科学时报：树叶为什么是绿色的

2025-06-20 03:40:10

“大自然是非常奇妙的，通过蛋白质的作用可以达到矿石燃料液化的效果，地层深处的天然气就是这样产生的。然而，现实中人类还生产不出这样的化学品。” “树叶为什么是绿色的？”来自德国的罗伯特·胡伯尔博士如此解释他深奥的研究课题——“光合作用反应中心的三维空间结构”。因为在该领域取得的开创性成果，罗伯特·胡伯尔与哈特姆特·米歇尔、乔安·戴森霍费尔共同分享了1988年诺贝尔化学奖。在2006诺贝尔奖获得者北京论坛上，胡伯尔表示：“我觉得对蛋白质及其结构的研究对了解深层次的分子方面的问题具有重要价值，在医药和植物保护方面也是非常有意义的。”他说，我们现在可以对基因结构进行简单的描述，已经使生物化学和医药研究取得了飞跃，但是仅仅有这样的突破还难以解释在分子层次上产生的状况和相互作用。 胡伯尔以报告中放映的两张动物图片为例说：“这两种动物的基因图谱是一样的，但是它们的长相和行为习惯大相径庭，这是因为它们的蛋白质组织结构不一样。为此，我们需要注重蛋白质空间和时间上的分布。”也就是说，“我们要了解蛋白质的排序，但仅仅了解排序是不够的，因为排序使用的描述方法并不能完全解释它的功能。为此，必须要再进一步，就是要把这种排序翻译成三维的图像，这样才能够了解此种蛋白质的特性和基本的生物功能。”在生物化学领域，蛋白质结构是了解蛋白结合特征、催化特性(化学)、光谱特性与电子转移特性(物理学)以及在生理系统中作用(生物学与医学)的基础。 了解蛋白质结构的另一个难题是——蛋白质不是静止的、一成不变的，而是处于不断地运动当中。胡伯尔说：“这对我们了解蛋白质的功能至关重要。为此，一张照片或者一幅三维图像是不够的，事实上，我们需要连续进行图像拍摄，以便捕捉到蛋白质运动的过程。”为此，在确定蛋白质的具体结构时，广泛采用了晶体学的方法。 胡伯尔认为，工业化学中需要对煤等矿石燃料进行液化，现在常用的方法是利用金属催化剂，通过高温高压的方式进行。这个过程，如果利用蛋白质分子学就可能更简单一些，因为有些蛋白质有非常复杂的金属方面的结构。他说：“大自然是非常奇妙的，通过蛋白质的作用可以达到矿石燃料液化的效果，地层深处的天然气就是这样产生的。然而，现实中人类还生产不出这样的化学品。” 胡伯尔指出，我们对蛋白质的了解还不够深入，还要进一步加强对蛋白质及其结构的基础研究。在深入了解蛋白质的基础上，我们才能驾驭蛋白质发挥更大的作用，为人类的生产生活服务。胡伯尔说：“近20年来，蛋白质晶体学方法和仪器操作快速发展，特别是与电镜结合时可以确定大的、复杂的蛋白质结构。随着科技手段的不断改善，我们还可以更深层次地观测到蛋白质的组成，了解它的使用特性。”