Nobelova nagrada u kemiji - 2012. • Vera Bashmakova, Alexey Paevsky • Znanstvena vijest o "Elementima" • Nobelove nagrade, kristalografija, kemiju, molekularnu biologiju

Nobelova nagrada u kemiji – 2012

Dobitnici Nobelove nagrade za kemiju 2012, Robert Lefkowitz (Robert Joseph Lefkowitz) i Brian Kobilka (Brian Kobilka). Fotografije s web mjesta dukecheck.com i www.zimbio.com

U srijedu, 10. listopada, Nobelova komisija objavila je Nobelovu nagradu u kemiji. Bili su Amerikanci Robert Lefkowitz (Robert Joseph Lefkowitz) i Brian Kobilka (Brian Kobilka) – za rad na proučavanju receptora povezanih s G-proteinom (ili hemi-spiralnim receptorima). Čini se da je neinicirana osoba da je nagrada dano za neko vrlo usko područje istraživanja, ali zahvaljujući tim jedinstvenim molekulama, sedam proteinskih zavojnica prodire u staničnu membranu, možemo osjetiti, reagirati na vanjske podražaje i još mnogo toga.

Nobelovu nagradu u kemiji 2012. godine dodjeljuje se 104. put. U toj nominaciji nije bilo laureata 1916, 1917, 1919, 1924, 1933, 1940-1942. Lefkowitz i Kobilka postali su 161. I 162. Dobitnik Nobelove nagrade za ovu nominaciju. Frederick Sanger je jedina osoba u povijesti koja je dvaput osvojila nagradu za kemiju (1958. i 1980.).

Od 104 nagrade u kemiji, 63 je osvojio jedan laureat, 23 ih je podijeljeno između dva laureata, 18 – između tri.

Prosječna starost laureata u kemiji je 57 godina, najmlađi je bio Frederick Joliot, koji je dobio nagradu u dobi od 35 godina (1935), najstariji je bio John Fenn: u vrijeme odluke, Nobelov komitet bio je 85 godina (nagradu za 2002.).Među laureatima ima četiri žene, od kojih su dvije majke i kćeri. To su Maria Sklodowska-Curie (1911. nagrada za kemiju i 1903. nagrada za fiziku) i Irene Joliot-Curie (1935. nagrada), suprug najmlađe pobornik u kemiji. Druga dva su Dorothy Crowfoot-Hodgkin (1964) i Ada Jonath (2009).

Uz već spomenute Frederick Senger i Marie Curie, među Nobelatima u kemiji, postoji još jedan "dvostruki pobjednik" – Linus Pauling, uz nagradu za kemiju za 1954. i Nobelovu nagradu za mir 1962. godine.

Ovogodišnji izbor potvrdio je dva kretanja vezana za Nobelovu nagradu u kemiji. Kao prvo, kao i obično, oni koje su stručnjaci i kladionice nazivali najvjerojatnije kandidati za nagradu nisu primili. ("Chemical Nobel") je pročistio Luis Bruce – za kvantne točkice, Akira Fujishime – za otkrivanje novih svojstava titanovog dioksida, Masatake Haruta i Graham Hutschings – za katalitička svojstva zlatnih nanočestica.) Drugo, još jednom, umjesto kemijske premije, Bilo bi upravo isti uspjeh dati nagradu u fiziologiji i medicini. To potvrđuju specijalizacija oba dobitnika: Robert Lefkowitz ima diplomu u kardiologiji, a Brian Kobilka je diplomirao na Medicinskom fakultetu Yale.Osim toga, za otkrivanje i proučavanje samih G-proteina Nobelova nagrada dodijeljena je samo u fiziologiji ili medicini (primljena je 1994. od Alfreda Gilman i Martin Rodbell).

Robert Lefkowitz (Robert Lefkowitz) Rođen je 1943. godine u New Yorku u obitelji židovskih imigranata iz Poljske. Godine 1962. stekao je magisterij iz koledža Columbia na Sveučilištu Columbia u New Yorku, a 1966. diplomirao je na Medicinskom fakultetu Sveučilišta u Generalnoj terapiji i kirurgiji. Od 1968. do 1970. radio je u National Institutes of Health sustav, a potom je došao u Massachusetts General Hospital u Bostonu (MGH). C 1973 – na Sveučilištu Duke, paralelno 1973.-1976., Vodio je radno mjesto istraživača u Američkom udruženju srca (American Heart Association), od 1976. godine – istraživača Medicinskog instituta Howard Hughes. Trenutačni Lefkowitzov laboratorij (Lefkowitz Lab) temelji se na Sveučilištu Duke. Godine 2007. dobio je Nacionalnu medalju znanosti (National Medal of Science) dodijeljenom dekretom predsjednika Sjedinjenih Država. Iste godine dobio je nagradu "Azijski Nobel" – Show (Shaw Prize).

Brian Kobilka Rođen je 1955. godine u državi Minnesota u obitelji s njemačko-poljskim korijenima. Diplomirao je biologiju i kemiju na Sveučilištu Minnesota, a zatim na Medicinskom fakultetu Sveučilišta Yale.Završio je staž na Sveučilištu u Washingtonu i otišao na posao kao postdoc sa Lefkowitzom. Od 1987. do 2003. bio je istraživač na Medicinskom institutu Howard Hughes. Sadašnji Kobilka Lab nalazi se na Sveučilištu Stanford. U 2007 časopisu znanost Pozvao je svoje istraživanje u strukturu argentina kao jedan od otkrića godine.

Istraživanje Lefkowitza započelo je 1968. godine, kada je došao na mjesto istraživača u sustavu National Institutes of Health (NIH). Njegov rad bio je povezan s istraživanjem receptora za adrenokortikotropni hormon (ACTH).

Znanstveni savjetnik Lefkowitz koristio bi radioaktivno obilježene ligande (molekule koje receptor reagira) u eksperimentima: luminozna molekula, koja se "nalagala" na receptor, trebala je naznačiti njegov položaj.

Bio je to lijep plan; ali Lefkowitz to nije uspio shvatiti. Sada razumijemo koliko je teško: postoji nekoliko receptora, i nisu ukopani u membranu, već plutaju naprijed i natrag uz nju. Dvije godine kasnije, bezuspješni eksperimenti s adrenokortikotropnim hormonom i njegovim receptorom Lefkowitz ipak su uspjeli postići neki uspjeh, iako nisu baš oni za koje se nada: razvio je tehniku ​​za vrlo točan izračun koncentracije originalnog hormona u plazmi korištenjem radiohormona.(Lefkowitz RJ, Roth J, Pastan I, 1970. Radioreceptor test za adrenokortikotropni hormon: novi pristup polipeptidnim hormonima u plazmi).

Nakon toga, Lefkowitz je pozvan da radi na Sveučilištu Duke. Dobio je ekipu i prebacio pozornost od ACTH-a do adrenalina i njegovih receptora. U ovom polju, on je napravio glavna otkrića.

Treba napomenuti da je do tog vremena već znalo o receptorima. Na primjer, 1960-ih, otkriveno je da je djelovanje adrenalina na stanice posredovano posebnim tipom proteina – G-proteina (oni su tako nazvani jer su sposobni hidrolizirati guanozin trifosfat – GTP).

Drugim riječima, receptor na neki način se veže na adrenalin koji na neki način utječe na G-protein, koji na neki način uzrokuje neku reakcijsku kaskadu u stanici. Ključno pitanje ovdje je – na koji način Sve se to događa, a na to pitanje nije bilo odgovora. U znanstvenom svijetu korišteno je širok spektar teorija kako bi se objasnio rad receptora, sve do najluđih: na primjer, da nema receptora i da sam adrenalin nekako uspijeva prodrijeti unutar stanice i promijeniti svoj metabolizam.

Tako je Lefkowitz i njegov tim počeo istraživati ​​adrenalinski receptori. U službi su imali novuMetoda koju je razvio Lefkowitz za precizno izračunavanje koncentracije hormona, a u ovom području istraživanja znanje točne koncentracije je pola bitke. Dugi niz godina znanstvenici su odustali od adrenalina ili njegovih analoga na stanice ili stanične ekstrakte; proporcije koncentracija raznih tvari bile su pažljivo izmjerene; izračunate termodinamičke konstante; istraživala interakciju proteina. (Za to vrijeme dokazano je da postoje dvije vrste adrenalinskog receptora, α i β, i to više od toga, svaka od ovih tipova sastoji se od nekoliko podtipova, tim Lefkowitz je radio prvenstveno s β-adrenoreceptorima). I sada, nakon desetljeća monotonih eksperimenata, 1980. godine, istraživači su napokon uspjeli razviti teoriju funkcioniranja receptora povezanih s G-proteinima u skladu sa svim dobivenim podacima. Ova teorija (u modernom smislu) je sljedeća.

Adrenoreceptor lebdi u staničnoj membrani. Na unutarnjoj strani membrane, G-protein koji se sastoji od tri podjedinice – α, β i γ – i povezan s molekulom guanozin difosfata (GDP) slabo je vezan (ili uopće nije vezan).Sve dok adrenalinska molekula ne sjedi na receptoru izvana, ona se ponaša apsolutno mirno i bezopasno.

No, potrebno je zadovoljiti adrenalin receptor, ona počinje u složenim konformacije pregradnje koje uzrokuju jak prvi ulazak u G-protein, a zatim ga i odjel aktivirati. Aktiviranje G-proteina koja ima od takvih šokova molekula gvanozin difosfat (GDP) zamijenjena molekulom gvanozin trifosfata (GTP), te se dijeli u dva dijela – a-podjedinica spojena na GTP, pluta u jednom smjeru, a koji su međusobno povezani P i γ – na drugu. Možemo reći da, spajanjem molekule liganda i receptora u početku privlači G-proteina, a onda udari ga da ide u pakao na takav način da se protein je padala na komadiće.

Dva dobivena dio proteina, nakon sastanka s određenim molekulama (takve molekule su mnoge vrste, i oni se zovu druge glasnike), uzrokuje njihovu aktivaciju (ili, obrnuto, deaktivacija, ovisi o vrsti agenta), što opet dovodi do nekih kaskadama reakcije koje mijenjaju metabolizam i staničnu sudbinu općenito. Α-podjedinica igra pretežno u tim igrama, ali za βγ dimer određena aktivnost je također prikazana.Stoga, vezanje jedne male molekule na jedan mali receptor može uzrokovati preuređivanje giantnih stanica.

Osim toga, obratite pažnju na to koliko je ovaj sustav fleksibilan: ovisno o tome koji sekundarni medijator dobiva pod vrućom rukom (ili što je to?) Od odgovarajućeg dijela proteina, kaskade u ćeliji mogu biti sasvim drugačije.

Da, ali što se dalje događa s G-protein podjedinicama? Postupno "oživljavaju". Alfa podjedinica prije ili kasnije hidrolizira GTP u BDP; ona "isključuje" njezinu aktivnost, a ona "stavlja" gore s β-dimerom i ponovno se s njom povezuje. Nakon toga, cijeli, neaktivan, G-protein povezan s BDP-om pluta se do nekog receptora, kojemu pati dovoljno afiniteta i povezuje se s njim. U pravilu, taj receptor je već aktiviran pomoću liganda (G-protein ima najveći afinitet za njega), a cijela se priča opet ponavlja.

Bila je to velika teorija. Iako je objasnila samo rad adrenalinskog receptora, bilo je puno. Ali to je bilo samo polovica trenutnog Nobelovog otkrića. Druga je polovica još bila naprijed.

Sl. 1. Shema teorije trigeminalnog kompleksa. Slika s www.nobelprize.org

Oko vremena kada je Lefkowitz iznijela tu teoriju (nazvana je "trigeminalna teorija kompleksa"), u njegov je laboratorij došao mladi postdoc po imenu Brian Kobilka. Lefkowitz je upravo stavio pred svoje zaposlenike ambiciozan zadatak da pronađe gen koji kodira adrenoreceptor kako bi dobio taj protein u velikim količinama, kako bi shvatio kako bi trebao biti u svojoj strukturi i razumjeti kako se veže na ligand, a time i udaranje G-proteina i općenito – zašto pluta u membrani.

Ovaj zadatak nije bio samo ambiciozan – u to je vrijeme praktički nemoguće riješiti. Pronalaženje jednog gena u cijelom ogromnom genomu bilo je teže nego pronaći iglu u plastu sijena. Ako ovaj zadatak nije poduzeo Brian Kobilka, već netko drugi, onda vjerojatno nije bilo riješeno.

Ali Kobilku je odlikovalo iznimno tvrdoglavost, strpljivost i genijalnost – čitatelj će i dalje imati priliku potvrditi to. On je, zajedno s drugim zaposlenicima iz Lefkowitzovog laboratorija, naučio izolirati ovaj receptor u velikim količinama, dešifrirao svoj aminokiselinski slijed u dijelovima i na temelju ove sekvence skupio je cijeli gen u komade i mogao je klonirati.Sada su znanstvenici imali nukleotidni slijed p-adrenoreceptorskog gena, a osim toga, mogli bi dobiti ovaj protein u neograničenim količinama kloniranjem.

I ispostavilo se da ovaj protein ima sedam transmembranskih domena.

Sedam domena! Sedam! – upravo onoliko koliko je bio u potpuno drugačijem, apsolutno različitom odnosu na β-adrenoreceptor, reagirajući na svjetlost rodopin receptora. To bi moglo značiti nevjerojatnu stvar. To bi moglo značiti da je mehanizam djelovanja ovih dvaju receptora isti i opisan je modelom trigeminalnog kompleksa.

Sl. 2. Slika β-adrenoreceptora u vrijeme vezanja na ligand i G-protein. Od www.nobelprize.org

Teško je čak opisati što je ovaj proboj značio za znanost. Brzo je postalo jasno da ne samo P-adrenoreceptor i rodopin, nego i bokovećinu drugih poznatih receptora do tog vremena. Poznato je oko tisuću takvih receptora, oni posreduju u komunikaciji između stanica, a zahvaljujući njima vidimo, čujemo, osjećamo miris, okus i miris.) Izvanredna fleksibilnost stanica u njihovim reakcijama na promjene u okolišu odmah je postala jasna: isti receptor povezano na isti ligand,može uzrokovati potpuno različite reakcije u stanici, ovisno o tome koje određene G-proteinske podjedinice lebde u citoplazmi (postoji mnogo varijacija tih podjedinica), koji skup sekundarnih medijatora, i tako dalje. Odmah se otvore trenutni izgledi za izlaganje ovim receptorima za istraživanja i medicinske svrhe (dovoljno je reći da gotovo polovica trenutno proizvedenih lijekova utječe na ove receptore na jedan ili drugi način). Odmah sam htio proučiti ove receptore.

I ovdje je Brian Kobilka ponovno postigao veliki uspjeh. Napustio je laboratorij Lefkowitz i otišao na posao na Sveučilištu Stanford. I tamo, više od dvadeset godina, pokušao je dobiti kristalogram β-adrenoreceptora u trenutku kada je povezan s ligandom. Za sve osim Kobilke ovaj zadatak bi bio nerješiv. Činjenica je da je tehnologija dobivanja kristalografija dobro razvijena samo za proteine ​​topljive u vodi. Β-adrenoreceptor je topiv u mastima – mora plutati u fosfolipidnoj membrani. Kobilka je koristila apsolutno zapanjujuće tehnike i prošle godine ostvarila svoj cilj: dobivena je slika radnog β-adrenoreceptora.


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