所有生物都含有包括DNA和蛋白質(zhì)在內(nèi)的生物大分子，“看清”它們的真面目曾經(jīng)是科學(xué)家的夢想。如今這一夢想已成為現(xiàn)實。2002年諾貝爾化學(xué)獎表彰的就是這一領(lǐng)域的兩項成果。

　　這兩項成果一項是美國科學(xué)家約翰·芬恩與日本科學(xué)家田中耕一“發(fā)明了對生物大分子的質(zhì)譜分析法”，他們兩人將共享2002年諾貝爾化學(xué)獎一半的獎金;另一項是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼?middot;維特里希“發(fā)明了利用核磁共振技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”，他將獲得2002年諾貝爾化學(xué)獎一半的獎金。

　　質(zhì)譜分析法是化學(xué)領(lǐng)域中非常重要的一種分析方法。它通過測定分子質(zhì)量和相應(yīng)的離子電荷實現(xiàn)對樣品中分子的分析。19世紀(jì)末科學(xué)家已經(jīng)奠定了這種方法的基礎(chǔ)，1912年科學(xué)家第一次利用它獲得對分子的分析結(jié)果。在質(zhì)譜分析領(lǐng)域，已經(jīng)出現(xiàn)了幾項諾貝爾獎成果，其中包括氫同位素氘的發(fā)現(xiàn)(1934年諾貝爾化學(xué)獎成果)和碳60的發(fā)現(xiàn)(1996年諾貝爾化學(xué)獎成果)。不過，最初科學(xué)家只能將它用于分析小分子和中型分子，由于生物大分子比水這樣的小分子大成千上萬倍，因而將這種方法應(yīng)用于生物大分子難度很大。

　　盡管相對而言生物大分子很大，但它們在我們看來是非常小的，比如人體內(nèi)運送氧氣的血紅蛋白僅有千億億分之一克，怎么測定單個生物大分子的質(zhì)量呢?科學(xué)家在傳統(tǒng)的質(zhì)譜分析法基礎(chǔ)上發(fā)明了一種新方法：首先將成團的生物大分子拆成單個的生物大分子，并將其電離，使之懸浮在真空中，然后讓它們在電場的作用下運動。不同質(zhì)量的分子通過指定距離的時間不同，質(zhì)量小的分子速度快些，質(zhì)量大的分子速度慢些，通過測量不同分子通過指定距離的時間，就可計算出分子的質(zhì)量。

　　這種方法的難點在于生物大分子比較脆弱，在拆分和電離成團的生物大分子過程中它們的結(jié)構(gòu)和成分很容易被破壞。為了打掉這只“攔路虎”，美國科學(xué)家約翰·芬恩與日本科學(xué)家田中耕一發(fā)明了殊途同歸的兩種方法。約翰·芬恩對成團的生物大分子施加強電場，田中耕一則用激光轟擊成團的生物大分子。這兩種方法都成功地使生物大分子相互完整地分離，同時也被電離。它們的發(fā)明奠定了科學(xué)家對生物大分子進(jìn)行進(jìn)一步分析的基礎(chǔ)。

　　如果說第一項成果解決了“看清”生物大分子“是誰”的問題，那么第二項成果則解決了“看清”生物大分子“是什么樣子”的問題。

　　第二項成果涉及核磁共振技術(shù)。科學(xué)家在1945年發(fā)現(xiàn)磁場中的原子核會吸收一定頻率的電磁波，這就是核磁共振現(xiàn)象。由于不同的原子核吸收不同的電磁波，因而通過測定和分析受測物質(zhì)對電磁波的吸收情況就可以判定它含有哪種原子，原子之間的距離多大，并據(jù)此分析出它的三維結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域。

　　不過，最初科學(xué)家只能將這種方法用于分析小分子的結(jié)構(gòu)，因為生物大分子非常復(fù)雜，分析起來難度很大。瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼?middot;維特里希發(fā)明了一種新方法，這種方法的原理可以用測繪房屋的結(jié)構(gòu)來比喻：我們首先選定一座房屋的所有拐角作為測量對象，然后測量所有相鄰拐角間的距離和方位，據(jù)此就可以推知房屋的結(jié)構(gòu)。維特里希選擇生物大分子中的質(zhì)子(氫原子核)作為測量對象，連續(xù)測定所有相鄰的兩個質(zhì)子之間的距離和方位，這些數(shù)據(jù)經(jīng)計算機處理后就可形成生物大分子的三維結(jié)構(gòu)圖。

　　這種方法的優(yōu)點是可對溶液中的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，進(jìn)而可對活細(xì)胞中的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，能獲得“活”蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其意義非常重大。1985年，科學(xué)家利用這種方法第一次繪制出蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。目前，科學(xué)家已經(jīng)利用這一方法繪制出15-20%的已知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

　　最近兩年來，人類基因組圖譜、水稻基因組草圖以及其他一些生物基因組圖譜破譯成功后，生命科學(xué)和生物技術(shù)進(jìn)入后基因組時代。這一時代的重點課題是破譯基因的功能，破譯蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，破譯基因怎樣控制合成蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)又是怎樣發(fā)揮生理作用等。在這些課題中，判定生物大分子的身份，“看清”它們的結(jié)構(gòu)非常重要。專家認(rèn)為，在未來20年內(nèi)，生物技術(shù)將蓬勃發(fā)展，很可能成為繼信息技術(shù)之后推動經(jīng)濟發(fā)展和社會進(jìn)步的主要動力，由這3位諾貝爾化學(xué)獎得主發(fā)明的“對生物大分子進(jìn)行確認(rèn)和結(jié)構(gòu)分析的方法”將在今后繼續(xù)發(fā)揮重要作用。

　　約翰·芬恩 (1917-)

　　美國科學(xué)家約翰·芬恩1917年出生于美國紐約市，1940年獲耶魯大學(xué)化學(xué)博士學(xué)位，1967年到1987年間任該大學(xué)教授，1987年起被聘為該大學(xué)名譽教授，自1994年起任弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)教授。他因為“發(fā)明了對生物大分子進(jìn)行確認(rèn)和結(jié)構(gòu)分析的方法”和“發(fā)明了對生物大分子的質(zhì)譜分析法”而獲得2002年諾貝爾化學(xué)獎1/4的獎金。

　　庫爾特·維特里希 (1938-)

　　瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼?middot;維特里希1938年生于瑞士阿爾貝格，1964年獲瑞士巴塞爾大學(xué)無機化學(xué)博士學(xué)位，從1980年起擔(dān)任瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等理工學(xué)校的分子生物物理學(xué)教授，還任美國加利福尼亞州拉霍亞市斯克里普斯研究所客座教授。他因“發(fā)明了利用核磁共振技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”而獲得2002年諾貝爾化學(xué)獎一半的獎金。

　　田中耕一 (1959-)

　　日本科學(xué)家田中耕一(Koichi Tanaka)1959年出生于日本富山縣首府富山市，1983年獲日本東北大學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)任職于京都市島津制作所，為該公司研發(fā)工程師，分析測量事業(yè)部生命科學(xué)商務(wù)中心、生命科學(xué)研究所主任。他對化學(xué)的貢獻(xiàn)類似于約翰·芬恩，因此也得到了2002年諾貝爾化學(xué)獎1/4的獎金。