X射線晶體定向衍射歷史介紹

X射線晶體衍射是人們了解原子世界的利器，這一技術(shù)為人們解析了大量的重要生物學(xué)結(jié)構(gòu)。今年是這一技術(shù)的百年誕辰，本期Nature雜志以特刊形式，介紹了X射線晶體衍射的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)。

1914年，德國(guó)科學(xué)家Max von Laue因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)晶體中的X射線衍射現(xiàn)象，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這一發(fā)現(xiàn)直接催生了X射線晶體學(xué)。從那以后，研究者們用這一衍射技術(shù)解析了大量復(fù)雜分子的晶體結(jié)構(gòu)，從簡(jiǎn)單的礦物、高科技材料(如石墨烯)到病毒等生物學(xué)結(jié)構(gòu)。隨著這一技術(shù)的不斷改進(jìn)，出成果的節(jié)奏也越來(lái)越快。現(xiàn)在蛋白晶體成像的分辨率已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了突破，能夠區(qū)分單個(gè)原子。而新X射線源實(shí)現(xiàn)了對(duì)困難蛋白的成像，這些蛋白難以甚至不能形成大晶體。

Von Laue hit的理論是，當(dāng)X射線通過(guò)晶體時(shí)會(huì)發(fā)生衍射，而衍射模式可以體現(xiàn)原子的定位。1912年，Von Laue hit及其同事用硫酸銅驗(yàn)證了這一理論。

自1971年以來(lái)，蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)(Worldwide Protein Data Bank)就在不斷收集蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，目前已經(jīng)收錄了將近十萬(wàn)個(gè)條目。包括晶體學(xué)開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)COD在內(nèi)的其他數(shù)據(jù)庫(kù)，收錄了各種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從礦物質(zhì)、金屬到小生物分子。隨著成像和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的進(jìn)步，研究人員能夠獲得更細(xì)微的結(jié)構(gòu)信息，解決越來(lái)越復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)。