Nobelio premija chemijoje - 2012 m. • Vera Bashmakova, Aleksejus Paevsky • Naujienos apie "Elementus" • Nobelio premijos, kristalografija, chemija, molekulinė biologija

Nobelio premija chemijoje – 2012 m

2012 m. Nobelio premijos laureatai chemijoje, Robert Lefkowitz (Robert Joseph Lefkowitz) ir Brian Kobilka (Brian Kobilka). Nuotraukos iš svetainių dukecheck.com ir www.zimbio.com

Trečiadienį, spalio 10 d., Nobelio komitetas paskelbė Nobelio premiją chemijoje. Jie buvo amerikiečiai Robertas Lefkowitzas (Robert Joseph Lefkowitz) ir Brian Kobilka (Brian Kobilka) – už darbą, susijusį su G-baltymų (arba hemi-spiralinių receptorių) prijungtų receptorių tyrinėjimu. Gali atrodyti, kad nedviprasmui žmogus turi premiją už labai siaurą tyrimų sritį, tačiau dėl šių unikalių molekulių septyni baltymų ritiniai įsiskverbia į ląstelių membraną, galime jausti, reaguoti į išorinius dirgiklius ir daug daugiau.

2012 m. Nobelio premija chemijos srityje skiriama 104 kartai. Šioje nominacijoje nebuvo laureatų 1916, 1917, 1919 m., 1924 m., 1933 m., 1940-1942 m. Lefkowitz ir Kobilka tapo 161 ir 162 Nobelio laureatais šioje nominacijoje. Frederikas Sangeras yra vienintelis istorijos asmuo, du kartus laimėjęs chemijos premiją (1958 ir 1980 m.).

Iš 104 apdovanojimų chemijoje 63 laimėjo vienas laureatas, 23 buvo padalyti tarp dviejų laureatų, 18 – tarp trijų.

Vidutinis chemijos laureatų amžius yra 57 metai, jauniausias – Frederikas Joliotas, kuris gavo apdovanojimą 35 metų (1935 m.), Seniausias – John Fennas: sprendimo priėmimo metu Nobelio komitete buvo 85 metai (2002 m. Apdovanojimas).Tarp laureatų yra keturios moterys, iš kurių dvi motinos ir dukra. Tai yra Maria Sklodowska-Curie (1911 chemijos premija, 1903 fizikos premija) ir Irene Joliot-Curie (1935 m. Premija), jauniausio chemijos nugalėtojo sutuoktinė. Kiti du yra Dorothy Crowfoot-Hodgkin (1964) ir Ada Jonath (2009).

Be jau minėto Frederiko Sengero ir Marijos Curie, tarp chemijos Nobelio laipsnių yra dar vienas "dvigubas laimėtojas" – Linus Paulingas, be 1954 m. Chemijos premijos ir 1962 m. Nobelio taikos premija.

Šių metų pasirinkimas patvirtino dvi tendencijas, susijusias su Nobelio premija chemijoje. Pirma, kaip įprasta, tie, kuriuos ekspertai ir lažybų lošėjai pavadino labiausiai tikėtiniomis premijos laureatais, to negavau. ("Chemical Nobel" buvo išvalytas Louis Bruce'ui – už kvantinius taškus Akira Fujishime – už aukso nanodalelių katalizinių savybių atradimą dėl naujų titano dioksido savybių, Masatake Haruta ir Graham Hutschings). Tai būtų tokia pati sėkmė, kaip ir prizą fiziologijoje ir medicinoje. Tai liudija abu nugalėtojų specializacija: Robert Lefkowitz turi diplomą kardiologijoje, o Brian Kobilka baigė Yale medicinos mokyklą.Be to, norint atrasti ir ištirti pačius G-baltymus, Nobelio premija buvo skirta tik fiziologijai ar medicinai (1994 m. Ją gavo Alfred Gilman ir Martin Rodbell).

Robert Lefkowitz (Robert Lefkowitz) Gimęs 1943 m. Niujorke žydų imigrantų iš Lenkijos šeimoje. 1962 m. Jis gavo Kolumbijos universiteto Niujorke Kolumbijos koledžo bakalauro laipsnį, o 1966 m. Jis gavo medicinos laipsnį (MD) iš bendrosios terapijos ir chirurgijos kolegijos toje pačioje universitete. Nuo 1968 iki 1970 m. Jis dirbo Nacionaliniame sveikatos apsaugos institute, tada atvyko į Masačiusetso generalinę ligoninę Bostone (MGH). C 1973 m. – Duke universitete, lygiagrečiai 1973-1976 m., Jis užėmė tyrimą Amerikos Širdies asociacijos (American Heart Association) mokslininko pareigas, nuo 1976 m. – Howard Hugheso medicinos instituto tyrėjas. Dabartinė Lefkowitz laboratorija (Lefkowitz Lab) yra "pagrįsta" Duke universitete. 2007 m. Jis buvo apdovanotas Nacionaliniu mokslo medaliu (Nacionalinis mokslo medalis), kuris buvo apdovanotas JAV prezidento dekretu. Tais pačiais metais jis buvo apdovanotas "Azijos Nobelio" – "Show" apdovanojimu ("Shaw Prize").

Brian Kobilka Gimęs 1955 m., Minesotos valstijoje, į šeimą su vokiečių ir lenkų šaknimis. Jis gavo biologijos ir chemijos bakalauro laipsnį iš Minesotos universiteto, vėliau medicinos mokslo laipsnį (MD) iš Yale universiteto medicinos mokyklos.Jis baigė stažuotę Vašingtono universitete ir nuvyko dirbti su Lefkowitzu po darbe. Nuo 1987 iki 2003 m. Jis buvo "Howard Hughes" medicinos instituto tyrinėtojas. Dabartinė "Kobilka Lab" yra Stanfordo universitete. 2007 m. Žurnalas Mokslas Jis pavadino savo tyrimą dėl Argentinos struktūros vienu iš metų laimėjimų.

Lefkowitzo tyrimas prasidėjo 1968 m., Kai jis atėjo į Nacionalinės sveikatos instituto (NIH) sistemos tyrinėtojo pareigas. Jo darbas buvo susijęs su adrenokortikotropinio hormono (AKTH) receptoriaus tyrimu.

Mokslinis konsultantas Lefkowitzas eksperimentuose ketina naudoti radioaktyviai žymėtus ligandus (molekules, į kurias atsako receptorius): šviesos molekulė, "klijanti" prie receptoriaus, turėtų nurodyti savo poziciją.

Tai buvo gražus planas; bet Lefkowitzas to nepadarė. Dabar suprantame, kaip sunku: ten yra keletas receptorių, ir jie nėra iškasti į membraną, bet plūduriuoti kartu ir toliau. Praėjus dvejiems metams, nevaisingiems eksperimentams su adrenokortikotropiniu hormonu ir jo receptoriumi Lefkowitzas vis dėlto pavyko pasiekti šiek tiek sėkmės, nors ir ne tik to, kuo tikėjosi: jis sukūrė metodiką, skirtą labai tiksliai apskaičiuoti pradinio hormono koncentraciją plazmoje naudojant radijo hormoną.(Lefkowitz RJ, Roth J, Pastan I, 1970. Adrenokkortikotropinio hormono radioreceptoriaus tyrimas: naujas požiūris į polipeptido hormonus plazmoje).

Po to Lefkowitz buvo pakviestas dirbti Duke universitete. Jis įmetė komandą ir perėjo jo dėmesį nuo AKTH į adrenaliną ir jo receptorius. Šioje srityje jis padarė savo pagrindinius atradimus.

Reikėtų pažymėti, kad iki to laiko jau žinoma apie receptorius. Pavyzdžiui, 1960-aisiais buvo nustatyta, kad adrenalino poveikis ląstelėms yra susijęs su specialiu baltymo G tipo baltymu (jie taip vadinami, nes jie gali hidrolizuoti guanozino trifosfatą – GTP).

Kitaip tariant, receptorius kažkaip jungiasi prie adrenalino kažkaip veikia G-baltymą, kuris kažkaip sukelia kokią nors reakcijos kaskadą ląstelėje. Pagrindinis klausimas čia yra – kokiu būdu Visa tai vyksta, ir nebuvo atsakymo į šį klausimą. Moksliniu pasauliu buvo naudojama daugybė teorijų, skirtų receptorių darbo išaiškinimui, iki pat laukinių: pavyzdžiui, kad nėra receptorių, ir pats adrenalinas kažkaip sugeba įsiskverbti į ląstelę ir keisti jo metabolizmą.

Taigi Lefkowitzas ir jo komanda pradėjo tyrinėti antinksčių receptorius. Naudodami jie turėjo naująLefkowitzo sukurtas metodas tiksliai apskaičiuoti hormono koncentraciją, ir šioje tyrimų srityje tikslios koncentracijos žinojimas yra pusė mūšio. Daugelį metų mokslininkai sumažino adrenaliną ar jo analogus ląstelių ar ląstelių ekstraktuose; kruopščiai išmatuotas įvairių medžiagų koncentracijų santykis; apskaičiuotos termodinaminės konstantos; ištirta baltymų sąveika. (Šiuo metu buvo įrodyta, kad yra dviejų tipų adrenalino receptorių: α ir β, ir kad daugiau nei kiekvienas iš šių tipų susideda iš kelių potipių; Lefkowitz komanda daugiausia dirbo su β-adrenoreceptoriumi). Dabar, praėjus dešimtmečiui vienarūšių eksperimentų, 1980 m. Mokslininkai galiausiai sugebėjo sukurti teoriją apie G-baltymingų receptorių veikimą, atitinkančią visus gautus duomenis. Ši teorija (šiuolaikine prasme) yra tokia.

Adrenoreceptorius plaunamas ląstelės membranoje. Vidutinėje membranos pusėje G-baltymas, susidedantis iš trijų subvienetų – α, β ir γ – ir susietas su guanozino difosfato (BVP) molekule, yra silpnai pritvirtintas (arba apskritai nėra pritvirtintas).Kol adrenalino molekulė nesibaigia ant receptoriaus, ji elgiasi visiškai taikiai ir nekenksmingai.

Tačiau verta receptoriaus susitikti su adrenalinu, nes jis prasideda sudėtingu konformaciniu koregavimu, dėl kurio iš pradžių stipriai prisijungia G-baltymai, po to aktyvinimas ir atskyrimas. G-baltymo aktyvavimas yra tas, kad iš tokio šoko guanozino difosfato molekulė (BVP) yra pakeista guanoizino trifosfato molekule (GTP) ir skilinama į dvi dalis: α-subvienetas, susijęs su GTP plūdėmis vienoje kryptyje, ir sujungtas β ir γ – į kitą. Galima sakyti, kad, susiejant su ligandu, receptoriaus molekulė iš pradžių pritraukia G-baltymą į save ir tada pradeda jį toli, kad šis baltymas pasiskirstytų į gabalus.

Dvi gaunamos baltymo dalys, susidūrusios su tam tikromis molekulėmis (daugelis tokių molekulių rūšių ir vadinamos antriniais tarpininkais), dėl jų aktyvacijos (ar, priešingai, deaktyvacija priklauso nuo mediatoriaus tipo), o tai savo ruožtu sukelia vieną ar kitą kaskadą reakcijos, kurios keičia metabolizmą ir ląstelių likimą apskritai. Α subvienetas daugiausia žaidžia šiuose žaidimuose, bet βγ dimeriui taip pat parodoma tam tikra veikla.Taigi, vienos mažos molekulės pritvirtinimas prie vieno mažo receptoriaus gali sukelti milžinišką ląstelių pertvarką.

Be to, atkreipkite dėmesį į tai, kaip ši sistema yra lanksti: priklausomai nuo to, kuris antrinis tarpininkas patenka į karštą ranką (ar kas tai yra?) Iš atitinkamos baltymų dalies kaskados ląstelėje gali būti visiškai skirtingos.

Taip, bet kas atsitinka šalia G-baltymų subvienetų? Jie palaipsniui "atgyja". Α subvienetas anksčiau ar vėliau hidrolizuoja GTP į BVP; ji "išjungia" savo veiklą, ir ji "iškelia" su βγ-dimeru ir su ja susijungia. Po to visas neaktyvus G-baltymas, susijęs su BVP, plaukia prie tam tikrų receptorių, kuriems jis turi pakankamą giminingumą ir su juo susijungia. Paprastai šis receptorius jau aktyvuoja ligandas (G-baltymas turi didžiausią panašumą), o visa istorija kartojasi.

Tai buvo puiki teorija. Nors ji paaiškino tik adrenalino receptoriaus darbą, tai buvo daug. Bet tai buvo tik pusė dabartinio Nobelio atradimų. Antroji pusė vis dar buvo į priekį.

Pav. 1. Schemos teorijos trigeminalinio komplekso. Vaizdas iš www.nobelprize.org

Maždaug tuo metu, kai Lefkowitz pasiūlė šią teoriją (ją pavadino "trigeminalinio komplekso teorija"), jo laboratorija atvyko į jauną postdoką Brianą Kobilką. Lefkowitzas savo darbuotojams tiesiog nustatė ambicingą užduotį surasti genų, koduojančių adrenoreceptorių, norint gauti šį baltymą dideliais kiekiais, išsiaiškinti, kaip jis turėtų būti jo struktūroje ir suprasti, kaip jis jungiasi prie ligando, taip užkertant kelią G-baltymui ir apskritai – kodėl plaukioja membranoje.

Ši užduotis buvo ne tik ambicinga – tuo metu ją praktiškai neįmanoma išspręsti. Vieno geno paieškos visame didžiojoje genomoje metu buvo sunkiau rasti adatą šieno stotelėje. Jei Brian Kobilka, o ne kažkas kitas, šią užduotį nepadarė, tai tikriausiai nebūtų išspręsta.

Tačiau "Kobilkai" pasižymėjo nepaprastas užsispyrimas, kantrybė ir išradingumas – skaitytojas vis tiek sugebės tai patikrinti. Jis (kartu su kitais Lefkowitz laboratorijos darbuotojais) išmoko izoliuoti šį receptorių dideliais kiekiais, iš dalies dekretavo jo aminorūgščių seką ir, remdamasis šia seka, surinko visą geną į gabalus ir sugebėjo jį klonuoti.Dabar mokslininkai turėjo β-adrenoreceptoriaus geno nukleotidų seką, be to, jie galėjo gauti šį baltymą neribotą kiekį klonuojant.

Ir paaiškėjo, kad šis baltymas turi septynis transmembraninius domenus.

Septyni domenai! Septyni! – tiksliai taip, kaip buvo visiškai kitokia, visiškai nepanašus į β-adrenoreceptorių, jokiu būdu neatsižvelgiant į rodopsino receptoriaus šviesą. Tai gali reikšti siaubingą dalyką. Tai gali reikšti, kad šių dviejų receptorių veikimo mechanizmas yra tas pats ir aprašomas trišakio komplekso modeliu.

Pav. 2 Paveikslėlis β-adrenoreceptoriaus prisijungimo prie ligando ir G-baltymo metu. Iš www.nobelprize.org

Sunku net apibūdinti, ką šis mokslo laimėjimas reiškia. Greitai tapo aišku, kad ne tik β-adrenoreceptorius ir rodopsinas, bet ir bapiedauguma kitų žinomų receptorių iki to laiko. (Dabar apie tūkstantį tokių receptorių yra žinoma, jie yra tarpininkaujantys ryšius tarp ląstelių, taip pat dėl ​​jų mes matome, girdime, kvapuodami, jaučiame ir skaniu.) Nepaprastas ląstelių lankstumas jų reakcijose į aplinkos pokyčius iš karto tapo aiškus: tas pats receptorius su tuo pačiu ligandugali lemti visiškai skirtingas reakcijas ląstelėje, priklausomai nuo to, kurioms citoplazmoms pasireiškia tam tikri G-baltymų subvienetai (yra daug šių subvienetų variantų), kokie yra antrinių tarpininkų rinkiniai ir pan. Tuoj pat pradėjo veikti tiesioginiai šių receptorių moksliniai ir medicininiai tikslai (pakanka pasakyti, kad beveik pusė šiuo metu pagamintų vaistų vienaip ar kitaip daro įtaką šiems receptoriams). Ir iš karto norėjau toliau tirti šiuos receptorius.

Ir čia Brian Kobilka vėl pasiekė didelę sėkmę. Jis paliko Lefkowitz laboratoriją ir nuėjo dirbti Stanfordo universitete. Ir ten, daugiau nei dvidešimt metų, jis bandė gauti β-adrenoreceptorių kristalogramą tuo metu, kai jis prisijungia prie ligando. Visi, išskyrus Kobilką, ši užduotis būtų neišsprendžiama. Faktas yra tas, kad kristalogramų gavimo technologija gerai išvystyta tik vandenyje tirpstantiems baltymams. Β-adrenoreceptorius yra tirpus riebaluose – jis turi plisti fosfolipidinėje membranoje. Praėjusiais metais Kobilka panaudojo visiškai nuostabius metodus ir galiausiai pasiekė savo tikslą: buvo gautas darbinis β-adrenoreceptoriaus vaizdas.


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: :???: :?: :!: