轉化為電,因此,它們可以用作理想的熱電材料,將熱量回收利用,有些科學家正在嚐試用其捕捉汽車廢棄的熱量
諾貝爾化學獎2012年
獲得者:羅伯特·萊夫科維茨
獲獎原因:對G蛋白偶聯受體的研究
“敏感”的G蛋白偶聯受體
人物故事
為研究廢寢忘食
萊夫科維茨1943年出生於美國紐約,是美國霍華德·休斯醫學研究所研究人員,美國杜克大學醫學中心醫學教授、生物化學教授。萊夫科維茨一心撲在研究上,不僅很少休息,甚至和家人都很少在一起。為了彌補平時無暇照顧家庭,萊夫科維茨每年都要帶全家外出度假。為了保持充沛的體力和精神繼續工作,度假中,他仍然堅持每天兩小時的跑步鍛煉。一次度假中,他外出跑步四個多小時後都沒有回來。家人四處尋找後才發現,他原來在電話亭給學生打電話詢問實驗進展。如今,萊夫科維茨已近七十高齡,並患有家族性心髒病,仍然每天堅守在實驗室,指導博士生的實驗。就在諾貝爾化學獎頒發的前一天深夜,萊夫科維茨還在辦公室與博士後討論工作上的問題。第二天早晨,他差點因為睡過頭而沒聽到瑞典打來的獲獎電話通知。
科普解讀
G蛋白偶聯受體
G蛋白是指能與鳥嘌呤核苷酸結合,具有GTP水解酶活性的一類信號轉導蛋白。G蛋白偶聯受體:是指激活後作用於與之偶聯的G蛋白,然後引發一係列以信號蛋白為主的級聯反應而完成跨膜信號傳導的一類受體。G蛋白偶聯受體既無通道結構,又無酶活性,它所觸發的信號蛋白之間的相互作用主要是一係列生物化學反應過程,故也稱促代謝型受體。
目前,研究顯示G蛋白偶聯受體隻見於真核生物之中,而且參與了很多細胞信號轉導過程。在這些過程中,G蛋白偶聯受體能結合細胞周圍環境中的化學物質並激活細胞內的一係列信號通路,最終引起細胞狀態的改變。已知的與G蛋白偶聯受體結合的配體包括氣味,費洛蒙,激素,神經遞質,趨化因子等等。這些受體可以是小分子的糖類,脂質,多肽,也可以是蛋白質等生物大分子。
G蛋白偶聯受體的作用很多,例如,鼻腔內的嗅上皮和犁鼻器上分布有很多嗅覺受體,可以感知氣味分子和費洛蒙;還可用於調節行為和情緒,哺乳動物的腦內有很多掌控行為和情緒的神經遞質對應的受體是G蛋白耦聯受體,包括血清素,多巴胺,γ-氨基丁酸和穀氨酸等;還可調節免疫係統,很多趨化因子通過G蛋白耦聯受體發揮作用,這些受體被統稱為趨化因子受體;調節神經係統,
在脊椎動物中,交感神經和副交感神經的活動都受到G蛋白耦聯受體信號通路的調節,它們控製著很多自律的生理功能,包括血壓,心跳,消化等;維持穩態,例如機體內水平衡的調節。
諾貝爾化學獎2013年
獲得者:邁克爾·萊維特
獲獎原因:給複雜化學體係設計了多尺度模型
化繁為簡的多尺度模型
人物故事
參與政治
邁克爾·萊維特1947年5月9日出生於南非猶他州錫達城,擁有美國和英國的雙重國籍,是著名的生物物理學家,畢業於劍橋大學岡維爾與凱斯學院,美國斯坦福大學結構生物學教授,美國斯坦福醫學院癌症研究所冠名教授。
萊維特除了在科學上取得了很大成就,還積極參與政治,他是美國的共和黨員才,曾經擔任過美國猶他州州長(1993年-2003年),前美國衛生與公眾服務部長(2005年至2009年),作出了一些他專業領域的政績,既是一位科學家,又是一位政治家。
2013年萊維特因為為複雜的化學係統發展了多尺度模型獲得了諾貝爾獎化學獎,萊維特的研究方向是計算生物學,他是最早指導DNA和蛋白質分子動力學模擬的學者之一,並為此目的開發了軟件。
科普解讀
多尺度化學模型
很多化學反應發生的速度極快,在幾分之一的毫秒的時間內,電子在原子核間跳躍,躲避著科學家們的眼睛。2013年諾貝爾化學獎的獲得者萊維特讓電腦給出這個神秘過程路徑成為可能。化學過程的詳細知識將可能優化催化劑、藥物和光電電池。通過本次諾貝爾化學獎所提供的技術方法,科學家們得以讓電腦來揭示化學反應過程,例如催化劑提純尾氣或者樹葉中的光合作用等。
全世界的化學家們每天用電腦設計和開展實驗。化學家們以前用塑料球和小棍子建立分子模型,現在這樣的建模工作由計算機完成,用計算機模型模擬現實化學反應在化學的發展中已是關鍵性步驟。
經典力學的強項在於它的計算簡單,能模擬非常大的原子模型,而缺點是無法模擬化學反應。為了模擬化學反應,化學家們必須使用量子力學,而量子力學則需要大量的計算機機時,所以隻能用於小分子模型的模擬。比如,當模擬一個藥物與人體內目標蛋白質結合時,目標蛋白質與藥物相互作用的部分被電腦用量子力學的理論來計算,而大蛋白質剩下部分被電腦用對計算能力要求較低的經典力學模擬。
諾貝爾化學獎2014年
獲得者:埃裏克·白茲格
獲獎原因:超分辨率熒光顯微技術領域取得的成就
超高清的熒光顯微鏡
人物故事
歡喜良緣
埃裏克1960年出生於美國的密歇根州安娜堡,是美國當代著名的應用物理學家,化學家。埃裏克畢業於康奈爾大學,獲得博士學位,剛開始在貝爾實驗室,現在在美國維吉尼亞州霍華德·休斯醫學研究所工作。他的主要研究成果是研發了用於分子生物學、神經科學的光學成像工具。
埃裏克的妻子名叫吉娜,是中國安徽人。2000年,吉娜在中國科技大學化學物理係畢業後,美國加州大學伯克利分校,研究界麵非線性光譜、生物成像,後來認識了埃裏克·白茲格,兩人喜結良緣。兩個人在實驗室工作時相識,埃裏克風趣幽默,經常給吉娜工作上的關心和幫助,讓出門在外的吉娜非常感動,兩人漸漸確立了戀愛關係,最後一起走進了婚姻的殿堂。
科普解讀
熒光顯微鏡
熒光顯微鏡是以紫外線為光源照射被檢物體,使之發出熒光,然後在顯微鏡下觀察物體的形狀及其所在位置。熒光顯微鏡是免疫熒光細胞化學的基本工具。它是由光源、濾板係統和光學係統等主要部件組成。是利用一定波長的光激發標本發射熒光,通過物鏡和目鏡係統放大以觀察標本的熒光圖像。
熒光顯微鏡用於研究細胞內物質的吸收、運輸、化學物質的分布及定位等。細胞中有些物質,如葉綠素等,受紫外線照射後可發熒光;另有一些物質本身雖不能發熒光,但如果用熒光染料或熒光抗體染色後,經紫外線照射亦可發熒光,熒光顯微鏡就是對這類物質進行定性和定量研究的工具之一。
熒光顯微鏡也是光學顯微鏡的一種,主要的區別是二者的激發波長不同。由此決定了熒光顯微鏡與普通光學顯微鏡結構和使用方法上的不同。熒光顯微鏡的主要特點是,照明方式通常為落射式,即光源通過物鏡投射於樣品上;光源為紫外光,波長較短,分辨力高於普通顯微鏡;有兩個特殊的濾光片,光源前的用以濾除可見光,目鏡和物鏡之間的用於濾除紫外線,用以保護人眼。