Max Perutz 诞辰 109 周年纪念日

Max Perutz 1962，在这一年他获得诺贝尔奖

2023年5月19日是 Max Perutz 诞辰的109周年纪念日。他是谁，他是如何成功通过X射线确定第一个蛋白质的呢？

 

根据蛋白质数据库的记录，我们已经鉴定出了约20万个蛋白质和复合物的结构。X射线晶体学、冷冻电镜（cryoEM）和核磁共振是确定蛋白质结构的主要技术。而人工智能的最新进展为我们提供了一种新工具——AlphaFold。然而，在Max Perutz和John Kendrew于1962年通过解析肌红蛋白和血红蛋白的结构获得诺贝尔化学奖之后的六十年里，X射线晶体学仍然是结构生物学家主要采用的方法。

 

然而，这背后的历史是什么样的呢？第一个蛋白质是如何用 X 射线鉴定出来的？

 

铭记 Max Perutz

 

Max Perutz 被许多人尊称为“分子生物学之父”。他的生平经历与研究成功都非常精彩。

 

他在维也纳大学攻读化学学士学位，然后转到剑桥大学卡文迪许实验室继续深造。将他引入X射线晶体学领域的人是 J.D. Bernal。在 Sir Lawrence Bragg的支持下，他顺利完成了博士学位论文。在与 F. Haurowitz 的讨论中，他受到启发开始研究胰蛋白酶和血红蛋白。16年后，后者为他赢得了诺贝尔奖。

 

在这16年中，Max Perutz 一直在解决相位问题。从使用傅立叶合成公式到创建帕特森图，再到改进同构替代方法，这是Max Perutz走过的道路，直到他解决了这个问题。他将创建帕特森图描述为"在我的学科中曾经做过的最糟糕、最乏味的工作之一"。然而，他并没有放弃。相位问题的解决得益于同构替代方法的进展。John Kendrew使用了珀齐特改进的方法成功确定了较小的蛋白质肌红蛋白的结构。

 

这大致是Max Perutz的研究历程，而他最终因此获得了诺贝尔奖。在他一生中，他也取得了很多的成就。以下是一些关于他的其他有趣事实：

 

关于Max Perutz的有趣事实：

 

1. Max Perutz是奥地利人，他的父母希望他进入法学院就读。然而，他选择了学习化学，并于1936年获得学位。

 

2. 由于战争的缘故，他未能完成博士学位。Sir Lawrence Bragg鼓励他申请一个研究经费，在获得经费后，他在Bragg的指导下成功完成了博士论文。

 

3. 他的学生Francis Crick 曾公开批评他，认为他的X射线晶体学在结构生物学方面不会取得任何有益的结果。

 

4. Max Perutz 写了一本名为《我希望我激怒了你》的书。这本书包含了他关于科学、科学家和人文的精彩文章，并获得Sir Alan R. Fersht的赞誉。

 

5. 获得诺贝尔奖的结构血红蛋白以 5.5 Å 分辨率发表在 Nature 上。

 

6. Max Perutz 与John Kendrew共同获得了1962年的化学诺贝尔奖。与此同时，他的学生

F. Crick，J. Watson 和 M. Wilkins因发现DNA分子结构而获得了医学诺贝尔奖。

 

7. Max Perutz 最后的研究项目是关于多谷氨酸重复在亨廷顿病中的作用。他的最后两篇科学论文是在他被紧急手术入院前的十分钟内完成的。

 

当前的发展和未来展望

 

从解析第一个蛋白质结构到结构生物学的最新进展，经历了多年的发展和技术进步。在20世纪60年代初，肌红蛋白和血红蛋白的结构分别以2Å 和5.5Å 的分辨率被解析出来。目前，通过推动技术的极限，利用更亮、第三代和第四代同步辐射设施以及自由电子激光器，我们不仅可以在可溶性蛋白和膜蛋白结构中获得更高的分辨率，还为新的创新和令人兴奋的技术打下了基础。

 

越来越多的单晶实验正在通过粉末衍射实验和串行晶体学实验进行补充，甚至取而代之。常温、原位或时间分辨实验只是一些先进的动态实验，它们提供了关于蛋白质机制、相互作用和功能的洞察。这些进展，加上更好、更快、无噪声的探测器，预示着一个非常光明的未来！

 

仍有许多蛋白质有待探索。随着技术的快速演进，正确的问题似乎不是我们是否能够发现它们，而是何时发现它们。

 

Reference

DeepMind - AlphaFold

Nobel Prize lecture: “X-ray analysis of hemoglobin”, Max F. Perutz, 1962

Perspective: Cracking the Phase Problem

Structure Of Hemoglobin: A Three-Dimensional Fourier Synthesis of Reduced Human Hemoglobin at 5.5 Å Resolution

A Three-Dimensional Model of the Myoglobin Molecule, Obtained by X-Ray Analysis

Life of Max Perutz (1914-2002)

Max Perutz 1914-2002: 'The godfather of molecular biology

Fersht, A. Max Ferdinand Perutz OM FRS. Nat Struct Mol Biol 9, 245–246 (2002)