探索生命物質(zhì)分子骨架的鑰匙——上海有機(jī)所魅力有機(jī)化學(xué)拓展課程（六)
11月19日，“魅力有機(jī)化學(xué)”科普拓展課程第六講在中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所進(jìn)行，來(lái)自生命有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李發(fā)祥、程小芳同學(xué)和劉建平、謝興巧、王穎黎博士向上海市零陵中學(xué)的同學(xué)們介紹和展示了探索生命物質(zhì)分子骨架的鑰匙——核磁共振和X射線晶體衍射。
李發(fā)祥同學(xué)首先為大家介紹了生命物質(zhì)分子骨架的基本元素——C、H、N、O、P，這些簡(jiǎn)單的基本元素，排列組合形成有機(jī)小分子和生物大分子，在我們的生活中發(fā)揮了特別重要的功能。隨后展示的葡萄糖、果糖、乙醇、維生素等有機(jī)小分子和核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的分子結(jié)構(gòu)，讓同學(xué)們對(duì)什么是生命物質(zhì)分子骨架有了直觀的認(rèn)識(shí)。乙醇和二甲醚的骨架展示讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)到雖然有些物質(zhì)的元素組成完全相同，但是如果分子排列不同，就可能導(dǎo)致物質(zhì)性質(zhì)和功能的千差萬(wàn)別；哺乳動(dòng)物體內(nèi)的正常的PrpC蛋白與瘋牛病病原體PrpsC蛋白，其元素和氨基酸組成是一致的，由于前者的三維構(gòu)象發(fā)生改變后就能變成后者，從而導(dǎo)致人類(lèi)患病。
既然生命物質(zhì)如此重要而且復(fù)雜多變，那么怎樣才能揭開(kāi)這些謎團(tuán)呢？隨著科學(xué)的發(fā)展，核磁共振波譜學(xué)和X射線晶體衍射分析技術(shù)，就是兩把能打開(kāi)這把鎖鑰匙，這也是同學(xué)們隨后現(xiàn)場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)的內(nèi)容：在實(shí)驗(yàn)室里觀察蛋白的晶體，晶體的模擬軟件以及800M核磁共振譜儀。
在實(shí)驗(yàn)室里，謝興巧博士利用電腦軟件為大家搭建了生活中常見(jiàn)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型，從形如小狗的乙醇模型到讓人眼花繚亂的核糖體結(jié)構(gòu)模型，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由小分子到大分子甚至超大分子，向同學(xué)們展示了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的精彩世界，同學(xué)們認(rèn)識(shí)到從結(jié)構(gòu)中能夠很直觀的觀察到分子中的每一個(gè)原子的空間分布。陳小芳同學(xué)則指導(dǎo)同學(xué)們觀察顯微鏡下的蛋白質(zhì)晶體，看到顯微鏡下一顆顆形如鉆石的五彩晶體，同學(xué)們都感到十分興奮。通過(guò)進(jìn)一步的介紹，同學(xué)們了解到，得到這些在空間排列中具有一定規(guī)則的幾何外形的蛋白晶體之后，才能用X射線衍射的方法，記錄和分析衍射數(shù)據(jù)，從而得到蛋白晶體的數(shù)據(jù)，通過(guò)解析得到各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
而在800兆核磁共振譜儀房間，當(dāng)同學(xué)得知儀器的磁場(chǎng)強(qiáng)度是地球磁場(chǎng)的37萬(wàn)倍時(shí)，紛紛驚嘆不已。通過(guò)劉建平老師的講解，同學(xué)們又了解到醫(yī)院里也有核磁共振儀，但不是用來(lái)測(cè)定分子結(jié)構(gòu)，而是用來(lái)檢查病人的大腦。接下來(lái)劉建平老師還給同學(xué)們展示了乙醇、葡萄糖、維生素B2和蛋白質(zhì)分子的一維氫譜，讓大家了解這一技術(shù)可以辨別分子內(nèi)同一種元素的不同原子；而正是這一靈敏的強(qiáng)大功能，幫助科學(xué)家們解析出復(fù)雜分子的結(jié)構(gòu)。有了這種直觀的感受同學(xué)們又近一步了解了運(yùn)用核磁共振技術(shù)解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)思路：核磁共振測(cè)出分子內(nèi)氫原子間的距離，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件模擬，得到符合實(shí)驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分子構(gòu)象。
意猶未盡的同學(xué)們還參觀了實(shí)驗(yàn)室的主要儀器設(shè)備,純化蛋白的方法和儀器、擴(kuò)增DNA的PCR儀、進(jìn)行分子克隆用的超凈臺(tái)、培養(yǎng)箱、搖床，AKTA蛋白純化儀以及蛋白電泳儀等。
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