Нобелевську премію з хімії у цьому році отримають Жак Дюбоше (Jacques Dubochet), Йохим Франк (Joachim Frank) та Річард Гендерсон (Richard Henderson) за “розробку кріоелектронної мікроскопії для визначення високороздільних структур біомолекул у розчині.”
Премію розділять на три рівні частини, якщо вам це важливо.
Про що це взагалі?
Ви, мабуть, впізнаєте цю молекулу:
(це ДНК)
Можливо, ви вже звикли до зображень такого типу:
(Це структурна формула кофеїну. В дійсності кофеїн виглядає не так)
Річ у тім, що такі картинки людство не бачило на власні очі.
Молекули занадто малі, навіть такі великі, як ДНК. Найменше, що можна побачити неозброєним оком, має розмір 0,08 мм (для більшості людей 0,2 мм). За допомогою звичайного оптичного мікроскопу – 200 нанометрів, це границя фізично можливого, найменша довжина світлових хвиль, які ми бачимо, найменше, що можна бачити фізично.
У 2014 році Нобелівську премію з хімії отримали за флюоресцентний (оптичний) мікроскоп, який дозволив бачити щось розміром 10 нанометрів і навіть менше. Зображення досить добре пояснює поняття “роздільна здатність”. Але на цей час вже були електронні мікроскопи з більшим збільшенням.
Що таке електронний мікроскоп?
Електронний мікроскоп “бачить” електронами. Він випускає пучок електронів на те, що досліджується, а потім реєструє (відповідно до типу) ті електрони, які пройшли крізь зразок, ті, що відбились, вторинні електрони або рентгенівське випромінювання. Це якщо сильно спростити.
Електронний мікроскоп дає змогу розрізняти об’єкти розміром до 0,05 нанометрів. Збільшення до 1 000 000 разів!
Вірус під електронним мікроскопом.
Навіщо кріо?
Кріо в слові “кріоелектронний” означає сильно охолодженний.
Щоб щось дослідити, треба це щось підготувати. Якщо під час підготовки або досліження зразок може бути пошкодженим, результати будуть трішки не ті, що треба. Біологічні зразки під дією електронів електронного мікроскопу руйнуються або змінюються, тому довгий час мікробіологи використовували оптичні мікроскопи.
Найкращім рішенням було б дослідження замороженої клітини або розчину, але при замерзанні вода кристалізується, розширюється та може пошкодити зразок. При особливих умовах – швидкісне замороження або замороження під тиском – вода перетворюється на скловидне тіло, тверде, але не кристалічне. Тоді зразок можна буде сканувати в електронному мікроскопі, структора та зв’язки в молекулах не будуть руйнуватися, можна буде отримати тривимірне зображення.
Як це відбувається
Підготовлений розчин капають на дрібну сітку, сітку опускають в охолодженний рідким азотом розчин етана, вода в сітці замерзає тонким шаром скловидної криги. Зразок досліджують.
Таким чином можно отримувати зображення об’єктів, менших 0,3 нанометрів.
Ця ілюстрація показує, наскільки покращілась роздільна здатність з 2013 року.
Розсташування атомів в молекулах а) білка, відповідального за “біологічний годинник” (премія цього року з медицини); b) вимірювача тиску в органах слуху; с) віруса Зіка. Зображення отримані за допомогою кріогенної мікроскопії.
За можливість отримувати такі гарні картинки Жак Дюбоше, Йохим Франк та Річард Гендерсон отримають свій мільйон на трьох і пошану, яку виміряти значно складніше.
Посилання:
Сайт Нобелівської премії і популярне пояснення на ньому (є більш наукове) і твітер премії.
ScienceUkraine.com
naked-science
The Fine Structure of a Frozen Virus
Getting Started in Cryo-EM – не весь курс, а тільки матеріали про нього. На курс часу не вистачило, хоча було б корисно.
І Вікіпедія для термінів :)
Add Comment