Nobelio premija chemijoje - 2009 m. • Petras Petrovas • Mokslo naujienos apie "Elementus" • Nobelio premijos, biologija, chemija

Nobelio premija chemijoje – 2009

2009 m. Nobelio premijos laureatai chemijoje: Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan ir Thomas Steitz. Nuotraukos iš www.jewishjournal.com, www.cef-mc.de ir opa.yale.edu

Šiais metais Nobelio premija chemijoje vėl, kaip ir praeityje, apdovanotų biologus: jų pasiekimai pirmiausia susiję su rentgeno struktūros analizės metodo, plačiai naudojamo biochemijoje, naudojimu, kuris buvo gautas aktyviai dalyvaujant laureatams į naują lygmenį. Apdovanojimą "Ribosomų struktūros ir darbo studijoms" pasidalins Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan ir Thomas Staitz. Ribosomos yra ląstelės "baltymų fabrikas": tai jų darbas, užtikrinantis baltymų sintezę iš amino rūgščių, kuris yra visų gyvųjų būtybių gyvybės veiklos pagrindas. Nugalėtojai pasiekė svarbų vaidmenį plėtojant mokslą; ji taip pat turi tiesioginių praktinių pritaikymų – visų pirma antibiotikai yra kuriami ir patobulinti, kad užmuštų patogenines bakterijas, išjungdami jų ribosomas.

Šiais metais Nobelio premiją chemijos srityje pasidalins trys biochemistai: Ada E. Yonath iš Izraelio Weizmann instituto mokslų, Venkatraman (IneRamakrišnanas (Venkatramanas "Venki" Ramakrishnan), šiuo metu dirbantis JAV pilietisKembridžo Molekulinės biologijos laboratorija, Medicinos tyrimų taryba (Medicinos tyrimų tarybos molekulinės biologijos laboratorija) ir Jale universiteto Thomas A. Steitz. Prizas jiems buvo suteiktas "už ribosomų struktūros ir darbo tyrimus" ("tiriant ribosomos struktūrą ir funkciją"). Ribosomos, tyrinėjant struktūrą ir mechanizmą, kurių vaidina pagrindinis vaidmuo šio apdovanojimo laureatams, yra neatskiriama visų gyvų ląstelių sudedamoji dalis. Su jų pagalba, į Messenger RNR matricą, visi baltymai yra sintezuojami ląstelėse, įskaitant fermentus, kurie kontroliuoja visus cheminius procesus, vykstančius ląstelėje.

Ada Yonat 1939 m. Gimė Jeruzalėje labai prasta imigrantų žydų šeima. 1962 m. Įgijo chemijos bakalauro laipsnį, 1964 m. – Jeruzalės hebrajų universiteto biochemijos magistro laipsnį. Svarbi jos tolesnės mokslinės karjeros dalis buvo susijusi su Weizmann institutu Rehovot, kur 1968 m. Gavo daktaro laipsnį rentgeno struktūros tyrimams. 1969-70 m. Dirbo JAV, taip pat Masačusetso technologijos institute. Nuo 1988 m. Ji dirba profesoriaus struktūrinės biologijos fakultete Weizmanno institute, o nuo 1989 m. Vadovauja šio instituto tyrimų centrui, kuris tiria biologinių molekulių kompleksus.Kartu su savo darbu Weizmanno institute Ada Yonat paskaitojo ir prižiūrėjo tyrimus keliose kitose mokslo įstaigose Izraelyje, Vokietijoje ir JAV.

Ramakrishnano vainikai Gimęs 1952 m. Chidambaramo mieste pietinėje Indijoje šeimoje, priklausančioje Brahmino kastoms. Vaikystę jis praleido kitame Indijos mieste Baroda (dabar vadinamas Vadodara), kur vėliau studijavo universitete, o 1971 m. Įgijo fizikos bakalauro laipsnį, tada išvyko į JAV, kur 1976 m. Jis įgijo daktaro laipsnį, taip pat fizikos, Ohajo universitetas. Po to jis nusprendė palikti fiziką ir studijuoti biologiją. Dvejus metus jis studijavo biologiją Kalifornijos universitete San Diego, tada dirbo Jeilio universitete (kur pradėjo studijas dėl ribosomų) ir keliose JAV mokslinių tyrimų įstaigose, o 1999 m. Persikėlė į Angliją, kur vadovavo Molekulinės biologijos laboratorijos tyrimų grupei Kembridže. Nuo 2008 m. Jis taip pat yra Kembridžo universiteto Trejybės koledžo darbuotojas.

Thomas Steitz Gimęs 1940 m. Milvokyje, Viskonsine. Jis įgijo bakalauro laipsnį chemijos srityje iš Lawrence universiteto, Viskonsine, o vėliau studijavo Harvarde, kur 1966 m. Įgijo daktaro laipsnį biochemijos ir molekulinės biologijos srityje.Nuo 1967 iki 1970 m. Dirbo Kembridžo Medicinos tyrimų tarybos Molekulinės biologijos laboratorijoje, o nuo 1970 m. Dirbo Jeilio universitete, kur šiuo metu yra molekulinės biofizikos ir biochemijos profesorius. Be Yale, Staitz taip pat yra "Howard Hughes" medicinos instituto narys. Thomas Steitz žmona Joan Steitz yra taip pat Yale molekulinės biofizikos ir biochemijos profesorė.

Nors formuluotė "tiriant ribosomų struktūrą ir veikimą" yra gana neapibrėžta, atrodo, kad šis prizas buvo suteiktas už gana konkrečius pasiekimus – pirmuosius ribosomų struktūros modelius atominiame lygmenyje, gautus rentgeno spindulių analize.

Ribosomos yra baltymų gamyklos, kurios dirba visose gyvosiose ląstelėse. Prokariotinės ribosomos yra mažesnės nei eukariotinių ląstelių ribosomos, tačiau abu jie susideda iš dviejų subvienetų, didelių ir mažų, kurių kiekviena yra sudaryta iš kelių RNR molekulių (vadinamosios ribosominės RNR arba rRNR) ir keliasdešimt skirtingų baltymų. Ribosomų darbo mechanizmas buvo tiriamas daugiau nei dešimt metų, tačiau daugelis šio mechanizmo detalių dar nebuvo išsiaiškinti, o išsamūs ribosomų struktūros modeliai buvo gauti tik XX ir XXI a.

Rentgeno analizės metodai leidžia spręsti apie biologinių makromolekulių ir jų kompleksų struktūrą (ypač šie metodai padėjo nustatyti DNR struktūrą 1953 m.). Rentgeno spinduliuotės difrakcijos analizės pagrindas yra gauti rentgeno spindulių makromolekulių kristalus ir rentgenografiją. Pagal šių rentgeno spindulių difrakcijos pobūdį, galima spręsti apie kristalų formuojančių molekulių struktūrą. Tačiau iki XX a. Devintojo dešimtmečio pradžios niekas iki šiol negalėjo gauti kristalų, kurie būtų tinkami bet kurios pilnos ribosomų ar jų atskirų dalių analizei.

Pirmieji sėkmingi bandymai kristalizuoti ribosomas, siekiant ištirti jų struktūrą naudojant rentgeno spindulius, buvo atlikti 80-aisiais metais Ada Yonat Berlyne ir nepriklausomai nuo to, kad grupė iš Prototipų instituto Pushchino, įskaitant Marat ir Gulnara Yusupov, kurie vėliau tęsė studijas ribosomų Vakaruose . Tačiau rimtas laimėjimas šia kryptimi buvo padarytas tik devyniasdešimtojo dešimtmečio pradžioje, kai Ada Yonath grupė parodė galimybę gauti didelės prokariotinės ribosomos subvieneto kristalą, kurie suteikia difrakcijos modelį su skiriamuoju disku,kuris leidžia nustatyti atskirų atomų padėtį (iki 3 Å ir mažiau, tuo pačiu metu ribosomos dydis yra apie 200 Å). Tačiau pirmieji tikėtini ribosomų struktūros modeliai buvo gauti tik tuomet, kai Petro Moore grupės ir T. Steitzo Jale universiteto bendrojo tyrimo metu buvo pagerintos kristalizacijos technologijos ir rentgeno duomenų analizės metodas. 2000 m. Žurnale Mokslas paskelbtas bendras šių grupių straipsnis, kuriame pirmą kartą (su atomine spinduliuote) išsamiai apibūdinta bakterinės ribosomos didelės subvieneto struktūra.

Bakterinės ribosomos didelės subvieneto modeliai, kurių didžiausia skiriamoji geba: 9 Å (kairėje), 5 Å (centre) ir 2.4 Å (dešinėje) Išsamios ataskaitos, pateiktos Nobelio komiteto svetainėje (PDF, 2,6 MB) iliustracija, remiantis 1998 m., 1999 m. Ir 2000 m. Thomas Steitz laboratorijos darbuotojais

Tuo tarpu Wenka Ramakrishnan grupė, kuri dirbo Kembridžo molekulinės biologijos laboratorijoje, gavo vienodai išsamų kito tipo bakterijų ribosomos subvieneto modelį ir tais pačiais metais buvo paskelbtas straipsnis apie jį. Gamta. Beveik tuo pačiu metu pasirodė Ada Yonat ir jos darbuotojai, kurie pasiekė beveik tą patį rezultatą su mažu bakterijų ribosomos subvienetu, tačiau vėliau, kaip paaiškėjo, padarė keletą klaidų aiškinant jos struktūrą.

Harry Noller (nuotraukoje) vadovavo grupei, kuri parengė pirmąjį visos ribosomos struktūros modelį, ir daug nuveikė, kad suprastų ribosomos struktūrą ir baltymų sintezės mechanizmą, bet nebuvo įtraukta į Nobelio premijos laureatus, skirtus ribosomų struktūros ir darbo tyrimams. Nuotrauka iš www.soe.ucsc.edu

Visoje ribosomos struktūroje (ty didelių ir mažų subvienetų komplekso ir transporto RNR molekulių arba tRNR, tiekiant aminorūgštis ribosomai) su mažiau išsamia rezoliucija (7,8 Å) modelis buvo pirmą kartą gautas 1999 m. Harry'o Nollerio laboratorijoje (Harry F. Noller) iš Kalifornijos universiteto Santa Krūzoje, dalyvaujant Maratui ir Gulnarai Yusupovui, kurie tuo metu dirbo Noller. 1999 m. Paskelbus, 2001 m. Paskelbiamas dar vienas, kuriame visos ribosomos struktūra buvo apibūdinta su 5,5 Å rezoliucija, ty artima atominei. Vėliau keletą laboratorijų, įskaitant Noller laboratoriją, pavyko gauti modelius viso ribosomos struktūros ir atominės rezoliucijos.Pirmasis toks modelis (kurio skiriamoji geba buvo 3,5 Å) buvo pristatytas Berkeley Kalifornijos universiteto vadovaujamos grupės Jamie H.D. Cate.

Maždaug du trečdaliai ribosomos masės yra RNR, o trečdalis – baltymai. Ribosomų struktūros ir darbo tyrimai parodė, kad funkcinė krūvis ribosomose visų pirma yra RNR. Taigi, ribosomos yra iš esmės milžiniški ribozimai. Šis atradimas reiškia naudą hipotezei, kad ankstyvosiose gyvenimo stadijose ji atstovavo "RNR pasauliui": RNR molekulėms, skirtoms paveldimos informacijos saugojimui ir cheminių procesų, būtinų šiai informacijai skaityti ir atkurti, tvarkymui; vėliau šios evoliucijos funkcijos buvo perduotos atitinkamai DNR ir baltymams.

Idėjos apie ribosomų struktūrą atranda tiesioginį praktinį pritaikymą. Daugelis antibiotikų, vartojamų infekcinių ligų gydymui, veikia bakterijų ribosomų veikimą slopinant. Yonat, Ramakrishnan ir Staits laboratorijose buvo gauti duomenys apie daugelio tokių antibiotikų veikimo mechanizmą.Šie duomenys jau naudojami šiandien, norint sukurti naujus ir tobulinti esamus antibiotikus. Ši užduotis yra labai svarbi, nes patogeninės bakterijos nuolat vystosi, atsiranda atsparumas medicinos praktikoje naudojamoms priemonėms, o vaistų negalima atsilikti nuo bakterijų per šią "ginklavimosi varžybose".

Supaprastinta ribosomų darbo schema (kairėje) ir blokuoja jį antibiotikais (dešinėje) Informacinė RNR (RNR) sintezuojama DNR matricoje (DNR), prie kurios vėliau jungiasi dvi ribosomos subvienetai (ribosomos) ir prasideda baltymų sintezė (baltymas). Kiekviena amino rūgštis (amino rūgštis), kuri yra baltymų grandinės dalis, pernešama į ribosomą transportavimo RNR (schematiškai parodyta kaip šakutė). Kai kurie antibiotikai gali prisijungti prie bakterijų ribosomų, sustabdyti baltymų sintezę ir sukelti bakterijų ląstelių mirtį. Iliustracija paskelbta New York Times straipsnis apie Nobelio premiją chemijoje 2009 m. (iš svetainės www.nytimes.com)

Kiekvieną Nobelio premiją galima suskirstyti ne daugiau kaip trimis, o šių trečiųjų pasirinkimas iš vertingų kandidatų gali būti neginčijamas ir beveik visada palieka mokslininkus šešėlyje, kurio indėlis į apdovanojimų atradimą nusipelno pripažinimo.Tai įvyko šį kartą. Iki ribosomos neapmokėtų mokslininkų, kurie nepatenka į šios sudarymo gavėjų skaičiaus struktūra yra Peter Moore, Jamie Kate ir Marat Jusupovo. Bet labiausiai neteisingai nebuvimas tarp Harry Nöller, kurie pirmą kartą pademonstravo svarbų RNR ribosomos, pirmąjį skaitymo seką ribosomų RNR nukleotidų ir rasti savo antrinę struktūrą (ty kaip ji yra užlenkta) nugalėtojai, susietas su jungimosi vietų ÷ l ribosomos ligandų dauguma, pirmas nustatyti visumos struktūrą ribosomos kompleksu su tRNR molekulėmis – ir todėl pasirodė esąs ketvirtas nereikalingas.

Nors Nobelio komitetas padarė tris nugalėtojų atrankos ir gali būti laikomas prieštaringai mokslinį pats laimėjimas, dėl kurio jie buvo apdovanoti, tai vertas Nobelio chemijos premija. Rentgeno tyrimų ribosomos struktūros analizė būdus, nustatytus per buvo patobulinti, leidžiančius aprašyta atominės rezoliucijos ribosomų sąveikos su baltymais, kad kontrolės jos veikimą, ir su tRNR molekulių, taip pat pokyčių ribosomos struktūros per baltymų sintezę.Šiandien ribosomos yra didžiausi asimetriniai makromolekuliniai kompleksai, kurių nustatyta struktūra (virusų struktūrą lengviau ištirti dėl jų simetrijos). Galima tikėtis, kad tolesnė rentgeno analizė bus sėkmingai taikoma kitų didelių makromolekulinių kompleksų, pavyzdžiui, spliceozomo struktūros ir veikimo tyrimui, iškirpant nekoduojančias sekos (intrones) iš pranešėjų RNR pirmtakų.

Pagrindiniai šaltiniai:
1) Richard Van Noorden. Ribosome užsiima chemija Nobel / Gamtos naujienos. Paskelbta 2009 m. Spalio 7 d.
2) Robert F. Service. 2009 Chemija Nobelio pagyrimu dirba ribosomos // ScienceNOW Daily News. Paskelbta 2009 m. Spalio 7 d.
3) Nobelio premija chemijoje 2009 (pranešimas Nobelio komiteto tinklalapyje).

Žr taip pat:
1) Elizabeth Pennisi. Lenktynės su ribosomine struktūra // Mokslas. 1999 m. Rugsėjo 24 d., V. 285, p. 2048-2051.
2) Nobelio premija chemijoje – 2008, "Elements", 2008.10.11.

Petras Petrovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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