2008年诺贝尔化学奖.ppt

2008年诺贝尔化学奖NobelPrizeinChemistry2008,1,AlfredNobelswillstatedthat94%ofhistotalassetsshouldbeusedtoestablishtheNobelPrizes,31millionSEK(c.US$186millionin2008),TheNobelFoundationwasfoundedasaprivateorganisationon29June1900,tomanagethefinancesandadministrationoftheNobelPrizes.,Sincethe1980s,theFoundationsinvestmentshavebecomemoreprofitableandasof31December2007,theassetscontrolledbytheNobelFoundationamountedto3.628billionSwedishkronor(c.US$560million).,TheNobelFoundation,2,阿尔弗雷德诺贝尔一生拥有发明专利355项，在20个国家开办了约100家公司，是当时欧洲最为富有的人之一。诺贝尔的遗产执行人在各国奔波了4年才把他的财产清算完毕，去除留给他亲朋好友的部分外，剩余3300多万瑞典克朗，当时合920万美元，按购买力计算大约相当于2008年的1.86亿美元。,3,诺贝尔基金投资于收益较低、风险也较低的证券中，从20世纪中期也开始参与股票和不动产的投资，每年由此产生的收益即为当年的诺贝尔奖金总额。一百多年来，由于税务法规和政策、货币购买力、投资收益等的变化，每年的奖金总额都有变化，也曾经出现过多年的下降。,4,不过，随着基金总额的累积，近几十年来诺贝尔奖的奖金额度持续增长。1901年第一次颁奖时单项奖金约为15万瑞典克朗，合当时4.2万美元。到20世纪80年代的时候，单项奖金增加到100万瑞典克朗以上，进入21世纪后更是增加到1000万瑞典克朗以上，2007年的奖金按当时汇率换算约为180万美元。,5,瑞典皇家科学院日宣布，日本科学家下村修、美国科学家马丁沙尔菲和美籍华裔科学家钱永健获得今年的诺贝尔化学奖。瑞典皇家科学院说，这三位科学家因在发现和研究绿色荧光蛋白方面做出贡献而获奖。他们三人将平分诺贝尔化学奖奖金。,新华网斯德哥尔摩月日电,6,今年岁的下村修生于日本，年赴美，现居住在美国马萨诸塞州。他于年在水母中发现了绿色荧光蛋白。沙尔菲目前是美国哥伦比亚大学生物学教授，他在利用绿色荧光蛋白做生物示踪分子方面做出了贡献。华裔科学家钱永健年生于美国纽约，目前在加州大学圣迭戈分校任教。,7,今年的诺贝尔化学奖奖励的是对GFP的原初发现以及一系列的重要发展，这些发展已经作为标记工具在生物科学中使用。通过DNA技术，研究人员现在能够将GFP和其他有趣但却不可见的蛋白联系起来。发光标记使科学家能够观察蛋白的运动、位置以及相互作用。,8,绿色荧光蛋白于1962年首次在Aequoreavictoria（一种随北美西海岸洋流漂移的水母）中被观察到。从那时开始，它就成为当代生物科学最重要的工具之一。在GFP的帮助下，研究人员已经发展出多种方法来观察先前不可见的过程，比如大脑神经细胞的发育和癌细胞如何进行扩散。,9,数万种不同的蛋白存在于活有机体内，控制着重要化学过程的微小细节。如果这一蛋白机器出现故障，疾病就会随之而来。这就是为什么生物科学如此急切地要描绘出身体中不同蛋白的功能。在GFP的帮助下，研究人员也可以跟踪研究多种不同细胞的命运，比如阿尔海默氏症中神经细胞的损伤，或者一个正在发育的胚胎的胰腺，如何创造出产胰岛素的细胞。在一项独特的研究中，科学家用各种颜色成功标记了小鼠大脑中的不同神经细胞。,10,NobelPrizeinChemistry2008:forthediscoveryanddevelopmentofthegreenfluorescentprotein,GFP,MarineBiologicalLaboratory(MBL)WoodsHole,MA,USA;BostonUniversityMedicalSchoolMassachusetts,MA,USA,ColumbiaUniversityNewYork,NY,USA,UniversityofCaliforniaSanDiego,CA,USA;HowardHughesMedicalInstitute,11,钱永健的主要贡献在于让人们理解了GFP发出荧光的机制。同时，他拓展出绿色之外的可用于标记的其他颜色，从而使科学家能够对各种蛋白和细胞施以不同的色彩。这一切，令在同一时间跟踪多个不同的生物学过程成为现实。,2008诺贝尔化学奖获奖三位科学家分别的贡献如下：,下村修首次从Aequoreavictoria中分离出GFP。他发现该蛋白在紫外线下会发出明亮的绿光。,MartinChalfie证明了GFP作为多种生物学现象的发光遗传标记的价值。在最初的一项实验中，他用GFP使秀丽隐杆线虫的6个单独细胞有了颜色。,12,水母素和GFP都有重要的应用。但水母素仍是荧光素酶的一种，它需要荧光素。而GFP蛋白质本身发光，在原理上有重大突破。Chalfie的文章立即引起轰动，很多生物学研究者纷纷将GFP引入自己的系统。在一个新系统表达GFP就能在自然、科学上发表文章，其实不过是跟风性质，没有原创性。,13,1955年Davenport和Nicol发现水母可以发绿光，但不知其因。在1962年下村修和约翰森在那篇纯化水母素的文章中，有个注脚，说还发现了另一种蛋白，它在阳光下呈绿色、钨丝下呈黄色、紫外光下发强烈绿色。其后他们仔细研究了其发光特性。1974年，他们纯化到了这个蛋白，当时称绿色蛋白、以后称绿色荧光蛋白GFP。Morin和Hastings提出水母素和GFP之间可以发生能量转移。水母素在钙刺激下发光，其能量可转移到GFP，刺激GFP发光。这是物理化学中知道的荧光共振能量转移(FRET)在生物中的发现。,14,下村修本人对GFP的应用前景不感兴趣，也没有意识到应用的重要性。他离开普林斯顿到WoodsHole海洋研究所后，同事普腊石(DouglasPrasher)非常感兴趣发明生物示踪分子。1985年普腊石和日裔科学家SatoshiInouye独立根据蛋白质顺序拿到了水母素的基因（准确地说是cDNA）。1992年，普腊石拿到了GFP的基因。有了cDNA，一般生物学研究者就很好应用，比用蛋白质方便多了。,15,Theoddmanoutinthistriumvirate（traImvrIt三人的联合政治,三人执政）isDouglasPrasher.Withatinylabandbudget,PrasherdiscoveredtheprimarysequenceofGFPandclonedthecDNAofGFP.Unfortunately,aroundthetimeofhisworkspublication,hisgrantranout.PrashersentoutDNAsamplestoChalfie,Tsienandothers,shutdownhislabandleftscience.Prasherscontributionwastheessentialfoundationfortheexplosionofdevelopmentsinthefield.SomearguethatTsienwouldhavealreadywontheNobelprizeforcalciumsignalingifnotforhiscontributiontoGFP.Asagraduatestudent,heinventedthehighaffinitycalciumchelator（ki:lit螯合的;螯化物）BAPTA.UsingBAPTAasafoundation,hecreatedalargefamilyoffast,brightcalciumdyes,includingfura-2.Nearlyeveryfluorescentdyeforcalciumwaseitherhisinventionoraclosevariantofoneofthese.Theimportanceofthesetoolsforunderstandingintracellularcommunicationcannotbeoverstated.,16,普腊石1992年发表GFP的cDNA后，不做科学研究了。他申请美国国家科学基金时，评审者说没有蛋白质发光的先例，就是他找到了，也没什么价值。一气之下，他离开学术界去麻省空军国民卫队基地，给农业部动植物服务部工作。当时他如果花几美元，就可以做一个一般研究生都能做，但是非常漂亮的工作：将水母的GFP基因放到其他生物体内，比如细菌里，看到荧光，就完全证明GFP本身可以发光，无需其它底物或者辅助分子。将GFP表达到其它生物体这项工作，1994年由两个实验室独立进行：美国哥伦比亚大学做线虫的MartyChalfie实验室，和加州大学圣迭哥分校、Scripps海洋研究所的两位日裔科学家Inouye和Tsuji。,17,1994年，华裔美国科学家钱永健（RogerYTsien）开始改造GFP，有多项发现。世界上用的大多数是钱永健实验室改造后的变种，有的荧光更强，有的黄色、蓝色，有的可激活、可变色。在一些非模式生物的体内寻找有颜色的蛋白成为一些人的爱好，现象正如当年在嗜热生物中找到以后应用广泛的PCR聚合酶后的一波浪潮。,水母,18,纵观整个过程，从1961年到1974年，下村修和约翰森的研究遥遥领先，而很少人注意。如果其他生化学家愿意，他们也可以得到水母素和GFP，技术并不特别难。在1974年以后，特别是八十年代后，后继的工作，很多研究生都很容易做。其中例外是钱永健实验室发现变种出现新颜色，并非显而易见。钱永健是和下村修研究相关的一位重要科学家。他在成像技术中，有两项重要工作都与下村修有一定关系。,19,现年岁的下村修出生于日本京都府，年获得名古屋大学理学博士学位后赴美，先后在美国普林斯顿大学、波士顿大学和伍兹霍尔海洋生物实验所工作。他年从一种水母中发现了荧光蛋白，被誉为生物发光研究第一人。,下村修,20,两位日本科学家和一位美籍日裔科学家荣获年诺贝尔物理学奖，日本国内希望借此机会扭转社会上对理工科敬而远之的风气，给基础科学研究注入活力。年诺贝尔物理学奖获奖名单日公布后，读卖新闻当天晚上就发出了号外。相关的消息和解读文章更是充斥了日日本各大报纸的版面。,新华网东京月日电（记者钱铮）,21,生物发光现象，下村修和约翰森以前就有人研究。萤火虫发荧光，是由荧光素酶（luciferase）作为酶催化底物分子荧光素（luciferin），有化学反应如氧化，以后产生荧光。而蛋白质本身发光，无需底物，起源是下村修和约翰森的研究。下村修和约翰森用过几种实验动物，和本故事相关的是学名为Aequoreavictoria的水母。1962年，下村修和约翰森等在细胞和比较生理学杂志上报道，他们分离纯化了水母中发光蛋白水母素。,22,据说下村修用水母提取发光蛋白时，有天下班要回家了，他把产物倒进水池里，临出门前关灯后，依依不舍地回头看了一眼水池，结果见水池闪闪发光。因为水池也接受养鱼缸的水，他怀疑是鱼缸成分影响水母素，不久他就确定钙离子增强水母素发光。1963年，他们在科学杂志报道钙和水母素发光的关系。其后Ridgway和Ashley提出可以用水母素来检测钙浓度，创造了检测钙的新方法。钙离子是生物体内的重要信号分子，水母素成为第一个有空间分辨能力的钙检测方法，是目前仍用的方法之一。,23,24,ShimomurafirstdiscoveredGFPduringthestudyofthebioluminescentproteinaequorin(i:kw:rinn.(水母体内的)发光蛋白质),themechanismbywhichcertainjellyfishglow.Inthefootnotetohisseminalpaperonaequorinpurification,henotedtheadditionalpresenceof“aproteingivingsolutionsthatlookslightlygreenishinsunlightthroughonlyyellowishundertungsten(tstn名词不可数化学钨)lights,andexhibitingaverybright,greenishuorescenceintheultraviolet.”,/ccacad/zimmer/GFP-ww/shimomura.html,GreenFluorescentProtein,25,26,马丁沙尔菲现年岁，美国哥伦比亚大学生物学教授，他获奖的主要贡献在于向人们展示了绿色荧光蛋白作为发光的遗传标签的作用，这一技术被广泛运用于生理学和医学等领域。诺贝尔奖评审委员会说，这种蛋白已经成为同时代生物科学研究最重要的工具之一。,马丁沙尔菲,27,28,ChalfietookthecDNAofGFPandfirstexpresseditbacteriaandworms.HedemonstratedGFPcouldbeusedasamoleculartag.Surprisingly,theproteinfoldedandfunctionedwithouttheuseofco-factorsspecifictothejellyfish.,/cu/biology/faculty-data/martin-chalfie/faculty.html,29,钱永健祖籍杭州，年出生于美国纽约，现为美国加州大学圣迭戈分校生物化学及化学系教授、美国国家科学院院士、国家医学院院士，年沃尔夫奖医学奖得主。钱永健的主要贡献在于利用水母发出绿光的化学物来追查实验室内进行的生物反应，他被认为是这方面的公认先驱。,钱永健,30,钱博士的叔父是钱学森，他是中国火箭之父，同时也是美国和中国在导弹和航天领域的重量级人物，他为中国航空航天工业做出了巨大贡献。,31,钱永健年出生于美国纽约，在新泽西州利文斯顿长大。钱永健的家族可谓是“科学家之家”，家中有多位工程师，他的父亲是机械工程师，舅舅是麻省理工学院的工程学教授。,RogerY.TsienwasborninNewYork,in1952.HegrewupinLivingston,NewJerseyandattendedLivingstonHighSchoolthere.Hehadanumberofengineersinhisextendedfamily,includinghisfatherwhowasamechanicalengineerandhismothersbrotherswhowereengineeringprofessorsatMIT.Tsien,whocallshisownworkmolecularengineering,oncesaid,Imdoomedbytodothiskindofwork.,32,钱永健小时候患有哮喘，只能经常待在家里。他对化学实验感兴趣，常常在家中地下室里做化学实验，一做就是几个小时。岁时，钱永健获得生平第一个重要奖项，也是美国给予高中学生完成科研项目的最高奖：西屋科学天才奖，当时他研究的是金属如何与硫氰酸盐结合。,Tsiensufferedfromasthmaasachild,andasaresult,hewasoftenindoors.Hespenthoursconductingchemistryexperimentsinhisbasementlaboratory.Whenhewas16,hewonfirstprizeinthenationwideWestinghousetalentsearchwithaprojectinvestigatinghowmetalsbindtothiocyanate（aiusaineit）.,33,钱永健后来拿了美国国家优等生奖学金进入哈佛大学学习，20岁获得化学物理学士学位并从哈佛毕业，接着前往剑桥大学深造，1977年获得生理学博士学位。,HeattendedHarvardUniversityonaNationalMeritScholarshipandgraduatedwithaBachelorofScienceinchemistryandphysicsin1972.Hegraduatedwithsummacumlaude.Aftercompletinghisbachelorsdegree,hejoinedthePhysiologica(lfizildikl1生理的,生理学的)LaboratoryattheUniversityofCambridgeinCambridge,EnglandwiththeaidofaMarshallScholarship.HereceivedhisPh.DinphysiologyfromtheUniversityofCambridgein1977.HewasaResearchFellowinGonvilleandCaiusCollege,UniversityofCambridgefrom1977to1981.,34,AftercompletinghisPhDatCambridgeUniversity,hewasappointedtothefacultyattheUniversityofCalifornia,Berkeleyfrom1982to1989.Since1989hehasbeenworkingattheUniversityofCalifornia,SanDiego,asProfessorofPharmacologyandProfessorofChemistryandBiochemistry,andaninvestigatoroftheHowardHughesMedicalInstitute.,年，钱永健来到加州大学伯克利分校，并在这里工作年，成为大学教授。年，钱永健将他的实验室搬到加州大学圣迭戈分校，现在他是该校的药理学教授以及化学与生物化学教授。钱永健年当选美国医学研究院院士，年当选美国国家科学院院士和美国艺术与科学院院士。,35,Tsienisrenownedforrevolutionizingthefieldsofcellbiologyandneurobiology（njurubaildi神经生物学）byallowingscientiststopeerinsidelivingcellsandwatchthebehaviorofmoleculesinrealtime.Heiswell-knownfordevelopingcolorfuldyes,suchasFura-2,totrackthemovementofcalciumwithincellsandhasgeneticallymodifiedmoleculesthatmakejellyfishandcoralsglow,creatingfluorescentcolorsinadazzlingvarietyofhues.Thesemulticoloredfluorescentproteinsareusedbyscientiststotrackwhereandwhencertaingenesareexpressedincellsorinwholeorganisms.,36,钱永健获得了许多重要奖项，包括：年，帕萨诺基金青年科学家奖；年，比利时阿图瓦巴耶拉图尔健康奖；年，盖尔德纳基金国际奖；年，美国心脏学会基础研究奖；年，美国化学学会创新奖；年，荷兰皇家科学院海内生物化学与生物物理学奖；年，世界最高成就奖之一以色列沃尔夫奖医学奖。,37,In2004,TsienwasawardedtheWolfPrizeinMedicinefor“forhisseminal（smnL与种子有关的，引起的;创造的）contributiontothedesignandbiologicalapplicationofnovelfluorescentandphotolabilemoleculestoanalyzeandperturb(pt:b使混乱,使烦恼)cellsignaltransduction.In2006hebecameaForeignFellowoftheRoyalSocietyintheUK.In2008,TsiensharedtheNobelPrizeinChemistrywithOsamuShimomuraandMartinChalfieforTheGreenFluorescentProtein:Discovery,ExpressionandDevelopment.,38,39,TsiendevelopedGFPintothemanyusefulvariantsweusetoday.HereportedtheS65Tpointmutationthatgreatlyimproveditsfluorescentcharacteristics.HislabalsoevolvedGFPintomanyothercolorvariants,anddemonstratedthatthesevariantscouldbeusedasgenetically-encodedintracellularsensorsforcalcium,enzymeaction,andglutamate(谷氨酸盐).,ChromophoreoftheS65Tmutant(mjutnt;mju:tnt由突变而产生之新种或新个体,变种)ofGFP,/People.htm,40,Inanearlyexperiment,heinsertedtheproteinintosixcellsofatransparentroundworm.Whenplacedunderultravioletlight,thosecellsglowedgreen,revealingtheirlocation.Dr.Tsienwasabletomakeglowingproteinsofcolorsotherthangreen,allowingbiologiststotrackdifferentcellularprocessesatthesametime.BiologistsnowroutinelyusegreenfluorescentproteinsfortrackingthegrowthandfateofspecificcellslikenervecellsdamagedbyAlzheimersdisease.,41,42,TransgenicGFPmouse转基因鼠,43,一项是钙染料。1980年钱永健发明检测钙离子浓度的染料分子，1981年改进将染料引入细胞的方法，以后发明更多、更好的染料，被广泛应用。检测钙的方法有三种：选择性电极、水母素、钙染料。在钱永健的钙染料没有出现以前，具有空间检测能力的只有水母素，但当时水母素需要注射到细胞内，应用不方便，而钱永健的染料可以通透到细胞里面去。水母素和钙染料各有优缺点，目前用染料的人多。钱永健还发明了多种染料用于研究其他分子。,44,钱永健的第二项工作是GFP。1994年起，钱永健开始研究GFP，改进GFP的发光强度，发光颜色（发明变种，多种不同颜色），发明更多应用方法，阐明发光原理。世界上应用的FP，多半是他发明的变种。他的专利有很多人用，有公司销售。钱永健的工作，从八十年代一开始就引人瞩目。他可能是世界上被邀请给学术报告最多的科学家，因为化学和生物