Nagroda Nobla w dziedzinie chemii - 2009 • Petr Petrov • Wiadomości naukowe o "Elementach" • Nagrody Nobla, biologia, chemia

Nagroda Nobla w dziedzinie chemii – 2009

Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie chemii w 2009 r .: Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan i Thomas Steitz. Zdjęcia z www.jewishjournal.com, www.cef-mc.de i opa.yale.edu

Nagroda Nobla w dziedzinie chemii w tym roku ponownie, podobnie jak w przeszłości, nagrodzi biologów: ich osiągnięcia wiążą się przede wszystkim z zastosowaniem metody analizy rentgenowskiej, szeroko stosowanej w biochemii i uzyskanej przy aktywnym udziale zwycięzców na nowym poziomie. Nagrodę "za studia nad strukturą i pracą rybosomów" otrzymają Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan i Thomas Staitz. Rybosomy są "białkowymi fabrykami" komórki: to ich praca dostarcza syntezę białek z aminokwasów, która jest podstawą żywotnej aktywności wszystkich żywych istot. Wielokrotnie nagradzane osiągnięcie odegrało ważną rolę w rozwoju nauki; ma również natychmiastowe zastosowanie praktyczne – w szczególności opracowuje się i ulepsza antybiotyki, które zabijają bakterie chorobotwórcze poprzez wyłączenie ich rybosomów.

Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii otrzymają w tym roku troje biochemików: Ada E. Yonath z izraelskiego Instytutu Nauk Weizmanna, Venkatraman (IneRamakrishnan (Venkatraman "Venki" Ramakrishnan), obywatel USA, obecnie pracujeCambridge Laboratory of Molecular Biology, Medical Research Council (Rada Badań Medycznych Laboratorium Biologii Molekularnej) i Thomas A. Steitz z Yale University. Nagroda została im przyznana "za badania nad strukturą i działaniem rybosomów" ("w celu zbadania struktury i funkcji rybosomu"). Rybosomy, w badaniu struktury i mechanizmu pracy, z których laureaci tej nagrody odegrali kluczową rolę, są integralnym elementem wszystkich żywych komórek. Z ich pomocą, na macierzy informacyjnego RNA, wszystkie białka syntetyzowane są w komórkach, w tym w enzymach kontrolujących wszystkie procesy chemiczne zachodzące w komórce.

Ada Yonat Urodził się w 1939 r. W Jerozolimie w bardzo ubogiej rodzinie żydowskich imigrantów. W 1962 r. Uzyskała tytuł licencjata chemii, aw 1964 r. Magistra biochemii na Uniwersytecie Hebrajskim w Jerozolimie. Znaczna część jej dalszej kariery naukowej związana była z Instytutem Weizmanna w Rehovot, gdzie w 1968 roku uzyskała doktorat z badań strukturalnych nad promieniowaniem X. W latach 1969-70 pracowała w USA, m.in. w Massachusetts Institute of Technology. Od 1988 r. Pracuje jako profesor w Departamencie Biologii Strukturalnej w Instytucie Weizmanna, a od 1989 r. Kieruje ośrodkiem badawczym w tym instytucie, badającym kompleksy cząsteczek biologicznych.Równolegle ze swoją pracą w Instytucie Weizmanna Ada Yonat wykładała i nadzorowała badania w kilku innych instytucjach akademickich w Izraelu, Niemczech i USA.

Wianki z Ramakrishnan Urodził się w 1952 roku w mieście Chidambaram w południowych Indiach, w rodzinie należącej do kasty bramińskiej. Dzieciństwo spędził w innym indyjskim mieście, Baroda (obecnie zwanym Vadodara), gdzie później studiował na uniwersytecie, aw 1971 otrzymał tytuł licencjata fizyki, następnie wyjechał do USA, gdzie w 1976 roku otrzymał doktorat, także w dziedzinie fizyki, Ohio University. Potem postanowił opuścić fizykę i studiować biologię. Przez dwa lata studiował biologię na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, następnie pracował na Uniwersytecie Yale (gdzie rozpoczęto jego badania nad rybosomami) oraz w kilku innych amerykańskich instytucjach badawczych, aw 1999 roku przeniósł się do Anglii, gdzie kierował grupą badawczą w Laboratorium Biologii Molekularnej. w Cambridge. Od 2008 roku jest także pracownikiem Trinity College na Uniwersytecie w Cambridge.

Thomas Steitz Urodził się w 1940 roku w Milwaukee w stanie Wisconsin. Uzyskał tytuł licencjata chemii na Uniwersytecie Lawrence'a w Wisconsin, a następnie studiował na Harvardzie, gdzie w 1966 roku otrzymał doktorat z biochemii i biologii molekularnej.W latach 1967-1970 pracował w Laboratorium Biologii Molekularnej Rady Badań Medycznych w Cambridge, a od 1970 r. Pracował na Uniwersytecie Yale, gdzie obecnie jest profesorem biofizyki molekularnej i biochemii. Oprócz Yale, Staitz jest także członkiem Howard Hughes Medical Institute. Żona Thomasa Steitza, Joan Steitz jest również profesorem biofizyki molekularnej i biochemii w Yale.

Chociaż sformułowanie "dotyczące badań nad strukturą i działaniem rybosomów" jest raczej niejasne, wydaje się, że nagrodę tę przyznano za dość konkretne osiągnięcia – pierwsze modele struktury rybosomów na poziomie atomowym, uzyskane za pomocą analizy rentgenowskiej.

Rybosomy to fabryki białek, które działają we wszystkich żywych komórkach. Prokariotyczne rybosomy są mniejsze niż rybosomy komórek eukariotycznych, ale oba składają się z dwóch podjednostek, dużych i małych, z których każda zbudowana jest z kilku cząsteczek RNA (tak zwanego rybosomalnego RNA lub rRNA) i kilkudziesięciu różnych białek. Mechanizm działania rybosomów badano przez ponad kilkanaście lat, ale wiele szczegółów tego mechanizmu nie zostało jeszcze wyjaśnionych, a szczegółowe modele struktury rybosomów uzyskano dopiero na przełomie XX i XXI wieku.

Metody analizy rentgenowskiej pozwalają na ocenę struktury biologicznych makrocząsteczek i ich kompleksów (w szczególności metody te pozwoliły ustalić strukturę DNA w 1953 r.). Podstawą analizy dyfrakcji rentgenowskiej jest otrzymanie kryształów makrocząsteczek i prześwietlenie ich promieniami rentgenowskimi. Z natury dyfrakcji promieni X przechodzących przez te kryształy można ocenić strukturę cząsteczek tworzących kryształy. Jednak na początku lat osiemdziesiątych XX wieku nikt nie był jeszcze w stanie uzyskać kryształów odpowiednich do analizy, zarówno kompletnych rybosomów, jak i ich poszczególnych podjednostek.

Pierwsze udane próby krystalizowania rybosomów w celu zbadania ich struktury za pomocą promieni rentgenowskich zostały podjęte w latach osiemdziesiątych przez Ada Yonat w Berlinie i, niezależnie od tego, przez grupę z Instytutu Białkowego w Pushchino, która obejmowała Marata i Gulnarę Jusupowa, którzy następnie kontynuowali badania nad rybosomami na Zachodzie. . Ale poważny przełom w tym kierunku nastąpił dopiero na początku lat dziewięćdziesiątych, gdy grupa Ada Yonath wykazała możliwość otrzymania kryształów dużej podjednostki prokariotycznego rybosomu, które dają wzór dyfrakcyjny z rozdzielczością,co pozwala na określenie pozycji poszczególnych atomów (do 3 Å i mniej, przy czym rozmiar rybosomu wynosi około 200 Å). Jednak pierwsze wiarygodne modele struktury rybosomów uzyskano dopiero po udoskonaleniu technologii krystalizacji, a metoda analizy danych rentgenowskich poprawiła się w toku wspólnych badań prowadzonych przez grupę Petera Moore'a i Thomasa Steitza na Uniwersytecie Yale. W 2000 r. W czasopiśmie Nauka opublikowano wspólny artykuł z tych grup, w którym struktura dużej podjednostki rybosomu bakteryjnego została opisana szczegółowo po raz pierwszy (z rozdzielczością atomową).

Modele dużej podjednostki rybosomu bakteryjnego o rosnącej rozdzielczości: 9 Å (po lewej), 5 Å (w środku) i 2,4 Ł (po prawej). Ilustracja szczegółowego raportu na stronie internetowej Komitetu Noblowskiego (PDF, 2,6 MB), na podstawie pracy personelu laboratorium Thomasa Steitza odpowiednio 1998, 1999 i 2000

W międzyczasie grupa Wenka Ramakrishnan, która pracowała w Laboratorium Biologii Molekularnej w Cambridge, otrzymała równie szczegółowy model małej podjednostki rybosomu innego rodzaju bakterii, aw tym samym roku opublikowano artykuł na ten temat. Natura. Niemal równocześnie pojawił się artykuł autorstwa Ada Yonat i jej pracowników, którzy osiągnęli prawie taki sam wynik z małą podjednostką rybosomu bakteryjnego, chociaż zrobili, jak się później okazało, szereg błędów w interpretacji jego struktury.

Harry Noller (na zdjęciu) kierował grupą, która przygotowała pierwszy model struktury całego rybosomu, i zrobił wiele, aby zrozumieć strukturę rybosomu i mechanizm syntezy białek, ale nie znalazł się wśród laureatów Nagrody Nobla, przyznanych za badania nad strukturą i działaniem rybosomów. Zdjęcie z www.soe.ucsc.edu

Model cała struktura rybosomu (to jest, kompleks dużych i małych podjednostek i trna cząsteczkowej lub tRNA dostarczających aminokwasu rybosom), ponieważ mniej szczegółowy Zwolniony (7,8 A), najpierw wytwarza się w 1999 roku, w laboratorium, Harry Nollera (Harry F. Noller) z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, z udziałem Marata i Gulnary Jusupowa, którzy w tym czasie pracowali już dla Nollera. Publikacja z 1999 r. Została zastąpiona kolejną, w 2001 r., W której struktura całego rybosomu została opisana z rozdzielczością 5,5 Å, czyli zbliżoną do atomowej. Następnie kilka laboratoriów, w tym laboratorium Noller, udało się uzyskać modele struktury całego rybosomu i rozdzielczości atomowej.Pierwszy taki model (z rozdzielczością 3,5 Å) zaprezentowała grupa prowadzona przez Jamie H.D. Cate z University of California w Berkeley.

Około dwóch trzecich masy rybosomu stanowi RNA, a około jedna trzecia to białko. Badania nad strukturą i działaniem rybosomów wykazały, że ładunek funkcjonalny w rybosomach to przede wszystkim RNA. Tak więc rybosomy są zasadniczo gigantycznymi rybozymami. To odkrycie przemawia na korzyść hipotezy, że we wczesnych stadiach życia stanowiła ona "świat RNA": cząsteczki RNA przewidziane do przechowywania informacji dziedzicznej i zarządzania procesami chemicznymi niezbędnymi do czytania i odtwarzania tej informacji; następnie funkcje te w trakcie ewolucji przenoszono odpowiednio do DNA i białek.

Pomysły na temat struktury rybosomów znajdują bezpośrednie zastosowanie praktyczne. Wiele antybiotyków stosowanych w leczeniu chorób zakaźnych działa poprzez hamowanie pracy rybosomów bakteryjnych. W laboratoriach Yonata, Ramakrishnana i Staitsa uzyskano dane na temat mechanizmu działania szeregu takich antybiotyków.Dane te są już dziś wykorzystywane do opracowywania nowych i ulepszania istniejących antybiotyków. To zadanie jest bardzo istotne, ponieważ patogenne bakterie nieustannie ewoluują, wytwarzając odporność na środki stosowane w praktyce medycznej, a farmaceutyki nie mogą pozostawać w tyle za bakteriami w tym ciągłym "wyścigu zbrojeń".

Uproszczony schemat pracy rybosomów (po lewej) i zablokowanie go antybiotykiem (po prawej). Informacyjny RNA (RNA) jest syntetyzowany na matrycy DNA (DNA), do której następnie przyłączane są dwie podjednostki rybosomu (rybosom) i rozpoczyna się synteza białek (białko). Każdy aminokwas (aminokwas) tworzący część łańcucha białkowego jest dostarczany do rybosomu przez transportowy RNA (schematycznie przedstawiony jako widelec). Niektóre antybiotyki mogą wiązać się z rybosomami bakterii, powstrzymując syntezę białek i prowadząc do śmierci komórek bakteryjnych. Ilustracja do opublikowania w Nowy Jork artykuł na temat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii 2009 (ze strony www.nytimes.com)

Każdą Nagrodę Nobla można podzielić na nie więcej niż trzy, a wybór tych trzech spośród godnych kandydatów może być bezdyskusyjny i prawie zawsze pozostawia naukowców w cieniu, którego wkład w nagradzane odkrycie również zasługuje na uznanie.Tak się stało tym razem. Wśród wybitnych badaczy struktury rybosomów, którzy nie należą do listy osób nagrodzonych tą nagrodą, są: Peter Moore, Jamie Keith i Marat Yusupov. Ale brak Harry'ego Nollera wśród laureatów, którzy po raz pierwszy pokazali kluczową rolę RNA w pracy rybosomów, najpierw przeczytał sekwencję nukleotydową rybosomalnego RNA i odkrył jej drugorzędową strukturę (to jest, jak się zawaliło), zmapował miejsca wiązania większości ligandów rybosomu, ale najpierw ustalił strukturę całego rybosomy w kompleksie z cząsteczkami tRNA – i tym samym okazało się czwartym zbędnym.

Chociaż wybór trzech laureatów przez Komitet Noblowski można uznać za kontrowersyjny, samo naukowe osiągnięcie, za które zostaną nagrodzone, jest godne Nagrody Nobla w dziedzinie chemii. Podczas badań nad strukturą rybosomów poprawiono metody analizy strukturalnej rentgenowskiej, co pozwoliło nam opisać z rozdzielczością atomową interakcję rybosomu z białkami kontrolującymi jego pracę oraz z cząsteczkami tRNA, a także zmiany zachodzące w strukturze rybosomu podczas syntezy białka.Dzisiaj rybosomy są największymi asymetrycznymi kompleksami makromolekularnymi o ustalonej strukturze (struktura wirusów jest łatwiejsza do zbadania ze względu na ich symetrię). Można się spodziewać, że dalsza analiza rentgenowska zostanie z powodzeniem zastosowana do badania struktury i działania innych dużych kompleksów makromolekularnych, na przykład spliceosomu, wycinanie niekodujących sekwencji (intronów) z prekursorów informacyjnego RNA.

Główne źródła:
1) Richard Van Noorden. Ribosome łączy się z chemią Nobel // Wiadomości natury. Opublikowano online 7 października 2009.
2) Robert F. Service. 2009 Chemia Nobel honoruje pracę nad rybosomami // ScienceNOW Daily News. Opublikowano online 7 października 2009.
3) Nagroda Nobla w dziedzinie chemii 2009 (wiadomość na stronie internetowej Komitetu Noblowskiego).

Zobacz także:
1) Elizabeth Pennisi. Wyścig do struktury rybosomów // Nauka. 24 września 1999 r. V. 285. P. 2048-2051.
2) Nagroda Nobla w dziedzinie chemii – 2008, "Elements", 11.10.2008.

Petr Petrov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: