撰文/葉盛（中國科學院生物物理研究所）
在生命科學領域，X射線不僅僅是探查生物體內部結構的工具，甚至還能夠揭示分子和原子層次的生命信息。實際上，如果沒有X射線的幫助，就沒有現代生物學的發展，人類的醫藥健康水平也要倒退幾十年。X射線究竟是如何發揮如此重要作用的呢？這種缺它不可的關鍵技術就是X射線衍射。
自從倫琴於1895年發現了X射線之後，這種性質未知的神秘射線便成了科學界的新寵兒，吸引了眾多科學家投身這方面的研究。其中就包括英國物理學家威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg）和他的兒子威廉·勞倫斯·布拉格（William Lawrence Bragg）。1912年，剛剛上研究生一年級的小布拉格深入研究了X射線照射晶體的衍射現象，提出了描述該過程的布拉格方程。1915年，年僅25歲的小布拉格和他的父親由於在X射線衍射理論方面的貢獻分享了當年的諾貝爾物理學獎，成為諾獎歷史上絕無僅有的父子檔。
1905年布拉格一家的合影
（左一為小布拉格，左四為老布拉格）
1938年，小布拉格被提名為劍橋大學卡文迪許教授，負責管理在物理學領域赫赫有名的卡文迪許實驗室。當時，英國效仿美國，在基礎科學研究方面推行國家實驗室模式，分流了大量的經費和人員。面對不利局面，小布拉格決定在卡文迪許實驗室開展更多其他學科與物理學的交叉科學研究，其中就包括生命科學。就這樣，X射線衍射技術終於與生命科學走到了一起。
在小布拉格的領導下，卡文迪許實驗室由馬克斯·佩魯茲（Max Perutz）和約翰·肯德魯（John Kendrew）在1947年成立了分子生物學分部，開展了蛋白質X射線晶體學的研究。經過不懈努力，解決了眾多技術難題之後，肯德魯於1958年解析得到了肌紅蛋白的三維結構，佩魯茲於次年解析得到了血紅蛋白的三維結構。兩人因此分享了1962年的諾貝爾化學獎。
如今，全球蛋白質資料庫（Protein Data Bank）中已經存入了超過14萬個蛋白質結構，並且這一數字仍舊在快速增長。得益於這些蛋白質結構信息，我們才切切實實地「看」到了蛋白質長什麼樣子，從而可以在分子乃至原子的水平上分析蛋白質的作用機制，理解生命這臺自動化機器的運作原理。更重要的是，了解了疾病相關蛋白質的結構，就可以根據結構進行有針對性的藥物小分子設計，讓藥物與蛋白質具有更強的相互作用，從而獲得最佳的藥效。這一方法不同於之前幾十年誤打誤撞式的藥物研發，被稱為基於結構的理性藥物設計。
蛋白質結構圖
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