2002年诺贝尔化学奖.doc

2002年諾貝爾化學獎 ?蔡蘊明譯 ? 蔡蘊明譯自諾貝爾化獎委員會公佈給大眾的新聞稿： http://www.nobel.se/chemistry/laureates/2002/public.html 若需要進一步的資訊，請至以下網頁點選： http://www.nobel.se/chemistry/laureates/2002/press.html 　 今年的諾貝爾化學獎是由三位學者所共享，他們的研究涵蓋了兩個重要領域：質譜與核磁共振。這三位得獎者是美國Virginia Commonwealth 大學的John B. Fenn，日本島津 (Shimadzu) 公司年僅四十三歲的研發工程師田中耕一(Koichi Tanaka)以及瑞士理工學院的Kurt Wüthrich，前二者所專精的是質譜方面的研究，而後者是由於在核磁共振方面的研究而得獎。他們最主要的貢獻，是利用這些工具來解決巨大的生化分子之結構問題，他們的成就代表了一個革命性的突破，使得“化學生物”(chemical biology)成為現今的“大科學”(big science)。化學家們現在已經可以快而準確的鑑定一個試樣中含有的蛋白質為何物，他們也能夠繪出蛋白質分子在溶液中的三度空間圖像，也就是說，化學家已有能力“看到”蛋白質並瞭解它們在細胞中如何的作用。 ? 生化分子的革命性分析方法 ? 為什麼要研究生化的高分子 所有的生物體 ─ 細菌，植物及動物 ─ 都含有相同型態的大分子或高分子，而這些分子與我們所謂的生命是息息相關的。在細胞中所發生的現象是由核酸(例如DNA)來控制的，我們可稱之為細胞的“導演”，而各種蛋白質則是細胞的“主角”。每一個蛋白質都具有一種功能，並可隨著環境而變化。例如血紅素將氧氣輸送到人體內的各各細胞。 ? 個別蛋白質的研究並非一項新的研究領域，然而蛋白體學(proteomics)，也就是研究不同的蛋白質如何相互的聯合以及合併與其它的物質在細胞中共同運作，卻是一個在過去數年間極速成長的新興領域。隨著一個個生物體的基因之定序完成，以及相關的尖端研究不斷向前挺進，新的問題亦隨之而產生：人類約三萬個左右的基因，其密碼是如何的對映到千百來種不同的蛋白質？如果一個基因損傷或缺少了，會發生什麼狀況？像阿茲海默症或狂牛症是如何發生的？上述的新化學領域是否可運用到更快速的診斷出以及醫治好這些威脅到人類的疾病？ ? 要想解決類似這樣的問題，化學家不斷的追求有關蛋白質的更多知識，以及瞭解它們如何相互聯合或與其它的分子聯合而在細胞中運作，這是因為它們的結合將會影響其結構，而在蛋白質結構上一點點的變化，就會對其功能有決定性的影響，因此下一步就是要掌握其活動狀況：當蛋白質相互作用的那一瞬間，蛋白質分子是何長相？尤其是在那決定性的一刻又如何？若想要瞭解，那我們就必須擁有“目睹”的能力。 ? 質譜 ─ 一個鑑定分子的方法 質譜現在能讓我們利用分子的質量快速的鑑定出一個試樣中的化合物結構，這項技術早就被化學家運用在小型與中型的分子鑑定工作上，這項工具靈敏到能探察非常少量的分子。例如在吸毒以及藥物濫用的檢查，食品的控管以及環境的檢測等方面，質譜的運用在現今已是如例行公事般的尋常。 ? 其實早在十九世紀末頁，質譜就已奠下了基礎，在1912年，湯木森(Joseph J. Thompson)就報告了第一例的小分子結構分析。好幾個二十世紀的諾貝爾獎工作就是直接倚賴質譜分析，例如Harold Urey發現氘(1934年諾貝爾獎)，以及“碳足球“富勒烯(fullerenes又稱碳六十)的發現，導致Robert Curl，Harold Kroto與Richard Smalley得到1996年的諾貝爾獎。 ? 當然將質譜運用在高分子上的目標早就吸引了許多的科學家，在1970年代已經能成功的將高分子轉化成氣相的離子，稱為脫附技術(desorption technology)，這成為過去二十年間在此領域中革命性進展之基礎。 ? 雖然與其它的小分子比較，高分子的確很大，但實際上一個單一的高分子仍然是極為渺小的，例如血紅素的一個分子的質量只不過是10?19克左右，那麼要如何量度這麼小的質量呢？關鍵就在於如何讓蛋白質分子相互分開，並形成一片可自由飛翔，並且攜帶電荷的蛋白質離子雲霧，緊接著量度這些離子質量(因之而能鑑定蛋白質)的常用方法，就是在一個真空室中將它們加速，然後量度其飛行時間(Time Of Flight, TOF)，它們達到目的地的先後與其質量以及電荷有關，越輕而且電荷越高者，越快抵達。 ? 現今有兩種做法能使得蛋白質轉變為氣態離子而不會改變其結構與形體，這兩種方法背後的發明者就是今年共享一半諾貝爾獎的兩位學者。其中由John B. Fenn所發展的方法是運用一個很強的電場將試樣噴灑出去(稱為電灑