北京時間10月4日下午5點45分，2017年諾貝爾化學獎揭曉，Jacques Dubochet, Joachim Frank和Richard Henderson獲獎，獲獎理由是“研發出冷凍電鏡，用于溶液中生物分子結構的高分辨率測定”（三位可都是生物物理學家！）。
Jacques Dubochet, born 1942 in Aigle, Switzerland. Ph.D. 1973, University of Geneva and University of Basel, Switzerland. Honorary Professor of Biophysics, University of Lausanne, Switzerland.
Joachim Frank, born 1940 in Siegen, Germany. Ph.D. 1970, Technical University of Munich, Germany. Professor of Biochemistry and Molecular Biophysics and of Biological Sciences, Columbia University, New York, USA.
Richard Henderson, born 1945 in Edinburgh, Scotland. Ph.D. 1969, Cambridge University, UK. Programme Leader, MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, UK.
諾貝爾化學獎是以瑞典著名化學家、硝化甘油炸藥發明人阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾的部分遺產作為基金創立的5個獎項之一，從1901年至2016年，共頒發了108次，擁有175位獲獎者。
2007年-2016年的諾貝爾化學獎的獲獎情況如下：
2007年：諾貝爾化學獎授予德國科學家格哈德·埃特爾，以表彰他在“固體表面化學過程”研究中作出的貢獻。
2008年：美國Woods Hole海洋生物學實驗室的下村修、哥倫比亞大學的Martin Chalfie和加州大學圣地亞哥分校的錢永健因發現并發展了綠色熒光蛋白(GFP)而獲得該獎項。
2009年：英國生物學家萬卡特拉曼·拉瑪克里斯南(Venkatraman Ramakrishnan)、美國科學家托馬斯·斯泰茨(Thomas A. Steitz)和以色列女生物學家約納什(Ada E. Yonath)因在核糖體結構和功能研究中的貢獻共同獲該獎。
2010年：美國德拉威爾大學的Richard F. Heck、普渡大學的Ei-ichi Negishi以及日本倉敷藝術科學大學的Akira Suzuki，他們發明了新的連接碳原子的方法，獲得2010年諾貝爾化學獎。
2011年：以色列科學家達尼埃爾·謝赫特曼因準晶體的發現而獲得2011年的諾貝爾化學獎。
2012年：美國科學家羅伯特·萊夫科維茨和布萊恩·克比爾卡因“G蛋白偶聯受體研究”獲諾貝爾化學獎。
2013年：諾貝爾化學獎授予美國科學家馬丁·卡普拉斯、邁克爾·萊維特和阿里耶·瓦謝勒，以表彰他們在開發多尺度複雜化學系統模型方面所做的貢獻。
2014年：諾貝爾化學獎授予了美國科學家埃里克·貝齊格、威廉·莫納和德國科學家斯特凡·黑爾，以表彰他們為發展超分辨率熒光顯微鏡所作的貢獻。
2015年：瑞典科學家托馬斯·林達爾、美國科學家保羅·莫德里奇和土耳其科學家阿齊茲·桑賈爾因在DNA修復的細胞機制研究上的貢獻而獲得2015年的諾貝爾化學獎。
2016年：法國科學家讓-彼埃爾·索瓦、美國科學家詹姆斯·弗雷澤·司徒塔特和荷蘭科學家伯納德·費林加因分子機器的設計和合成而獲得2016年的諾貝爾化學獎。
有意思的是，自1901年首次頒獎以來，諾貝爾化學獎被多次頒發給生物、生物化學、生物物理、物理等領域，可謂是“不務正業”。據統計，2001年至2016年，在已頒發的15個諾貝爾化學獎中，與生物相關的化學獎達10次之多。
什么是冷凍電鏡技術？
20世紀80年代，Dubochet等人報道了一種單粒子電子顯微鏡技術革新成果，將該技術引向了高分辨率成像之路。他們在低溫條件(cryogenic conditions)下將待檢樣品放在一層薄薄的、透明的冰上用單粒子電子顯微鏡進行成像觀察。這種方法就是所謂的“低溫冷凍電鏡技術(cryo–electron microscopy, cryo-EM)”，他能夠對含水的粒子(hydrated particles)進行直接成像。低溫除了具有這些優勢之外，還能夠減少電子束對樣品產生的放射性損害。不過電子束的照射量還是不能夠太大，只有這樣才能夠清晰地反映出分子結構的細節，獲得高質量的、低信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)的三維結構圖像。由于將每個分子的多張圖像信息組合在一起能夠更進一步地降低圖像的信噪比，所以，對數萬、乃至數百萬個蛋白質復合體進行分析就會產生數十萬張圖像。
不過依靠低溫冷凍電鏡圖像來判斷生物大分子的結構給計算機處理分析工作帶來了一大挑戰。在借助多圖像組合平均手段來改善信噪比時，必須知道每一顆粒子的方向，但是由于信噪比太低，我們對這些粒子方向的判斷又明顯感覺準確性不夠，這就形成了一個矛盾。要解決這個問題，最成功的方法就是“重復(iterative)”，質量高的圖像能夠給出更準確的方向信息，而這些方向信息又可以幫助我們獲得更高質量的圖像。
在過去的三十年，低溫冷凍電鏡設備取得了長足的進展，在樣品制備、成像、計算機處理等實驗技術方面有了一定的提升，這些使低溫冷凍電鏡成像技術的分辨率有了極大的提高。高度連貫的場發射電子槍(Highly coherent feld-emission electron guns)也使保留焦點以外的圖像的高分辨率信息成為可能，這對于單粒子低溫冷凍電鏡非常有幫助。這種技術創新幫助科研人員獲得了20面體病毒粒子(icosahedral virus particles)的圖像，而且清楚地看到了其中的α螺旋結構。由于這種病毒是高度對稱的，所以比較容易生成高質量的、最佳分辨率的低溫冷凍電鏡圖像。
隨著研究人員不斷地開發出更穩定的載物臺、更好的顯微鏡抽真空技術，以及自動化的數據采集系統，這一切的技術進步都讓我們能夠獲得更多、質量更好的電鏡圖像，因此才能夠得到高質量的、能夠對其中的氨基酸側鏈進行解析的二十面體病毒粒子三維結構圖像，以及分辨率達到5埃的核糖體結構圖像。不過在對更小一點的非對稱粒子的解析工作中還是很難解析到α螺旋結構。
最近在低溫冷凍電鏡設備領域取得的最大進展就是引入了直接檢測設備(direct detector device, DDD)照相機。這種DDD設備能夠直接在傳感器上記錄圖像，從而繞過了傳統的、需要閃爍設備和光纖的電荷耦合裝置(charge-coupled device, CCD)探測器，以及其他一些在用攝影膠片(photographic film)記錄圖像時必須要經過的繁雜的處理過程。因此，圖像的信噪比也得到了極大的提升。在分辨率方面的提升也與之前的一些革新手段相當。在使用了DDD設備之后，還有可能在電鏡圖像中直接構建原子模型，甚至能夠在最具挑戰性的檢測工作中進行α螺旋和β折疊的解析工作。
DDD設備的引入還在另外一個方面對低溫冷凍電鏡的圖像起到了改善作用，憑借的就是該設備極快的讀出速度(readout rate)，該讀出速度能夠發現被冰包裹的被觀測粒子在電子束中的運動情況。使用DDD設備不僅能夠發現這種問題，還能夠解決這種問題，因為現在的電鏡就好像是一臺攝像機，可以拍攝一段錄影，記錄整個過程，而不再像以前那樣，只是一臺照相機，只能夠拍攝出一張張固定的圖像。
有了高質量的圖像，又有可以借助計算機對因為電子束而移位的粒子進行矯正的工具，我們就可以獲得大量高質量的低溫冷凍電鏡圖像，比如本文開頭展示的那張分辨率高達3.2埃的線粒體核糖體亞單位圖像，以及下圖那張分辨率達到3.3埃的20S蛋白酶體圖像和哺乳動物感受器通道TRPV1的圖像。 TRPV1的圖像尤其值得一提，因為TRPV1蛋白是一種膜蛋白，只有四級對稱性(four-fold symmetry)，比核糖體要小一個數量級。所以之前大家一直都認為很難用低溫冷凍電鏡對該蛋白進行結構解析的研究工作。有了 DDD成像技術、更好的計算機輔助和生物化學技術之后，Liao等人終于在某些區域獲得了分辨率高達3.4埃的圖像，從而有機會開展原子建模工作，在整個結構生物學(structural biology)發展歷史上寫下了重重的一筆。
