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以核磁共振揭開蛋白質結構之謎
諾貝爾化學獎得主Kurt Wüthrich解讀生命
(作者：香港中文大學生物化學系邵鵬柱教授)
隨著人類基因組計劃的完成，科研人員又在二零零一年二月開展了「人類蛋白質組計劃」，凸顯了科研界對蛋白質研究的重視。蛋白質是各生命活動的主要執行者，為了解生物的生理機制，和各生物分子的功用和相互影響，科研人員嘗試解開蛋白分子的真面目。從前，X光晶體繞射法（X-ray
crystallography）是分析分子三維空間結構的唯一方法。不過這方法卻存在一定缺點，就是蛋白分子必須先被結晶為固態晶體，令我們無從了解蛋白質在溶液狀態下的結構，有些蛋白質也不容易結晶。就這問題，結構生物學家Kurt
Wüthrich教授用了四十年的時間，開發以核磁共振技術（nuclear magnetic resonance，簡稱NMR）來分析大分子的三維結構，並在二零零二年奪得諾貝爾化學獎。
Kurt Wüthrich教授現任美國斯克利普斯研究院（The Scripps Research Institute）的結構生物學教授，和瑞士聯邦理工學院（Eidgenossische Technische Hochschule） 生物物理學教授。一九三八年，Kurt Wüthrich出生於瑞士的阿爾貝格（Aarberg）。由於位處野外山區，從小他便與大自然接觸，而他對自然科學的興趣亦由之產生。他一九六二年於瑞士伯爾尼大學（University of Bern）完成了化學、物理及數學碩士學位後，跟隨Silvio Fallab教授完成其化學博士課程。這亦是他首次運用電子順磁共振（electron paramagnetic resonance，簡稱EPR）來檢測溶液中的金屬化合物。至於核磁共振的技術，就要到他在美國加州柏克萊大學 （University of California, Berkeley）當博士後研究員時才有機會接觸到。
一九六七年，Kurt Wüthrich教授受聘於貝爾電話實驗室（Bell Telephone Laboratories） 的生物物理學系，負責保養一台高解析度的核磁共振光譜儀。憑藉他對核磁共振的知識，他開始解開生物分子結構之路。在眾多的蛋白質中，Kurt Wüthrich教授選擇了血紅素蛋白（hemoproteins）作為他研究的重心。而當時那些血紅蛋白 （hemoglobin）的樣本，其實是從他自己的血液中提取得來的，可算是為研究而犧牲呢!透過分析核磁共振光譜，血紅蛋白和其他相關蛋白的結構與功能關係（structure-function relationship）就慢慢地解開了。
經過多年的努力與鑽研，KurtWüthrich教授及其同事利用核磁共振的參數加上電腦的運算，建構出大分子三維結構的模型。他們終於在一九八四年公開發表了全球首個利用NMR技術分析出來的水溶液狀態下的蛋白質──BUSI。經過一番的質疑及驗證後，他的發明才被廣為接受。Kurt
Wüthrich教授繼續應用NMR技術研究各生命分子的結構，並得到了很多重要的發現。例如發現了水分子在識別特定DNA時扮演的角色、蛋白質折叠、蛋白質和它的配體結合後的變化，和瘋牛症致病蛋白質的結構等。
直至現在，Kurt Wüthrich教授已經解開了七十多個蛋白質的結構，這無疑是對解讀生命具有重大意義。除了諾貝爾化學獎外，他也得到很多重要的獎項和榮譽。二零零四年，他獲中國科學院大連化學研究所和大連輕工業學院聘任為名譽研究員。Kurt Wüthrich教授並不只會埋首實驗室。早在巴塞爾大學修讀博士課程時，他也同時主修體育。他亦曾在瑞士的度假區教導滑雪，及在巴塞爾教授體操。在滑雪場上，更認識了他的太太。對於推動科學研究，Kurt Wüthrich教授亦是不遺餘力。他曾致力促成中國及台灣共同加入國際科學聯合會（ICSU）及國際純粹和應用生物物理學聯盟（IUPAB），並在非洲、亞洲及南美洲等發展中國家舉辦座談會和暑期研習班。
利用NMR技術，科研人員能更清晰地掌握蛋白質在水溶液中的結構和功能，以及不同蛋白質的相互影響，促進對生命科學的了解。這些知識，有利我們對新藥研製、食品監控和癌症的及早診斷等領域作更有效的開發。
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