Nobelova nagrada u kemiji - 2009. • Petr Petrov • Znanstvene vijesti o "Elementama" • Nobelove nagrade, biologiju, kemiju

Nobelova nagrada u kemiji – 2009

Dobitnici Nobelove nagrade za kemiju u 2009. godini: Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan i Thomas Steitz. Fotografije iz www.jewishjournal.com, www.cef-mc.de i opa.yale.edu

Nobelova nagrada u kemiji ove će godine ponovno, kao u prošlosti, dodijeliti biologe: njihova postignuća povezana su prvenstveno uz korištenje rendgenske strukturalne analize, koja se široko koristi u biokemiji i izvedena aktivnim sudjelovanjem laureata na novu razinu. Nagrada "za studije strukture i rada ribosoma" dijele Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan i Thomas Staitz. Ribosomi su "tvornice proteina" stanice: to je njihov rad koji osigurava sintezu proteina iz aminokiselina, koja je temelj vitalne aktivnosti svih živih bića. Nagrađivani uspjeh igrao je značajnu ulogu u razvoju znanosti; ona također ima neposredne praktične primjene – posebno se razvijaju i poboljšavaju antibiotici koji ubiru patogene bakterije isključivanjem njihovih ribosoma.

Nobelovu nagradu u kemiji ove godine podijelit će tri biokemičara: Ada E. Yonath iz izraelskog Weizmann Instituta za znanost, Venkatraman (IneRamakrishnan (Venkatraman "Venki" Ramakrishnan), američki državljanin, koji trenutno radi uLaboratorij za molekularnu biologiju Cambridge, Savjet za medicinska istraživanja (Laboratorij za molekularnu biologiju Vijeća medicinskih znanosti) i Thomas A. Steitz sa Sveučilišta Yale. Nagrada im je dodijeljena "za istraživanje strukture i rada ribosoma" ("za studije strukture i funkcije ribosoma"). Ribosomi, u proučavanju strukture i mehanizma djelovanja, koji su laureati ove nagrade igrali ključnu ulogu, sastavni su dio svih živih stanica. S njihovom pomoći, na matrici glasovne RNK, svi se bjelančevine sintetiziraju u stanicama, uključujući enzime koji kontroliraju sve kemijske procese koji se javljaju u stanici.

Ada Yonat Rođen je 1939. u Jeruzalemu u vrlo siromašnoj obitelji imigrantskih Židova. Godine 1962. diplomirala je kemiju, a 1964. godine magistrirala biokemiju na Hebrejskom sveučilištu u Jeruzalemu. Značajan dio njezine daljnje znanstvene karijere povezan je s Weizmannovim institutom u Rehovotu, gdje 1968. godine stječe doktorat radioloških strukturnih studija. Od 1969. do 1970. radila je u SAD-u, uključujući Massachusetts Institute of Technology. Od 1988. radi kao profesor na Odsjeku za strukturnu biologiju Weizmannovog instituta, a od 1989. vodila je istraživački centar na ovom institutu koji istražuje komplekse bioloških molekula.Paralelno s radom na institutu Weizmann, Ada Yonat predavao je i nadgledao istraživanja na nekoliko drugih akademskih ustanova u Izraelu, Njemačkoj i SAD-u.

Vijenče Ramakrishana Rođen je 1952. godine u gradu Chidambaram u južnoj Indiji, u obitelji koja pripada brahminskoj kasti. Djetinjstvo je proveo u nekom drugom indijskom gradu Barodi (sada Vadodara), gdje je kasnije studirao na sveučilištu, a 1971. diplomirao je fiziku, a zatim otišao u SAD gdje 1976. godine stječe doktorat, također u fizici, Sveučilištu Ohio. Nakon toga odlučio je napustiti fiziku i studirati biologiju. Dvije je godine studirao biologiju na Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu, a zatim radio na Sveučilištu Yale (gdje je započeo studij ribosoma) i na nekoliko drugih američkih istraživačkih institucija, a 1999. preselio se u Englesku gdje je vodio istraživačku skupinu u Laboratoriju za molekularnu biologiju u Cambridgeu. Od 2008. zaposlen je Trinity College, Sveučilište u Cambridgeu.

Thomas Steitz Rođen 1940. godine u Milwaukeeju, Wisconsin. Diplomirao je kemiju na Sveučilištu Lawrence u Wisconsinu, a zatim studirao na Harvardu gdje je 1966. godine doktorirao biokemiju i molekularnu biologiju.Od 1967. do 1970. radio je u Laboratoriju za molekularnu biologiju Vijeća za medicinska istraživanja u Cambridgeu, a od 1970. radio je na Sveučilištu Yale gdje je trenutno profesor molekularne biofizike i biokemije. Uz Yale, Staitz je također zaposlenik Medicinskog instituta Howard Hughes. Žena Thomas Steitz, Joan Steitz također je profesor molekularne biofizike i biokemije na Yaleu.

Premda je tekst "za istraživanje strukture i djelovanja ribosoma" prilično nejasan, čini se da je ova nagrada dodijeljena za prilično konkretna postignuća – prve modele strukture ribosoma na atomskoj razini, dobiveni rendgenskim analizama.

Ribosomi su tvornice proteina koje rade u svim živim stanicama. Prokariotični ribosomi su manji od ribosoma eukariotskih stanica, ali oboje se sastoje od dvije podjedinice velike i male, od kojih se svaka od njih sastoji od više RNA molekula (takozvana ribosomna RNA ili rRNA) i nekoliko desetaka različitih proteina. Mehanizam rada ribosoma proučava se više od desetak godina, ali mnogi detalji ovog mehanizma još uvijek nisu razjašnjeni, a detaljan modeli strukture ribosoma dobiveni su tek na prijelazu iz 20. i 21. stoljeća.

Metode analize rendgenskih zraka omogućuju određivanje strukture bioloških makromolekula i njihovih kompleksa (posebice, ove metode pomogle su uspostaviti strukturu DNA u 1953.). Osnova rendgenske difrakcijske analize je dobivanje kristala makromolekula i radiografija X-zrakama. Po prirodi difrakcije X-zraka koji prolaze kroz ove kristale, može se odrediti struktura molekula koje tvore kristale. Međutim, do ranih osamdesetih godina 20. stoljeća nitko nije uspio dobiti kristale prikladne za analizu, bilo od kompletnih ribosoma ili njihovih pojedinačnih podjedinica.

Prvi uspješni pokušaji kristalizacije ribosoma za proučavanje njihove strukture pomoću rendgenskog snimanja poduzeli su osamdesete godine Ada Yonat u Berlinu i, neovisno od nje, skupina iz Protein Instituta u Pushchinu, koja je uključivala Marat i Gulnara Yusupov, koji su kasnije nastavili studije ribosoma na Zapadu , No, ozbiljan napredak u tom smjeru napravljen je tek početkom devedesetih, kada je skupina Ada Yonath pokazala mogućnost dobivanja kristala velike podjedinice prokariotskog ribosoma, koji daju difrakcijski uzorak s rezolucijom,koji omogućuje određivanje položaja pojedinih atoma (do 3 Å i manje, istovremeno, veličina ribosoma je oko 200 Å). No prvi vjerodostojni modeli strukture ribosoma dobiveni su tek nakon što su tehnologija kristalizacije i metoda za analizu rendgenskih podataka poboljšani tijekom zajedničkog istraživanja grupe Peter Moore i Thomas Steitz na Sveučilištu Yale. 2000. godine u časopisu znanost objavljen je zajednički članak ovih grupa u kojima je detaljno opisana struktura velike podjedinice bakterijskog ribosoma (s atomskom rezolucijom).

Modeli velike podjedinice bakterijskog ribosoma s povećanjem razlučivosti: 9 Å (na lijevoj strani), 5 Å (u sredini) i 2,4 Å (s desne strane). Ilustracija detaljnog izvješća na web stranici Nobelovog odbora (PDF, 2,6 MB), temeljena na radu osoblja laboratorija Thomasa Steitza 1998., 1999. i 2000. godine

U međuvremenu, skupina Wenka Ramakrishnan, koja je radila u Laboratoriju za molekularnu biologiju u Cambridgeu, primila je podjednako detaljan model male podjedinice ribosoma druge vrste bakterija, a iste je godine objavljen i članak o tome Priroda. Gotovo istodobno, članak je pojavio Ada Yonat i njezino osoblje koje je postiglo gotovo isti rezultat s malom podjedinicom bakterijskog ribosoma, iako su, kako je kasnije postalo jasno, napravili niz pogrešaka u interpretaciji njezine strukture.

Harry Noller (na fotografiji) Vodio tim koji je pripremio prvi model cijele strukture ribosoma, te je mnogo učinio za razumijevanje strukture ribosoma i sinteza strojeva proteina, ali nije bio među dobitnicima Nobelove nagrade, dodjeljuju za proučavanje strukture i rada ribosoma. Fotografija iz www.soe.ucsc.edu

Model cijeli ribosoma strukture (tj kompleks velikih i malih podjedinica i molekularna prijenos RNA ili tRNA isporuku aminokiselinu na ribosome) od manje detaljno objavljen (7,8 A), prvo je pripravljen 1999., u laboratoriju Harry Noller (Harry F. Noller) s Kalifornijskog sveučilišta u Santa Cruzu, uz sudjelovanje Marata i Gulnare Yusupov, koji je u to vrijeme već radio za Noller. Godine 1999. slijedi drugi, 2001. godine, u kojem je opisana struktura cijelog ribosoma s rezolucijom od 5.5 Å, tj. Blizu atomske. Nakon toga, nekoliko laboratorija, uključujući i Nollerov laboratorij, uspjeli su dobiti modele strukture cijelog ribosoma i atomskom rezolucijom.Prvi takav model (sa rezolucijom od 3.5 a) uveo grupu, koja je vodila Kate Jamie (Jamie H.D. Cate) na Sveučilištu Berkeley u Kaliforniji.

Oko dvije trećine mase ribosoma RNA, a oko trećine – proteini. Studije o strukturi i radu ribosoma pokazalo je da funkcionalna opterećenje u ribosoma ima svega RNA. Dakle, ribosom – je, u stvari, div ribozimi. Ovaj nalaz govori u prilog hipotezi da su rani stadiji života bila je „RNA svijet»: RNA molekule su i skladištenje genetske informacije, a kontrola kemijskih procesa potrebno za čitanje i reprodukciju podataka; tada ove funkcije u toku evolucije, redom, su prenesene DNA i proteina.

Ideje o strukturi ribosoma nalaze izravnu praktičnu primjenu. Mnogi antibiotici koriste za liječenje zaraznih bolesti zbog supresije rada bakterijskih ribosoma. U laboratorijima Yonath, dobiveni su Ramakrishnan i Staytsa podaci o mehanizmu djelovanja neke od tih antibiotika.Ovi podaci već se danas koriste za razvoj novih i poboljšanje postojećih antibiotika. Ovaj zadatak je vrlo relevantan, budući da se patogene bakterije stalno razvijaju, stvarajući otpor sredstvima koja se koriste u medicinskoj praksi, a lijekovi se ne mogu zaostajati od bakterija u ovoj neprekidnoj "utrci naoružanja".

Pojednostavljena shema rada ribosoma (na lijevoj strani) i blokiraju ga antibiotikom (s desne strane). Informacijska RNA (RNA) sintetizirana je na DNA matrici (DNA), na koju se potom pridružuju dvije podjedinice ribosoma (ribosoma) i započinje sinteza proteina (protein). Svaka aminokiselina (aminokiselina) koja je dio proteinskog lanca dostavlja se ribosomu transportnom RNA (shematski prikazana kao vilica). Neki antibiotici mogu se povezati s ribosomima bakterija, zaustaviti sintezu proteina i dovesti do smrti bakterijskih stanica. Ilustracija za objavljeno u New York vrijeme članak o Nobelovoj nagradu u kemiji 2009 (s web stranice www.nytimes.com)

Svaka Nobelova nagrada može se podijeliti s najviše tri, a izbor tih trojica među dostojnim kandidatima može biti neupitna i gotovo uvijek ostavlja znanstvenike u sjeni, čiji doprinos nagrađivanom otkriću također zaslužuje priznanje.To se dogodilo ovaj put. Među onima izvanrednih istraživača ribosomske strukture koji ne ulaze u popis onih koji su dobili ovu nagradu su Peter Moore, Jamie Keith i Marat Yusupov. No, najviše neopravdano odsustvo među pobjednicima Harry Noller, koji je prvi pokazao ključnu ulogu RNA u ribosome, prvi čitanje slijed ribosomima RNA nukleotida i pronašao svoj sekundarnu strukturu (tj kako je presavijen), preslikavaju mjesta spajanja većine liganada ribosoma, prvi uspostaviti strukturu cjeline ribosomi u kompleksu s tRNA molekulama – i tako se pokazalo da je četvrti suvišan.

Iako je Nobelov odbor napravio izbor od tri pobjednika i može se smatrati kontroverzni znanstveni sama postignuće, za koju su nagrađeni, to je vrijedan Nobelove nagrade za kemiju. Tijekom X-ray studija tehnike ribosom strukturna analiza su poboljšani, čime je opisano s atomskom rezolucije ribosoma interakcije s proteinima koji kontroliraju svoje djelovanje, te s tRNA molekule, kao i promjene u strukturi ribosoma tijekom sinteze proteina.Danas su ribosomi najveći asimetrični makromolekularni kompleksi s uspostavljenom strukturom (struktura virusa je lakše proučavati zbog njihove simetrije). Može se očekivati ​​da će daljnja rendgenska analiza biti uspješno primijenjena i na proučavanje strukture i djelovanja drugih velikih makromolekularnih kompleksa, na primjer, spliceozom, odstranjivanjem ne-kodirajućih sekvenci (introna) od prekursora messenger RNA.

Glavni izvori:
1) Richard Van Noorden. Ribosomni dobiva kemijski Nobel // Priroda vijesti, Objavljeno online 7. listopada 2009.
2) Robert F. Usluga. 2009 Kemija Nobel počasti rad na ribosomima // Dnevne vijesti ScienceNOW. Objavljeno online 7. listopada 2009.
3) Nobelovu nagradu u kemiji 2009 (poruka na web stranici Nobelovog odbora).

Cm. također:
1) Elizabeth Pennisi. Utrka na ribosomsku strukturu // Znanost. 24. rujna 1999. V. 285. P. 2048-2051.
2) Nobelova nagrada u kemiji – 2008, "Elementi", 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: :???: :?: :!: