重大成果篇 - 中国科学院生物物理研究所

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建 所 50 年 来 , 生 物 物 理 研 究 所 在 我 国 开 拓 了 生 物 物 理 学 这 一 全 新 的 学 科 领 域 ,引 领 了 我 国 宇 宙 生 物 学 、 分 子 酶 学 、 结 构 生 物 学 、 膜 生 物 学 、 生 物 控 制 论 以 及 生 命科 学 仪 器 技 术 等 的 研 究 与 发 展 ; 先 后 取 得 了 一 批 举 世 瞩 目 的 研 究 成 果 , 创 造 了 良 好的 社 会 效 益 和 经 济 效 益 , 为 我 国 经 济 社 会 发 展 和 人 类 健 康 作 出 了 重 大 贡 献 。85

细 胞 重 建 学 说经 过 三 十 多 年 对 细 胞 重 建 现 象 的系 统 认 识 ,1980 年 贝 时 璋 提 出 了“ 细 胞 重 建 学 说 ”。南 京 丰 年 虫 成 体南 京 丰 年 虫 中 间 性 以 卵 黄 颗粒 为 基 础 重 建 细 胞 的 过 程 。a、 卵 黄 颗 粒 开 始 发 生 结 构 变化 ,b、 卵 黄 颗 粒 结 构 进 一 步变 化 ,c、 卵 黄 颗 粒 向 核 状 结构 发 展 ,d、 已 发 展 成 重 建 的裸 核 ,e、 重 建 核 的 外 面 正 在形 成 细 胞 质 和 部 分 质 膜 , f、 已 形 成 一 个 较 完 整 的 重 建细 胞 。86

猪 胰 岛 素 三 方 二 锌 晶 体 1.8 埃分 辨 率 的 结 构 测 定1969 年 初 , 生 物 物 理 研 究 所 作 为 北 京 胰 岛 素 晶体 结 构 研 究 组 的 主 要 成 员 之 一 , 参 加 了 我 国 第一 个 生 物 大 分 子 晶 体 结 构 的 测 定 , 确 定 了 2.5 埃分 辨 率 的 三 方 二 锌 猪 胰 岛 素 的 晶 体 结 构 , 这 一成 果 使 我 国 正 式 跨 入 了 国 际 蛋 白 质 晶 体 学 的 研究 行 列 。1973 年 进 一 步 获 得 了 1.8 埃 分 辨 率 的 晶体 结 构 , 该 成 果 荣 获 1978 年 全 国 科 学 大 会 奖 和1982 年 国 家 自 然 科 学 二 等 奖 。1.8 埃 分 辨 率 的 胰 岛 素 晶 体 结 构 邮 票 。青 蒿 素 的 结 构 和 绝 对 构 型 研 究1976 年 , 生 物 物 理 研 究 所 与 上 海 有 机 所 、 中 医 研究 院 合 作 , 开 展 了 青 蒿 素 的 化 学 和 空 间 结 构 与 绝对 构 型 的 研 究 。1978 年 , 生 物 物 理 研 究 所 梁 丽 等用 X 射 线 晶 体 结 构 分 析 方 法 , 确 定 了 青 蒿 素 和 青蒿 脂 的 分 子 结 构 和 绝 对 构 型 , 为 青 蒿 素 最 终 成 为世 界 卫 生 组 织 推 荐 的 新 一 代 抗 疟 药 作 出 了 贡 献 。1979 年 该 成 果 获 得 国 家 发 明 二 等 奖 。青 蒿 和 青 蒿 素87

蛋 白 质 功 能 基 团 的 修 饰 与 其 生 物活 性 之 间 的 定 量 关 系该 论 文 1962 年 在 《 中 国 科 学 》 发 表 后 , 得 到 国 际 上 广 泛采 用 , 其 关 系 式 和 作 图 法 分 别 被 国 际 同 行 称 为 “ 邹 氏 公式 ” 和 “ 邹 氏 作 图 法 ”。结 果 表 明 , 一 个 蛋 白 质 分 子 虽 然 常 常 含 有 多 个 同 类 基团 , 但 其 中 只 有 少 数 是 为 蛋 白 质 表 现 活 性 所 必 需 的 。 该成 果 获 1987 年 国 家 自 然 科 学 奖 一 等 奖 。蛋 白 质 功 能 基 团 的 修 饰 与 其 生 物 活 性 之 间 的 定 量 关 系高 分 辨 率 高 精 度 胰 岛 素 及 去 五 肽 胰 岛 素 晶体 结 构 研 究梁 栋 材 课 题 组 在 胰 岛 素 空 间 结 构 与 功 能 关 系 研 究 取 得 了 多 项 科 研成 果 。在 1.2 高 分 辨 率 建 立 了 原 子 水 平 的 胰 岛 素 分 子 结 构 模 型 , 确 定 了 胰岛 素 晶 体 中 的 水 分 子 , 提 供 了 原 子 的 温 度 因 子 参 数 并 成 功 地 对 全部 非 氢 原 子 进 行 了 各 向 异 性 温 度 因 子 修 正 。 该 成 果 获 中 国 科 学 院l987 年 科 技 进 步 一 等 奖 。选 用 “ 反 常 分 解 定 相 角 ” 法 , 成 功 地 解 决 了 相 角 问 题 并 进 而 确 定了 去 五 肽 胰 岛 素 分 子 的 结 构 。 随 后 , 又 将 该 结 构 精 化 到 1.5 埃 分 辨率 , 并 与 1.2 埃 高 分 辨 率 胰 岛 素 结 构 进 行 了 详 细 的 比 较 研 究 , 为 深入 开 展 胰 岛 素 空 间 结 构 与 功 能 关 系 研 究 奠 定 了 重 要 基 础 。 该 项 研究 成 果 与 1.2 埃 高 分 辨 率 胰 岛 素 研 究 成 果 一 起 获 得 1990 年 度 国 家 自然 科 学 二 等 奖 。1.5 埃 DPI 去 五 肽 胰 岛 素 的晶 体 结 构1.2 埃 氢 原 子 密 度 , 高 精 度的 胰 岛 素 晶 体 结 构88

人 工 合 成 酵 母 丙 氨 酸 转 移 核 糖 核 酸自 1968 年 起 , 上 海 生 物 化 学 研 究 所 、 上 海 细 胞 生 物 学 研 究 所 、 上海 有 机 化 学 研 究 所 、 生 物 物 理 研 究 所 和 北 京 大 学 、 上 海 试 剂 二 厂等 单 位 通 力 合 作 , 通 过 13 年 的 努 力 , 在 世 界 上 首 次 成 功 地 人 工 合成 了 化 学 结 构 与 天 然 分 子 相 同 并 具 有 生 物 活 性 的 核 酸 大 分 子 ——酵 母 丙 氨 酸 转 移 核 糖 核 酸 , 标 志 着 在 该 领 域 进 入 世 界 先 进 行 列 。前 排 右 起 : 胡 美 浩 ( 北 大 )、 王 贵 海 ( 生 物 物 理 所 )、 王 德 宝( 生 化 所 )、 郑 可 沁 ( 生 化 所 )、 陈 海 宝 ( 有 机 所 )、 后 排 右起 : 朱 瑩 书 ( 细 胞 所 )、 吴 仁 龙 ( 生 化 所 )。 该 成 果 获 1987 年 国家 自 然 科 学 一 等 奖 。酶 活 性 不 可 逆 改 变 动 力 学 的 研 究邹 承 鲁 对 不 可 逆 抑 制 动 力 学 进 行 了 系 统 的 研 究 , 对 酶 的 可逆 抑 制 动 力 学 与 不 可 逆 抑 制 动 力 学 提 出 了 统 一 的 理 论 。 该成 果 获 得 1993 年 国 家 自 然 科 学 奖 二 等 奖 。 在 2000 年 新 出 版的 酶 学 教 科 书 《Enzymes》 中 , 详 细 介 绍 了 邹 承 鲁 提 出 的该 理 论 。酶 活 性 不 可 逆 抑 制 动 力 学 理 论89

酶 的 活 性 部 位 的 柔 性邹 承 鲁 课 题 组 在 多 种 酶 的 失 活 与 分 子 构 象 变 化 的 比 较 研 究 中 ,发 现 了 导 致 酶 失 活 的 变 性 剂 浓 度 远 低 于 酶 分 子 去 折 叠 所 需 浓度 , 在 同 一 变 性 条 件 下 , 酶 的 失 活 速 度 快 于 分 子 去 折 叠 速 度 。从 大 量 实 验 事 实 中 , 在 排 除 了 抑 制 剂 和 寡 聚 酶 解 聚 导 致 失 活 的基 础 上 , 首 次 提 出 了 酶 活 性 部 位 柔 性 的 假 说 : 酶 的 活 性 部 位 构象 比 酶 分 子 整 体 构 象 具 有 更 大 的 柔 性 , 而 这 一 柔 性 是 酶 催 化 作用 所 必 需 的 。 该 成 果 获 1999 年 国 家 自 然 科 学 二 等 奖 。2004 年 出 版 专 著 《 酶 活 性 部 位 的 柔 性 》蛋 白 质 二 硫 键 异 构 酶 的 分子 伴 侣 活 性 研 究王 志 珍 课 题 组 在 蛋 白 质 二 硫 键 异 构 酶 的 分 子 伴 侣 活 性 研 究方 面 取 得 重 要 进 展 , 相 关 研 究 成 果 于 1999 年 获 中 国 科 学院 自 然 科 学 奖 一 等 奖 ,2002 年 获 得 国 家 自 然 科 学 二 等 奖 ,2002 年 获 第 三 世 界 科 学 院 基 础 科 学 ( 生 物 学 ) 奖 。蛋 白 质 二 硫 键 异 构 酶 (PDI) 和 细 菌 DsbC 的 分 子 伴 侣 活 性 。90

菠 菜 主 要 捕 光 复 合 物 (LHC-II)2.72 埃 分 辨 率 的 晶 体 结 构 研 究常 文 瑞 院 士 课 题 组 在 菠 菜 主 要 捕 光 复 合 物 (LHC-II)2.72 埃 分 辨 率 的 晶 体 结构 取 得 重 大 突 破 。 该 成 果 获 得 2004 年 度 两 院 院 士 评 选 振 邦 杯 中 国 十 大 科 技进 展 新 闻 和 2005 年 度 中 国 科 学 院 杰 出 成 就 奖 。 该 成 果 是 国 际 上 第 一 个 高 等植 物 捕 光 复 合 物 的 X- 射 线 晶 体 结 构 , 也 是 我 国 科 学 家 测 定 的 第 一 个 膜 蛋白 的 晶 体 结 构 , 该 项 研 究 揭 示 了 一 种 全 新 的 膜 蛋 白 三 维 结 晶 方 式 (TypeIII 膜 蛋 白 晶 体 ), 建 立 了 由 本 体 膜 蛋 白 , 色 素 分 子 , 脂 类 分 子 和 水 组 成 的正 二 十 面 体 的 完 整 模 型 和 LHC-II 单 体 和 三 体 内 的 能 量 传 递 网 络 , 提 出 了 一个 植 物 光 保 护 的 “ 非 光 化 学 淬 灭 ”(NPQ) 模 型 。发 表 于 2004 年 的 《Nature》 封 面 论 文“ 大 范 围 首 先 ” 的 视 知 觉 拓 扑结 构 和 功 能 层 次 理 论陈 霖 研 究 组 通 过 对 长 距 离 似 运 动 现 象 的 功 能 磁 共 振成 像 研 究 , 发 现 了 以 拓 扑 性 质 为 基 础 的 各 个 层 次 的几 何 不 变 性 质 是 视 觉 信 息 的 基 本 表 达 的 生 物 学 ( 磁共 振 成 象 ) 证 据 。 该 成 果 为 提 出 和 发 展 了 20 多 年 的“ 大 范 围 首 先 ” 的 视 知 觉 拓 扑 结 构 和 功 能 层 次 理 论(Science, 1982) 提 供 了 生 物 学 支 持 。。长 距 离 似 运 动 现 象 的 功 能 磁 共 振 成 像 研 究91

中 脑 对 侧 抑 制 和 同 侧 感 受 野 的 动 态 调 控在 发 现 两 栖 类 中 脑 峡 核 、 爬 行 类 峡 核 大 细 胞 部 、 鸟 类 的 峡 核 大细 胞 部 和 小 细 胞 部 都 是 视 觉 中 枢 , 而 不 是 传 统 认 为 的 听 觉 中 枢( 该 成 果 获 中 国 科 学 院 自 然 科 学 二 等 奖 ,1986) 后 , 王 书 荣 课题 组 又 深 入 研 究 了 脊 椎 动 物 的 峡 核 在 调 控 视 顶 盖 感 受 野 中 的 作用 , 提 出 了 视 觉 感 受 野 的 双 核 团 调 控 模 型 , 该 成 果 获 中 国 科 学院 自 然 科 学 一 等 奖 (2001 年 )。线 粒 体 膜 蛋 白 复 合 物 II 的 精 细 结 构 研 究饶 子 和 课 题 组 在 世 界 上 率 先 解 析 了 线 粒 体 膜 蛋 白 复 合 物 I I 的 精 细 结 构 , 阐 述 了 其 作 用 的生 物 学 机 理 以 及 与 线 粒 体 疾 病 的 关 系 。 该 成 果 是 25 年 以 来 完 全 立 足 于 中 国 大 陆 本 土 在《Cell》 上 发 表 的 第 一 篇 研 究 论 文 。92

果 蝇 中 心 脑 区 - 扇 形 体 结 构 , 参 与 调 节视 觉 图 形 的 识 别 过 程 。凹 耳 蛙 声 通 讯 研 究2008 年 5 月 ,《Nature》 发 表 了 沈 钧 贤 课 题 组 在 凹 耳 蛙 声 通 讯 方 面 的 最 新 研 究 成果 。 研 究 发 现 , 凹 耳 蛙 可 能 进 化 了 这 种 高 频 超 声 系 统 , 成 为 在 嘈 杂 的 栖 息 地 进 行 明确 通 讯 的 一 种 方 法 。 这 是 我 国 凹 耳 蛙 声 通 讯 研 究 中 的 又 一 项 重 大 进 展 。94

2008 年 7 月 ,《Nature》 发 表 了 江 涛 课 题 组 的 研 究 成 果 。报 道 了 神 经 营 养 因 子 3 与 其 受 体 p75N T R 胞 外 区 复 合 物 的 晶体 结 构 , 研 究 结 果 揭 示 了 神 经 营 养 因 子 与 其 受 体 p75NTR 相互 作 用 的 方 式 与 结 构 基 础 。2008 年 7 月 ,《Nature》 发 表 了 刘 迎 芳 、 饶 子 和 等人 的 研 究 成 果 , 这 一 研 究 成 果 填 补 了 对 禽 流 感 病 毒聚 合 酶 结 构 领 域 研 究 的 空 白 ,95