托马斯·施泰茨（2009年诺贝尔化学奖得主）
| Thomas Arthur Steitz | |
| 出生 | 1940年8月23日 美国威斯康星州密尔沃基 |
|---|---|
| 逝世 | 2018年10月9日（78岁） 美国康涅狄格州纽黑文 |
| 国籍 | 美国 |
| 母校 | 劳伦斯大学（学士） 哈佛大学（博士） |
| 知名于 | 核糖体50S大亚基的原子结构解析 抗生素与核糖体的相互作用机制 |
| 奖项 | 诺贝尔化学奖（2009） 路易莎·格罗斯·霍维茨奖（2007） 盖尔德纳国际奖（2007） |
| 研究领域 | 结构生物学、分子生物学、生物化学 |
| 机构 | 耶鲁大学 霍华德·休斯医学研究所 |
| 配偶 | 琼·施泰茨（Joan Steitz，著名分子生物学家） |
| 子女 | 1子（继子） |
生平
托马斯·阿瑟·施泰茨（Thomas Arthur Steitz）于1940年8月23日出生于美国威斯康星州密尔沃基一个普通家庭。他在一个农场长大，从小就对自然界充满好奇心。1962年，他就读于威斯康星州阿普尔顿的劳伦斯大学，主修化学，以优异的成绩获得学士学位。
1963年，施泰茨进入哈佛大学攻读生物化学博士学位，师从威廉·利普斯科姆（William N. Lipscomb，1976年诺贝尔化学奖得主）。在利普斯科姆的实验室，施泰茨学习了X射线晶体学这一技术。他的博士论文研究的是甲醇脱氢酶的结构。1967年获得博士学位后，施泰茨在英国剑桥MRC分子生物学实验室进行博士后研究，师从戴维·布劳特（David Blow）。
1970年，施泰茨加入耶鲁大学分子生物物理学和生物化学系，历任助理教授、副教授，并于1976年晋升为正教授。1998年他成为斯特林化学教授（Sterling Professor of Chemistry，耶鲁最高学术头衔之一）。他同时是霍华德·休斯医学研究所（HHMI）的研究员。
施泰茨的整个教学生涯都在耶鲁大学度过，超过40年之久。他带领团队攻克了分子生物学中最复杂的结构——核糖体50S大亚基。
2018年10月9日，施泰茨因与癌症长期抗争在康涅狄格州纽黑文去世，享年78岁。
学术生涯
施泰茨的学术生涯以X射线晶体学为工具，专注于大分子复合物的结构研究。在20世纪70年代至80年代，他先后解析了多种蛋白质和酶的结构，包括大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ的大片段（Klenow片段）、分解代谢基因激活蛋白（CAP）等。这些工作为他积累了坚实的结构解析经验。
20世纪80年代末，施泰茨开始了他职业生涯中最大的挑战——解析核糖体大亚基的结构。核糖体由蛋白质和RNA组成，是细胞中最庞大、最复杂的分子机器之一。其大亚基（50S，在细菌中）分子量约150万道尔顿，由约3000个核苷酸的23S rRNA和约30种蛋白质组成。
施泰茨选择研究的是来自极端嗜热菌（Haloarcula marismortui，死海中的嗜盐古菌）的50S大亚基。这种古菌来自死海高盐环境，其核糖体异常稳定，对于结晶非常有利。然而，即便选择了最合适的材料，从开始研究到成功解析结构，还是耗费了施泰茨团队将近20年的时间。
获奖成就
2009年，施泰茨与文卡特拉曼·拉马克里希南和阿达·约纳特共同获得诺贝尔化学奖，表彰他们对"核糖体的结构和功能"的研究。施泰茨获得该奖的核心贡献是解析了核糖体50S大亚基的原子结构，并揭示了多种抗生素如何通过与大亚基结合来阻止细菌的蛋白质合成。
在此之前，施泰茨还获得了许多重要奖项：2001年获得美国国家科学院分子生物学奖；2007年与拉马克里希南和约纳特共同获得路易莎·格罗斯·霍维茨奖和盖尔德纳国际奖。他是美国国家科学院院士（1990年当选）和美国艺术与科学院院士。
历史贡献
施泰茨在结构生物学领域的贡献主要集中在核糖体大亚基的结构和功能解析方面。
- 1. 50S大亚基原子结构的解析（2000年）**：施泰茨和摩尔团队成功在《细胞》杂志上发表了来自Haloarcula marismortui的50S大亚基的2.4埃高分辨率结构。这是一个历史性的突破——它首次完整地展示了一个功能性天然核糖体大亚基的三维原子结构。结构揭示了大量此前未知的分子细节，包括大亚基内部的肽基转移酶中心（PTC）的结构——这是催化肽键形成的活性位点。
- 2. 肽基转移酶反应机制的揭示**：50S大亚基最令人震惊的发现是：肽键的形成是由RNA而非蛋白质催化的。大亚基的催化中心完全由23S rRNA的核苷酸构成，没有任何蛋白质成分位于活性位点附近。这一发现强有力地支持了"RNA世界假说"——在DNA和蛋白质出现之前，RNA分子可能同时承担了遗传信息载体和催化功能。
- 3. 抗生素作用机制**：施泰茨团队解析了大量抗生素与50S大亚基的复合物结构。这些抗生素包括大环内酯类（如红霉素、阿奇霉素）、氯霉素、核苷类以及某些新型抗生素候选分子。这些结构揭示了：大环内酯类抗生素通过结合在新生肽链出口通道（出口隧道）中，物理性地阻止新生肽链的生长；氯霉素则直接结合在肽基转移酶中心，干扰肽键的形成。这些发现为设计新型抗生素提供了结构蓝图，意义重大。
- 4. 早期蛋白结构解析**：在核糖体工作之前，施泰茨在酶的结构生物学方面也做出了重要贡献。他解析了DNA聚合酶Ⅰ的Klenow片段的结构，揭示了DNA聚合酶如何一边复制DNA一边行使校对功能——这是理解DNA复制保真度的关键。
施泰茨的工作将结构生物学推向了分子机器研究的新高度。他证明了一个包含数十万个原子的巨大分子复合物可以通过X射线晶体学的方法获得原子分辨率的图像，为后来更大型复合物（如整个核糖体、剪接体、RNA聚合酶全酶等）的结构解析开辟了道路。
轶事典故
- 科学夫妻档**：施泰茨的妻子琼·阿琳·施泰茨（Joan A. Steitz）是一位杰出的分子生物学家，以发现snRNP（小核核糖核蛋白颗粒）在mRNA剪接中的作用而闻名。耶鲁大学同时拥有两位世界顶级的分子生物学教授夫妇。他们于1968年结婚，琼的继子也成为他们的儿子。
- 20年磨一剑**：施泰茨从20世纪80年代末开始研究核糖体结构，到2000年首次发表50S大亚基结构，耗时超过十年。如果从更早的蛋白晶体学尝试算起，他投入核糖体的时间接近20年。这种长年坚持不懈的研究精神是施泰茨最令人敬佩的品质之一。
- 不谋而合的三人组**：施泰茨、拉马克里希南和约纳特三人研究相同的靶标（核糖体），但选择了不同的切入点——约纳特开创了核糖体晶体学方法，施泰茨解析了大亚基，拉马克里希南解析了小亚基。三人的工作完美互补，这成为科学史上竞争与合作共赢的佳话。
- 晶体学世家**：施泰茨的导师利普斯科姆是1976年诺贝尔化学奖得主（解析了硼烷的结构），而他的博士后导师布劳特则是蛋白质晶体学的先驱之一。施泰茨本人又培养了众多优秀的结构生物学家，形成了美国结构生物学的"施泰茨学派"。
参考文献
1. Ban, N., Nissen, P., Hansen, J., Moore, P. B., & Steitz, T. A. (2000). The complete atomic structure of the large ribosomal subunit at 2.4 Å resolution. Science, 289(5481), 905-920. 2. Nissen, P., Hansen, J., Ban, N., Moore, P. B., & Steitz, T. A. (2000). The structural basis of ribosome activity in peptide bond synthesis. Science, 289(5481), 920-930. 3. Steitz, T. A. (2008). A structural understanding of the dynamic ribosome machine. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 9(3), 242-253. 4. Steitz, T. A. (2009). From the structure of the ribosome to new antibiotics (Nobel Lecture). Angewandte Chemie International Edition, 49(26), 4397-4412. 5. 诺贝尔奖官方网站：Thomas A. Steitz - Biographical. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2009/steitz/facts/ 6. Yonath, A. (2005). Antibiotics targeting ribosomes: resistance, selectivity, synergism and cellular regulation. Annual Review of Biochemistry, 74, 559-603.