最近，联合国教科文组织宣布2014年为晶体学年，强调了晶体学的重要性。这提供了一个很好的机会来回顾大分子晶体学自半个多世纪前诞生以来所取得的进展。结构生物学的这一分支是高度跨学科的，包含了物理、化学、生物学和医学的元素，在很大程度上依赖于先进的计算。事实上，这些实验是基于蛋白质和核酸晶体的x射线衍射的物理学，这些晶体是通过生物化学或基因工程从生物材料中获得的。研究结果在很大程度上与医疗和制药应用有关。

Max Perutz是大分子晶体学的先驱，他花了22年的时间研究血红蛋白(血液中的一种红色成分)的晶体结构，并解释了这种蛋白质如何作为氧气从肺部输送到身体其他组织的载体。他和他的同事们建立了各种方法的基础，直到现在，所有蛋白质晶体学家都在使用这些方法。然而，这些方法在过去的50年里取得了巨大的进步。这一进步在很大程度上是由于相关科学的进步。x射线衍射实验现在可以在同步加速器或x射线激光设备上进行，而不是由Röntgen首次引入的密封管源。这些蛋白质可以通过基因工程而不是从原始生物材料中获得。许多过程，如蛋白质和核酸的纯化、结晶和处理，可以由自动机器人精确地完成，而不是依赖于平凡的人类努力。最后但并非最不重要的一点是，如果没有计算机在容量和速度方面的巨大进步，大分子晶体学的惊人成功是不可能实现的，而在佩鲁茨开始研究血红蛋白时，计算机甚至还不存在。解决大分子晶体结构的大部分努力都花在进行各种复杂的计算机计算上。计算机图形学的广泛应用使三维结构模型的显示和操作成为可能，这对于详细解释各种反应分子之间的相互作用是必不可少的。

大分子晶体学的成就一直处于科学的前沿，大量的诺贝尔奖都证明了这一点。1962年，佩鲁茨和肯德鲁因研究携氧蛋白、血红蛋白和肌红蛋白而获得荣誉。同年，克里克、沃森和威尔金斯获得诺贝尔奖，因为他们阐明了DNA的结构，解释了遗传信息是如何在所有生物体的世代之间传递的。几年后的2009年，约纳特、斯泰茨和拉玛克里希南获得了诺贝尔奖，因为他们确定了核糖体的结构。核糖体是存在于细菌、植物和动物的所有细胞中的细胞器，所有生命必需的蛋白质都是在核糖体中合成的。2012年，Kobilka和Lefkovitz因阐明g蛋白偶联受体(GCPR)的结构而获得诺贝尔奖，GCPR是通过细胞膜的信号载体，是一类多蛋白复合物，是大量医疗药物的靶标。值得一提的是，抗艾滋病药物的开发高度依赖于艾滋病毒蛋白质晶体结构的可用性。

晶体学是评价蛋白质、核酸及其复合物三维结构的主要方法。目前在蛋白质数据库中存储了近120,000个大分子结构，其中90%是通过x射线晶体学解决的。由于其高度的医学相关性，大分子晶体实验室不仅在学术机构中很活跃，而且在许多制药公司中也很活跃。这一科学分支继续蓬勃发展，未来可能会有许多进一步的成就，也许值得获得诺贝尔奖。

兹比格涅夫•爱抚和亚历山大Wlodawer
美国国家癌症研究所大分子晶体实验室，
弗雷德里克，马里兰州21702，美国

出版

蛋白质晶体学的进展。
女儿Z，丈夫A
生物工程学报，2016

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