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zhaoyangqufu至尊木虫 (知名作家)
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同步辐射的生物学应用
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Sample Text同步辐射是接近光速运动的荷电粒子在磁场中改变运动方向时放出的电磁辐射。它是1947年在 GE 公司的 Schenectady 实验室里发现的，当时它被认为是一种妨碍得到高能量粒子的祸害。1965 年发明了储存环，它由一系列二极磁铁（使电子作圆周轨道运动）、 四极磁铁（使电子束聚焦）、直线节和补充能量的高频腔组成，可以把电子束（或正电子束）储存在环内长时期运行，于是在每一个弯转磁铁处都会产生同步辐射，同步辐射才开始走向实用。 同步辐射的主要设备，包括储存环、光束线和实验站。储存环使高能电子在其中持续运转，是产生同步辐射的光源；光束线利用各种光学元件将同步辐射引出到实验大厅，并“裁剪”成所需的状态，如单色、聚焦，等等；实验站则是各种同步辐射实验开展的场所。 北京同步辐射的电子能量为2.5 GeV，弯转半径为10.345 m，特征能量为3.31keV；合肥同步辐射的电子能量为0.8 GeV，弯转半径2.222 m，特征能量为0.517keV。 从生物分子结构研究的里程碑，我们可以看到同步辐射在其中起到的重要作用。 1912 Laue 在 CuSO4?5H2O 晶体上得出 X 光衍射； 1913 Bragg 方法，开始用这个方法进行晶体学研究； 1914 Bragg 用 Laue 花样研究卤化碱晶体； 1938 Pereutz 开始研究血红蛋白； 1960 Pereutz 解出血红蛋白结构（用了22 年）； 1962 Pereutz 及 Kendrew 获诺贝尔化学奖； Watson, Crick, Wilkins 获诺贝尔生物学/医学奖； 1974 SR白光首次用于材料科学； 1976 SR白光首次用于结构生物学（胶原蛋白的结构因子振幅）； 1988 由 Laue 数据解得小分子结构； 1990 观测到RAS致癌基因晶体中笼蔽GTP在光化学释放GTP后的酶反应； 1994 在 50ps 内得到溶菌酶蛋白的 Laue 照片 （ESRF）； 在已解出的生物大分子结构数中，利用同步辐射技术解出的 > 55%；每年解出的生物大分子晶体结构中，同步辐射解出的结构为 60%~100%；世界上现有同步辐射生物大分子实验线站 > 50；生物大分子实验线站在各国同步辐射实验室中均占重要地位，用户需求量大，成果比重大。而且通过对结构的动态研究可以得出结构改变与功能实现方面的重要知识。 如果说，20世纪生物学的最大进展是建立了在分子水平上的结构生物学，那么，21世纪生物学的一个主要探索将是通过结构的改变理解功能的产生机制——也就是人们现在常提到的结构基因组学。从1914年到1938年，Pereutz 用了22年才获得血红蛋白的结构。而今天同步辐射的应用，也许只要一天的时间就可以解出类似大小的结构，特别是结构的动态研究，作为结构——功能研究的基础，离开了同步辐射技术是难以实现的。值得注意的是，世界上现有超过50条的大分子晶体学实验站，但中国一条都没有。 从遗传学—基因组学—结构基因组学，从序列—结构—功能，生物学家进入一个自身不熟悉的领域。结构基因组学将面临蛋白质结构的大规模、自动化的数据采集、结构解析。现在生物学家采用的方法主要有两个：核磁共振和X射线衍射（同步辐射）。 （1）NMR：① 无须结晶，在溶液状态下分析；② 蛋白的动态运动学研究；③ 30 kD 以下的分子（大分子的局部研究）；④ 数据分析相对复杂。 （2）X光衍射：① 要结晶；② 有动态运动研究的前景；③ 可以分析很大的分子；④ 数据分析相对简单。 继人类基因组学之后，结构基因组学的国际合作已提到日程上。现在人们预计结构基因组学的真正发展还需5年左右的时间，但那时是大发展的时候。我们是否有资格加入这个国际合作，取决于我国是否有独立开展大规模测定蛋白质晶体结构的能力和条件，同步辐射实验技术的发展将是一个十分关键的瓶颈。 摘自《新世纪的同步辐射》 作者简介 冼鼎昌，1935年8月15日出生于广东省广州市。理论物理学家，同步辐射应用专家。现任高能物理所研究员、博士生导师、北京正负电子对撞机国家实验室科技委员会副主任、中国晶体学会副理事长、上海光源科技委员会副主任。于1991年当选为中国科学院学部委员（院士）、2002年当选为第三世界科学院院士。曾获国家科技进步特等奖、国家科学二、三等奖、何梁何利奖及中国科学院和北京市的奖励。 |
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