理察·韩德森查看源代码讨论查看历史

理察·韩德森 Richard Henderson
图片来源：2017诺贝尔化学奖——用低温捕获生命原态的原子细节
出生	(1945-07-19) 1945年7月19日 英国苏格兰爱丁堡
国籍	英国
母校	爱丁堡大学（BS） 剑桥大学基督圣体学院（MS，PhD）
机构	分子生物学实验室
知名于	低温电子显微镜开创者
研究领域	结构生物学，低温电子显微镜
奖项	诺贝尔化学奖（2017）

理查·韩德森，CH，FRS，FMedSci，Hon FRSC（英语：Richard Henderson，1945年7月19日－），苏格兰分子生物学家、生物物理学家、英国皇家学会院士。他是低温电子显微镜研究领域的开创者。2017年与雅克·杜巴谢、约阿希姆·法兰克共同获得诺贝尔化学奖。

图1：图片来自 2017年诺贝尔化学奖简介

图2：图片来自 2017年诺贝尔化学奖简介

主要研究贡献

源起

• 生物分子的结构到底有什么重要性？细胞是生命的基本单元，其运作是靠著里面许许多多的蛋白质机器不断运转。了解这些分子机器如何运动，以便能一窥细胞的奥秘，并通过控制或改造这些生物分子，使人类有机会脱离疾病的束缚。
• 如何了解这些分子机器如何运动，最直接的方法就是对这些分子机器摄像。

韩德森：走出结晶学的先知

从X射线晶体学转换跑道

• 韩德森的博士学位是关于X射线晶体学。他运用X射线晶体学使蛋白质成像，但在试图结晶一种天然嵌入细胞膜中的蛋白质（称为膜蛋白）时碰了钉子。

• 膜蛋白是相当难以处理的，当它们从原本环境的细胞膜中移除时，经常会堆积成一团无用的物质。韩德森研究的第一个膜蛋白相当难以制备足够的量，第二个膜蛋白则是无法结晶。

• 经过多年的挫败，韩德森决定转向唯一可行的替代方案：电子显微镜。

电子显微镜术是否可行？

• 正如其名，电子显微镜术运作类似普通的显微镜，不过却是用电子束而非光来穿透样品。因为电子的波长比可见光小得多，电子显微镜能够看到非常小的结构 – 甚至是个别原子的位置。

• 理论上电子显微镜的解析度应该远高于韩德森用来研究膜蛋白的原子结构所需的解析度，但实际上这个计画几乎不可行。原因如下：
  • 这种技术只适用于非活体，因为高解析度影像所需的高强度电子束，会烧毁生物材料。但若减弱电子束的强度，影像则会失去对比度而变得模糊。
  • 电子显微镜术需要真空环境，这条件之下生物分子会因周遭水分蒸发而变质。生物分子干燥之后会折叠并失去原本的结构，使得到的影像失去意义。

菌紫质 拯救了 韩德森的研究计画'

• 在几乎失败时，韩德森 发现可以用特殊蛋白质，菌紫质。菌紫质是一种光合生物体中嵌入细胞膜的紫色蛋白质，用以攫取来自太阳光的能量。

• 并非像先前一样把敏感的蛋白质从细胞膜分离，韩德森和他的同事直接把整个紫色的细胞膜放到电子显微镜底下，这样被细胞膜包围的蛋白质会保持原本的结构。他们在样品表面加上葡萄糖溶液，用来保护蛋白质不在真空底下干掉。

• 他们并未使用全剂量的电子轰击，改以较弱的电子束流过样品。虽然这样拿到的图像并没有很好的对比度，也没办法看清个别分子，但这种蛋白质整齐堆叠成相同方向的特性，让研究人员知道所有蛋白质绕射电子的模式应该几乎相同，由此他们能够从绕射图中计算出更详细的影像。

• 利用这个方法，在1975年建构了菌紫质结构的粗略3D模型(图1)，显示蛋白质链是如何在细胞膜内穿越七次。

韩德森得到第一个原子解析度的影像

• 后来，电子显微镜的技术逐渐进步，镜片变得更好，加上冷冻技术的进展，韩德森逐渐在菌紫质的模型中添加更多细节，以便获得最清晰的影像。

• 终于，在1990年，也就是韩德森发表第一个模型的15年后，他达到了他的目标，并发表了一个解析度到达原子尺度的菌紫质结构(图2)。

• 韩德森因此证明了低温电子显微镜技术（cryo-EM）可以提供与使用X射线晶体学相同细节的影像，这是个关键的里程碑。

获得诺贝尔化学奖原因

• 了解生物分子的结构到底有什么重要性？细胞是生命的基本单元，细胞的运作是靠著里面许许多多的蛋白质机器不断运转。了解这些分子机器如何运动，使得人类能一窥细胞的奥秘，并通过控制或改造这些生物分子，使人类有机会脱离疾病的束缚。而如何了解这些分子机器如何运动，最直接的方法就是对这些分子机器摄像。

• 2017年诺贝尔化学奖颁给了看似物理学的低温电子显微术领域，却是属于结构和分析的化学范畴，代表此领域获奖的是分别在样品制备 、影像重组和低剂量电子成像 3 个关键有卓越突破的 雅克·杜巴谢（Jacques Dubochet）、约阿希姆·法兰克（Joachim Frank）以及 理察·韩德森（Richard Henderson），获奖原因为“发展低温电子显微术，可应用于溶液中生物分子的高解析度结构测定”。

物理学家获2017年诺贝尔化学奖

• 约阿希姆·法兰克（Joachim Frank）：德裔生物物理学家。
• 理察·韩德森（Richard Henderson）：苏格兰分子生物学家和生物物理学家。
• 雅克·杜巴谢（Jacques Dubochet）：瑞士生物物理学家。

视频

2017诺贝尔化学奖三位科学家分享诺贝尔化学奖

细菌群如何协同工作:在水中会形成"不可思议"超流体