2017年10月4日，2017年諾貝爾化學獎授予三位物理學家，他們是冷凍電鏡領域的學者，以表彰他們對冷凍電鏡技術的發展做出的卓越貢獻。
簡單來說，就是
怪不得有網友一直調侃諾貝爾化學獎應更名為“諾貝爾理綜獎”
也有網友調侃最難獲得諾貝爾化學獎的科學家是化學家
小編只能感慨
下面就跟隨著小編的講述，一步一步解開2017諾獎的神秘面紗吧
一、獲獎人簡介
約阿基姆·弗蘭克（Joachim Frank）德裔生物物理學家，現年77歲，哥倫比亞大學教授。他因發明單粒子冷凍電鏡而聞名，此外他對細菌和真核生物的核糖體結構和功能研究做出重要貢獻。弗蘭克2006年入選為美國藝術與科學、美國國家科學院兩院院士。2014年獲得本杰明·富蘭克林生命科學獎。（百度百科）
理查德·亨德森（Richard Henderson）現年72歲，分子生物學家和生物物理學家，電子顯微鏡領域的開創者之一。1975年，他與Nigel Unwin通過電子顯微鏡研究膜蛋白、細菌視紫紅質，并由此揭示出膜蛋白具有良好的機構，可以發生α-螺旋。亨德森近年來將注意力集中在單粒子電子顯微鏡上，即用冷凍電鏡確定蛋白質的原子分辨率模型。（百度百科）
雅克·迪波什（Jacques Dubochet）
出生于瑞士，現年75歲，瑞士洛桑大學生物物理學榮譽教授。1973年博士畢業于日內瓦大學和瑞士巴塞爾大學。Dubochet 博士領導的小組開發出真正成熟可用的快速投入冷凍制樣技術制作不形成冰晶體的玻璃態冰包埋樣品，隨著冷臺技術的開發，冷凍電鏡技術正式推廣開來。（百度百科）
二、什么是冷凍電鏡——不僅能看活的，還能看清楚
學過初中生物的童鞋都知道，普通光學顯微鏡只能觀察死去的物質，高倍率的電子顯微鏡的電子束會殺死活體，電子顯微鏡的真空管也會讓活體脫水而死。如何觀察到活體并看的清楚就成了科學家不懈努力的方向。
冷凍電鏡，通俗來講，就是冷凍+電鏡。
核心的突破有兩點，一 電子直接探測相機以及三維重構軟件，二 能夠大幅提高解析大型蛋白復合體原子分辨率三維結構的效率
下面就請知乎大神Tsy.H帶領我們走進冷凍電鏡的世界吧。
原文鏈接：https://www.zhihu.com/question/66202533/answer/239350388
整理了下，關于蛋白質結構鑒定的化學獎
1964年 D.Hodgkin X射線衍射技術測定復雜大分子和空間結構。
1982年，D.A.Klug 晶體電子顯微鏡測定核酸-蛋白質復合體結構（病毒）
2002年 John.B.Fenn /田中耕一 生物大分子質譜鑒定
Kurt Wuthrich 核磁共振技術測定蛋白質結構
2017年 冷凍電鏡技術。
到此，蛋白質結構生物學的三個看門技術：X衍射，NMR , 電鏡全部獲得諾貝爾化學獎。
為了凸顯冷凍電鏡的優勢，說說X-ray和NMR的缺點
X-ray的最大的問題在于很多蛋白難以結晶。特別是膜蛋白等難溶蛋白質。從理論上說，電鏡解析蛋白不存在衍射中相位解析困難的問題，同時電子波長要小于X-ray，理論上應該具有更高的分辨率。
NMR的最大弱點就在分辨率和靈敏度。分子量過大（30KDa以上）的蛋白基本無緣核磁共振。同時需要對樣品進行同位素標記和復雜的脈沖序列設計。
1982年諾獎的晶體電子顯微鏡主要用于測量二維晶體結構，而冷凍電鏡是一個單顆粒三維晶體重構技術。
傳統的電子顯微鏡是通過負染的方式，把重金屬顆粒噴涂在生物樣品表面。電子顯微鏡其實采集到的是重金屬覆蓋的輪廓。因此，樣品內部信息無法獲得，同時無法保證重金屬對生物樣品的支持度良好不發生坍縮。
獲獎者 Jacques Duboche 研究組提出并完善了冷凍電鏡的方法。他們將樣品固定在玻璃態的冰中，放置于電子顯微鏡下觀察。低溫環境可以保證生物樣品在電子顯微鏡筒內不失水，同時減少了電子輻射的影響。蛋白質被包裹在這種玻璃態的冰中宛如在水溶液一樣保持本身的生理狀態。
Joachim在1996年便提出了單顆粒三維重構技術。電鏡三維重構技術在1968年就已經被Rosier提出。它的核心理論是中央截面定理和傅里葉變換。中心截面定理的通俗解釋是：一個物體三維投影像的傅里葉變換等于該物體三維傅里葉變換中與該投影方向垂直的過原點的截面（中央截面）
也就是說把一個三維的蛋白在冷凍電鏡中采集到各個方向的投影圖。進行二維傅里葉變換，在三維傅里葉空間重構，再進行逆傅里葉變換獲得三維結構。
在電子顯微鏡下可以采集一個三維蛋白各個方向的電子顯微像，經過傅里葉變換可以得到投影圖，也就是上面說的截面。只要這個采集到的截面足夠多，你就可以通過三維逆傅里葉變換拼回一個立體的蛋白質結構。
更復雜的程序包括了CTF估算與修正，顆粒篩選和顆粒圖像匹配。這個作為一個學NMR的人就不懂了。
冷凍電鏡樣品制作流程，圖片來自http://creative-biostructure.com
三、冷凍電鏡的意義
冷凍電鏡填補了生物化學版圖的空白。
蛋白質結構是機體的重要組成部分，也承載了重要的生命活動和功能，通過結構分析，是了解生化反應機理，催化位點的重要手段。了解了結構，就可以設計抑制劑，使這些蛋白失去催化作用，以這些蛋白為靶點，設計篩選藥物。
瑞典皇家科學院主席Venkatraman Ramakrishnan表示：“冷凍電鏡獲獎證明了它幾十年來支持基礎研究的價值。從基礎研究開始，人們受到了巨大的啟示。當這種技術登上舞臺時，它已經被藥企使用，來定型藥物的結構，而且還被用于基礎的生物學，從而改變未來的藥物?！?/span>
是不是也意味著，如果未來有更好的方法能夠觀察、分析、確定蛋白質的結構，也能夠獲得諾貝爾化學獎的認可呢？
最后
科學的發展日新月異，歷史的經驗告訴我們落后就要挨打。
化學作為一門與物理、生物交叉即為緊密的學科，在科學舞臺上大放異彩，在這里，小編只能說：學化學，我驕傲
作為新世紀的風華少年，我們在學習化學、研究化學、利用化學上是否應當更加的盡心竭力。
從教者，不只是滿足于教授學生知識，還應當教會學生用化學的視野去看待世界，以化學的方法認識世界，用化學的技術去改造世界。
學習者，不要滿足于課本的知識，還應當適當涉獵目前科學發展的新趨勢，開拓視野，結合興趣，充分發揮自己的聰明才智，實現個人價值。
研學者，你們手中不是一份工作，一個飯碗，而是承載著無數國民的期待，你們的發現終將改變世界。
在未來的日子，中國，終將在世界科技的舞臺上矚目。
因為
文章來源：化學biu一biu
