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    X射線(xiàn)晶體衍射是人們了解原子世界的利器，這一技術(shù)為人們解析了大量的重要生物學(xué)結構。今年是這一技術(shù)的百年誕辰，本期《自然》（Nature）雜志以特刊形式，介紹了X射線(xiàn)晶體衍射的過(guò)去、現在和將來(lái)。
 

    1914年，德國科學(xué)家MaxvonLaue因為發(fā)現晶體中的X射線(xiàn)衍射現象，獲得了諾貝爾物理學(xué)獎，這一發(fā)現直接催生了X射線(xiàn)晶體學(xué)。從那以后，研究者們用這一衍射技術(shù)解析了大量復雜分子的晶體結構，從簡(jiǎn)單的礦物、高科技材料（如石墨烯）到病毒等生物學(xué)結構。隨著(zhù)這一技術(shù)的不斷改進(jìn)，出成果的節奏也越來(lái)越快。現在蛋白晶體成像的分辨率已經(jīng)實(shí)現了突破，能夠區分單個(gè)原子。而新X射線(xiàn)源實(shí)現了對困難蛋白的成像，這些蛋白難以甚至不能形成大晶體。

    VonLauehit的理論是，當X射線(xiàn)通過(guò)晶體時(shí)會(huì )發(fā)生衍射，而衍射模式可以體現原子的定位。1912年，VonLauehit及其同事用硫酸銅驗證了這一理論。
 

    自1971年以來(lái)，全球蛋白數據庫（WorldwideProteinDataBank）就在不斷收集蛋白質(zhì)結構數據，目前已經(jīng)收錄了將近十萬(wàn)個(gè)條目。包括晶體學(xué)開(kāi)放式數據庫COD在內的其他數據庫，收錄了各種物質(zhì)的結構，從礦物質(zhì)、金屬到小生物分子。
 

    隨著(zhù)成像和數據分析技術(shù)的進(jìn)步，研究人員能夠獲得更細微的結構信息，解決越來(lái)越復雜的分子結構。

    晶體學(xué)百年大事記

    1913：鉆石

    研究者們利用衍射成像技術(shù)，明確了這一著(zhù)名晶體中碳原子的四面體結構。

    1923：環(huán)六亞甲基四胺（Hexamethylenetetramine）

    首個(gè)成像的有機分子。

    1925：石英Quartz

    確定這一硅酸鹽礦物的結構，為礦物學(xué)研究奠定了基礎。

    1952：DNA

    RosalindFranklin對DNA進(jìn)行了X射線(xiàn)成像，這一圖像幫助沃森和克里克建立了著(zhù)名的雙螺旋模型。不過(guò)直到1980年，人們才獲得了原子分辨率的DNA結構。

    1958：肌紅蛋白Myoglobin

    首個(gè)成像的蛋白質(zhì)，其結構中的不規則折疊令人們非常驚訝。

    1965：溶菌酶Lysozyme

    首個(gè)成像的酶，源自雞蛋清。

    1970：同步加速器

    德國DESY（GermanElectronSynchrotron）的昆蟲(chóng)肌肉研究，首次使用了同步加速器生成的X射線(xiàn)。這一技術(shù)大大推動(dòng)了晶體學(xué)領(lǐng)域的研究。

    1978：番茄叢矮病毒

    首次在原子水平上成像完整的病毒。這項研究中的發(fā)現，對人體病原體同樣適用。

    1984：準晶體Quasicrystals

    首次發(fā)現原子排列“反常”的晶體。

    2000：核糖體

    根據DNA指令裝配蛋白質(zhì)的重要分子機器。

    2009：X射線(xiàn)自由電子激光器

    美國SLAC國家加速器實(shí)驗室的直線(xiàn)加速器相干光源（LinacCoherentLightSource）投入使用，為成像技術(shù)開(kāi)辟了新的天地。

    2013：HIV三聚體

    X射線(xiàn)晶體學(xué)成像了HIV與人體細胞結合的重要蛋白，解決了長(cháng)期爭議。

    未來(lái)

    人們最希望成像的蛋白包括：幫助編輯信使RNA的剪接體，作為細胞核守門(mén)人的核孔復合體等等。這些結構的共同點(diǎn)在于，它們都包含數百種蛋白，導致很難結晶和成像。也許可以將這些結構分解成小塊進(jìn)行結晶，然后再把它們拼起來(lái)，使用X射線(xiàn)自由電子激光器應該能夠有所幫助。