Nobelprisen i kjemi - 2009 • Petr Petrov • Vitenskapelig nyhet om "Elementer" • Nobelprisene, Biologi, Kjemi

Nobelprisen i kjemi – 2009

Nobelprisvinnere i kjemi i 2009: Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan og Thomas Staitz. Bilder fra www.jewishjournal.com, www.cef-mc.de og opa.yale.edu

Nobelprisen i kjemi i år vil igjen, som tidligere, tildele biologer: deres prestasjoner er først og fremst knyttet til bruken av røntgenkonstruksjonsanalysemetoden, mye brukt i biokjemi, og avledet av laureatens aktive deltakelse til et nytt nivå. Prisen "for studier av strukturen og arbeidet til ribosomene" vil bli delt av Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan og Thomas Staitz. Ribosomer er "proteinfabrikker" av cellen: Det er deres arbeid som gir proteinsyntese fra aminosyrer, som er grunnlaget for livsaktiviteten til alle levende ting. Prisvinnende prestasjon spilte en betydelig rolle i utviklingen av vitenskapen; det har også umiddelbare praktiske anvendelser – spesielt antibiotika blir utviklet og forbedret som dræper patogene bakterier ved å slå av ribosomene.

Nobelprisen i kjemi i år vil bli delt av tre biokjemister: Ada E. Yonath fra Israels Weizmann Institute of Science, Venkatraman (IneRamakrishnan (Venkatraman "Venki" Ramakrishnan), en amerikansk statsborger, jobber for tiden iCambridge-laboratoriet for molekylærbiologi, medisinsk forskningsråd (Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology) og Thomas A. Steitz fra Yale University. Prisen ble tildelt dem "for forskning om strukturen og arbeidet til ribosomene" ("for studier av strukturen og funksjonen til ribosomet"). Ribosomer, i studien av strukturen og arbeidsmekanismen som laureaten av denne prisen spilte en nøkkelrolle, er en integrert del av alle levende celler. Med hjelpen, på matrisen av messenger RNA, syntetiseres alle proteiner i celler, inkludert enzymer som styrer alle kjemiske prosesser som forekommer i cellen.

Ada Yonat Født 1939 i Jerusalem i en svært dårlig familie av innvandrerjøder. I 1962 fikk hun en bachelorgrad i kjemi, og i 1964 – en mastergrad i biokjemi fra det hebraiske universitetet i Jerusalem. En betydelig del av hennes videre vitenskapelige karriere var knyttet til Weizmann-instituttet i Rehovot, hvor hun i 1968 fikk doktorgrad for røntgenkonstruksjonsstudier. I 1969-70 jobbet hun i USA, blant annet ved Massachusetts Institute of Technology. Siden 1988 har hun jobbet som professor ved Institutt for strukturell biologi ved Weizmann-instituttet, og siden 1989 har hun ledet et forskningssenter ved dette instituttet som studerer komplekser av biologiske molekyler.I parallell med arbeidet hennes ved Weizmann-instituttet foredragte og ledet Ada Yonat forskning ved flere andre akademiske institusjoner i Israel, Tyskland og USA.

Kranser av Ramakrishnan Født i 1952 i byen Chidambaram i Sør-India, i en familie som tilhører Brahmin-kasten. Han tilbrakte sin barndom i en annen indisk by, Baroda (nå kalt Vadodara), der han senere studerte ved universitetet og i 1971 fikk en bachelorgrad i fysikk, deretter dro til USA, hvor han i 1976 fikk doktorgrad, også i fysikk, Ohio University. Etter det bestemte han seg for å forlate fysikk og studere biologi. I to år studerte han biologi ved University of California i San Diego, jobbet deretter på Yale University (hvor hans studier av ribosomer begynte) og hos flere andre amerikanske forskningsinstitusjoner, og i 1999 flyttet han til England, hvor han ledet en forskningsgruppe ved Laboratoriet for molekylærbiologi i Cambridge. Siden 2008 er han også ansatt ved Trinity College, University of Cambridge.

Thomas Steitz Født 1940 i Milwaukee, Wisconsin. Han tok en bachelorgrad i kjemi fra Lawrence University i Wisconsin, og studerte deretter på Harvard, hvor han i 1966 fikk doktorgrad i biokjemi og molekylærbiologi.Fra 1967 til 1970 jobbet han ved Laboratory of Molecular Biology i Medical Research Council i Cambridge, og siden 1970 har han jobbet ved Yale University, hvor han for tiden er professor i molekylærbiofysikk og biokjemi. I tillegg til Yale er Staitz også en stipendiat ved Howard Hughes Medical Institute. Hustruen til Thomas Steitz, Joan Steitz, er også professor i molekylær biofysikk og biokjemi ved Yale.

Selv om ordlyden "for forskning om struktur og drift av ribosomer" er ganske uklar, ser det ut til at denne prisen ble tildelt for ganske konkrete prestasjoner – de første modellene av strukturen av ribosomer på atomnivå, oppnådd ved røntgenanalyse.

Ribosomer er proteinfabrikker som fungerer i alle levende celler. De prokaryote ribosomer er mindre enn ribosomer av eukaryotiske celler, men de består begge av to underenheter, store og små, som hver består av flere RNA-molekyler (det såkalte ribosomale RNA eller rRNA) og flere dusin forskjellige proteiner. Arbeidsmekanismen for ribosomer har blitt studert i mer enn et dusin år, men mange detaljer om denne mekanismen har fremdeles ikke blitt avklart, og detaljerte modeller av strukturen av ribosomer ble oppnådd bare ved begynnelsen av det 20. og 21. århundre.

Røntgenanalysemetoder tillater å dømme strukturen av biologiske makromolekyler og deres komplekser (særlig disse metodene bidro til å etablere strukturen av DNA i 1953). Grunnlaget for røntgendiffraksjonanalyse er produksjonen av krystaller av makromolekyler og deres røntgenstråler. Ved arten av diffraksjonen av røntgenstråler som passerer gjennom disse krystallene, kan man dømme strukturen av molekylene som danner krystallene. Imidlertid hadde ingen ved tidlig på åttitallet av det 20. århundre kunnet skaffe krystaller egnet for analyse, enten av komplette ribosomer eller av deres individuelle underenheter.

De første vellykkede forsøkene på å krystallisere ribosomer for studier av deres struktur ved hjelp av røntgenstråler ble gjennomført i åttitallet av Ada Yonat i Berlin og uavhengig av det av en gruppe fra Protein Institute i Pushchino, som inkluderte Marat og Gulnara Yusupov, som senere fortsatte studier av ribosomer i Vesten . Men et seriøst gjennombrudd i denne retningen ble først gjort i begynnelsen av nittitallet, da Ada Yonath-gruppen viste muligheten for å skaffe krystaller av den store underenheten til det prokaryote ribosomet, som gir et diffraksjonsmønster med oppløsning,som gjør det mulig å bestemme plasseringen av individuelle atomer (opptil 3 Å og mindre, samtidig er størrelsen på ribosomet omtrent 200 Å). Men de første plausible modellene av strukturen av ribosomer ble oppnådd først etter krystalliseringsteknologien, og metoden for å analysere røntgendata ble forbedret i løpet av fellesforskning av Peter Moore-gruppen og Thomas Steitz ved Yale University. I 2000 i tidsskriftet vitenskap en felles artikkel av disse gruppene ble publisert der strukturen av den store underenheten til bakterielle ribosomet ble beskrevet i detalj for første gang (med atomoppløsning).

Modeller av den store underenheten til bakterielle ribosomet med økende oppløsning: 9 Å (til venstre), 5 Å (i sentrum) og 2,4 Å (til høyre). Illustrasjon av en detaljert rapport på Nobelkomiteens nettside (PDF, 2,6 MB), basert på arbeidet til de ansatte på laboratoriet Thomas Steitz henholdsvis 1998, 1999 og 2000

I mellomtiden har Wenka Ramakrishnan-gruppen, som jobbet ved Laboratoriet for molekylærbiologi i Cambridge, fått en like detaljert modell av den lille underenheten til ribosomet av en annen type bakterier, og i samme år ble en artikkel om den publisert i Nature. Nesten samtidig publisert en artikkel Ada Yonath og hennes stab har oppnådd med liten subenhet av bakterielle ribosomet nesten samme resultat, selv om det innrømmet, som det senere viste seg, en rekke feil i tolkningen av sin struktur.

Harry Nollerpå bildet) Ledet teamet som utarbeidet den første modellen av hele strukturen i ribosomet, og har gjort mye for forståelsen av strukturen av ribosomer og proteinsyntesen maskiner, men var ikke blant vinnerne av Nobelprisen, som deles ut for studiet av struktur og arbeidet med ribosomer. Foto fra www.soe.ucsc.edu

Modell hele ribosom struktur (det vil si et kompleks av store og små underenheter og molekyl overføring RNA, eller tRNA leverer aminosyre til ribosomet), siden mindre detaljert utgitt (7,8 Å), ble første gang fremstilt i 1999, i laboratoriet Harry Noller (Harry F. Noller) fra University of California i Santa Cruz, med deltakelse av Marat Jusupov og Gulnara, mens allerede jobber på Noller. Publikasjonen i 1999 etterfulgt av en annen i 2001, hvor hele av ribosomet strukturen har blitt beskrevet med 5,5 Å-oppløsning, det vil si i nærheten av atom. I fremtiden, flere laboratorier, inkludert lab Noller, klarte å få hele modellen av ribosomet struktur og med atom oppløsning.Den første slikmodellen (med en oppløsning på 3,5 Å) ble presentert av en gruppe ledet av Jamie H.D. Cate fra University of California i Berkeley.

Omtrent to tredjedeler av massen av ribosomet er RNA, og om lag en tredjedel er protein. Studier av strukturen og arbeidet med ribosomer har vist at funksjonell belastning i ribosomer er primært RNA. Ribosomer er således hovedsakelig gigantiske ribozymer. Denne oppdagelsen taler for den hypotesen at det i de tidlige stadier av livet representerte "RNA-verdenen": RNA-molekyler for lagring av arvelig informasjon og styring av kjemiske prosesser som er nødvendige for å lese og reprodusere denne informasjonen; Deretter ble disse funksjonene i løpet av evolusjonen overført til henholdsvis DNA og proteiner.

Ideer om strukturen av ribosomer finner direkte praktisk anvendelse. Mange antibiotika som brukes til å behandle smittsomme sykdommer, virker ved å undertrykke arbeidet med bakterielle ribosomer. I laboratoriene til Yonat, Ramakrishnan og Staits ble data oppnådd på virkningsmekanismen av en rekke slike antibiotika.Disse dataene er allerede brukt i dag for å utvikle nye og forbedre eksisterende antibiotika. Denne oppgaven er svært relevant, siden patogene bakterier stadig utvikler seg, produserer motstand mot de midler som brukes i medisinsk praksis, og farmasøytiske preparater kan ikke forsinkes bak bakterier i denne kontinuerlige "armering".

En forenklet skjema for arbeidet med ribosomer (til venstre) og blokkere den med et antibiotika (til høyre). En informasjons-RNA (RNA) syntetiseres på en DNA-matrise (DNA), til hvilken to underenheter av ribosomet (ribosom) blir deretter forbundet og proteinsyntese begynner (protein). Hver aminosyre (aminosyre) som utgjør en del av proteinkjeden, leveres til ribosomet ved transport RNA (skjematisk avbildet som en gaffel). Noen antibiotika er i stand til å binde seg til ribosomene av bakterier, stoppe proteinsyntese og føre til at bakteriecellene dør. Illustrasjon for publisert i New York ganger Artikkel om Nobelprisen i kjemi 2009 (fra nettstedet www.nytimes.com)

Hver Nobelpris kan deles med ikke mer enn tre, og valget av disse tre blant de verdige kandidatene kan være ubestridelig og etterlater nesten alltid forskere i skyggen, hvis bidrag til den prisbelønte oppdagelsen fortjener anerkjennelse.Det skjedde denne gangen. Blant de fremragende forskerne i ribosomstrukturen som ikke hører inn i listen over de som er tildelt denne prisen, er Peter Moore, Jamie Keith og Marat Yusupov. Men fraværet av Harry Noller blant laureatene, som først viste nøkkelrollen til RNA i arbeidet med ribosomer, les først nukleotidsekvensen av ribosomal RNA og funnet ut den sekundære strukturen (det vil si hvordan den kollapset), kartlagt bindingsstedene til de fleste ligander av ribosomet, men først etablert hele strukturen ribosomer i kompleks med tRNA molekyler – og viste seg derfor å være den fjerde overflødige.

Selv om valget av tre laureater laget av Nobelkomiteen kan betraktes som kontroversielt, er den meget vitenskapelige prestasjonen som de vil bli tildelt, verdig til Nobelprisen i kjemi. Under studier av strukturen av ribosomer ble røntgenstrukturanalysemetoder forbedret, noe som tillot oss å beskrive med atomerisk oppløsning interaksjonen av ribosomet med proteiner som styrer sitt arbeid og med tRNA-molekyler, samt forandringer som forekommer i strukturen av ribosomet under proteinsyntese.I dag er ribosomer de største asymmetriske makromolekylære kompleksene med en etablert struktur (strukturen av virus er lettere å studere på grunn av deres symmetri). Det kan forventes at ytterligere røntgenanalyse også med hell vil bli brukt til studiet av strukturen og operasjonen av andre store makromolekylære komplekser, for eksempel spliceosom, kutte ut ikke-kodende sekvenser (introner) fra forløperne til messenger-RNA.

Hovedkilder:
1) Richard Van Noorden. Ribosome klipper kjemien Nobel // Naturnyheter. Publisert online 7. oktober 2009.
2) Robert F. Service. 2009 Kjemisk Nobel æresarbeid på ribosomer // ScienceNOW Daily News. Publisert online 7. oktober 2009.
3) Nobelprisen i kjemi 2009 (melding på Nobelkomiteens nettside).

Cm. også:
1) Elizabeth Pennisi. Løpet til ribosomstrukturen // Science. 24. september 1999. V. 285. P. 2048-2051.
2) Nobelprisen i kjemi – 2008, "Elements", 11.10.2008.

Petr Petrov


Like this post? Please share to your friends:
Legg att eit svar

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