每年国庆假期,科学界都要发生一些大事,比如诺贝尔奖的颁发
而作为一只有机狗,我最关心的当然是诺贝尔化学奖啦
然而
这是一个发给了物理学家的诺贝尔化学奖,奖励他们帮助了生物学家
确实,三位获奖者中有两位物理学家,剩下的一位是生物学家,似乎真的没有化学什么事了
不过,言归正传,作为一只专业的有机狗,当然要聊点正事了。
接下来我们就从“冷冻”和“电镜”两个方面来聊聊所谓冷冻电镜到底是怎么回事吧
首先是冷冻
说到冷冻,就必然涉及到为什么要冷冻,以及怎么冷冻了
为什么要冷冻
冷冻电镜又名低温电子显微镜,而显微镜就是用来观察那些极其微小的物质的
那什么学科最需要观察微小物质呢?当然是生物学了,尤其需要观察蛋白质的结构,毕竟结构决定性质嘛,生物学家想知道的是蛋白质在生物体内的结构从而研究其功能
虽说蛋白质号称是大分子,分子量也动不动就成千上万,但即便这样,传统的显微镜也是很难观察到蛋白质的结构的
因为蛋白质作为功能物质,在生物体内是不断运动,不断变换形态的,等到我们把它取出体外时,早已不是我们需要的结构了。
怎么冷冻
这时候就需要冷冻,而且是快速冷冻技术了,5毫秒内把蛋白质冻住,而且还不破坏蛋白质结构,具体操作如下
冷冻过程就完成啦
然后是电镜
电是电子的电,镜是显微镜的镜,电镜就是电子显微镜啦。
之所以叫电子显微镜,是因为它是通过电子来工作的
我们常见的光学显微镜通过光来工作,但是我们能看到的最小尺寸是探测波的二分之一波长,然而奈何蛋白质结构太精细,普通的波波长都太长了
看到这里你应该想到了,普通的波不行,那就用电子啊
我们将超低温冷冻的样品放入电子显微镜,用高度相干的电子照射样品,电子穿透样品和附近冰层并被散射,探测器将散射信号转化为放大图像并记录下来
然而,作为使用过显微镜的人,我们都知道,显微镜下的图像都是二维的,而科学家分析结构需要的是三维立体图像,怎么办呢?
我们可以先获得各个方向上的上千张二维图像,再经过强大的计算机软件来将这上千张二维图像还原成三维
这样就能得到蛋白质的三维结构啦,是不是很厉害呢?
冷冻电镜的重大意义
我们都知道,现代物理学发展有两个极端的方向——把尺度放得很大很大,即天体物理学;把尺度缩到很小很小,即量子物理学。
其实今年的诺贝尔化学奖和物理学奖正好对应了这两个方面
引力波探测器是一个用来看巨大质量物体的望远镜
冷冻电镜是一个用来看超级小物体的显微镜
说来说去,一直在说生物学和物理学,果然是诺贝尔理综奖
写在最后的话
在理综的三个科目中,化学其实算是物理学和生物学的连接学科
研究化学,总要有点实际应用吧,把化学知识运用到药物分子的研发上,就很自然地跨界到了医学领域,于是就有很多医生和生物学家获得了诺贝尔化学奖。
而当我们深入去探究物质反应的原理,就跨界到了物理学领域,于是又有许多物理学家获得了诺贝尔化学奖。
如今科学的边界正变得越来越模糊,就像演员们纷纷跨界当导演一样,社会越来越需要跨界人才。
如果在一群技术水平差不多的程序员中,有一个擅长演讲,那他几乎铁定就是这群程序员的领导了。