Premiul Nobel pentru Chimie - 2009 • Petr Petrov • Știri despre "Elemente" • Premiile Nobel, Biologie, Chimie

Premiul Nobel pentru Chimie – 2009

Premiul Nobel la Chimie în 2009: Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan și Thomas Staitz. Fotografii de la www.jewishjournal.com, www.cef-mc.de și opa.yale.edu

Premiul Nobel pentru Chimie din acest an va reveni, ca și în trecut, la biologi: realizările lor sunt legate în primul rând de utilizarea metodei de analiză structurală a razei X, utilizată pe scară largă în biochimie și derivată din participarea activă a laureaților la un nou nivel. Premiul "pentru studiul structurii și activității ribozomilor" va fi împărțit de Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan și Thomas Staitz. Ribozomii sunt "fabrici de proteine" ale celulei: este activitatea lor care asigură sinteza proteinelor din aminoacizi, care este baza activității vieții tuturor lucrurilor vii. Premiul câștigat a jucat un rol semnificativ în dezvoltarea științei; are, de asemenea, aplicații practice imediate – în special, sunt dezvoltate și îmbunătățite antibiotice care ucid bacteriile patogene prin oprirea ribozomilor.

Premiul Nobel pentru Chimie din acest an va fi împărțit de trei biochimiști: Ada E. Yonath de la Institutul de Știință Israelieni Weizmann, Venkatraman (ÎneRamakrishnan (Venkatraman "Venki" Ramakrishnan), cetățean american, care lucrează în prezentLaboratorul de Biologie Moleculară din Cambridge, Consiliul de Cercetări Medicale (Laboratorul de Cercetări Medicale al Biologiei Moleculare) și Thomas A. Steitz de la Universitatea Yale. Premiul le-a fost acordat "pentru cercetarea structurii și activității ribozomilor" ("pentru studiul structurii și funcției ribozomului"). Ribozomii, în studiul structurii și mecanismului de funcționare, laureații acestui premiu au jucat un rol-cheie, fiind o componentă integrală a tuturor celulelor vii. Cu ajutorul lor, pe matricea ARN mesager, toate proteinele sunt sintetizate în celule, inclusiv enzime care controlează toate procesele chimice care apar în celulă.

Ada Yonat Născut în 1939 la Ierusalim într-o familie foarte săracă de evrei imigranți. În 1962 a obținut o diplomă de licență în chimie, iar în 1964 – o diplomă de masterat în biochimie de la Universitatea Ebraică din Ierusalim. O parte semnificativă din cariera sa științifică ulterioară a fost asociată cu Institutul Weizmann din Rehovot, unde în 1968 și-a obținut doctoratul pentru studii structurale cu raze X. În 1969-70 a lucrat în SUA, inclusiv la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Din 1988 lucreaza ca profesor la Departamentul de Biologie Structurale a Institutului Weizmann, iar din anul 1989 conduce un centru de cercetare la acest institut care studiaza complexe de molecule biologice.În paralel cu activitatea ei la Institutul Weizmann, Ada Yonat a susținut și a supervizat cercetările la mai multe instituții academice din Israel, Germania și SUA.

Coroane de Ramakrishnan Născut în 1952 în orașul Chidambaram din sudul Indiei, într-o familie aparținând castelului Brahmin. A petrecut copilăria într-un alt oraș indian, Baroda (acum Vadodara), unde a studiat ulterior la universitate, iar în 1971 a obținut o diplomă de licență în fizică, apoi a mers în SUA, unde în 1976 a obținut doctoratul, Universitatea din Ohio. După aceea, el a decis să părăsească fizica și biologia studiilor. Timp de doi ani a studiat biologia la Universitatea California din San Diego, apoi a lucrat la Universitatea Yale (unde a început studiile sale cu ribozomi) și la alte câteva instituții americane de cercetare, iar în 1999 sa mutat în Anglia, unde a condus un grup de cercetare la Laboratorul de Biologie Moleculară în Cambridge. Din 2008, el este, de asemenea, angajat al Colegiului Trinity, Universitatea din Cambridge.

Thomas Steitz Născut în 1940 în Milwaukee, Wisconsin. A obținut o diplomă de licență în chimie de la Universitatea Lawrence din Wisconsin, apoi a studiat la Harvard, unde în 1966 a obținut doctoratul în biochimie și biologie moleculară.Din 1967 până în 1970, a lucrat la Laboratorul de Biologie Moleculară al Consiliului de Cercetări Medicale din Cambridge, iar din 1970 a lucrat la Universitatea Yale, unde este în prezent profesor de biofizică moleculară și biochimie. În plus față de Yale, Staitz este, de asemenea, un angajat al Institutului Medical Howard Hughes. Soția lui Thomas Steitz, Joan Steitz, este și profesor de biofizică și biochimie moleculară la Yale.

Deși formularea "pentru cercetarea structurii și funcționării ribozomilor" este destul de vagă, se pare că acest premiu a fost acordat pentru realizări destul de concrete – primele modele ale structurii ribozomilor la nivel atomic, obținute prin analiza raze X.

Ribozomii sunt fabrici de proteine ​​care funcționează în toate celulele vii. Ribozomii procariotice sunt mai mici decât ribozomii celulelor eucariote, dar ambele sunt formate din două subunități, mari și mici, fiecare construită din mai multe molecule de ARN (așa-numitul ARN ribozomal sau rRNA) și câteva zeci de proteine ​​diferite. Mecanismul de lucru al ribozomilor a fost studiat pentru mai mult de o duzină de ani, dar multe detalii despre acest mecanism nu au fost încă clarificate și modele detaliate ale structurii ribozomilor au fost obținute abia la începutul secolelor 20 și 21.

Metodele de analiză cu raze X permit judecarea structurii macromoleculelor biologice și complexelor lor (în special, aceste metode au contribuit la stabilirea structurii ADN-ului în 1953). Baza analizei difracției cu raze X este de a obține cristale de macromolecule și de a le radiografia prin raze X. Prin natura difracției razelor X care trec prin aceste cristale, se poate judeca structura moleculelor care formează cristalele. Cu toate acestea, la începutul anilor optzeci ai secolului al XX-lea, nimeni nu a putut încă să obțină cristale adecvate pentru analiză, fie din ribozomi complete, fie din subunitățile lor individuale.

Primele încercări reușite de a cristaliza ribozomii pentru a studia structura lor de razele X au fost luate în anii optzeci Ada Yonath din Berlin, și independent de aceasta, un grup de Institutul de proteine ​​din Pushchino, compus din Marat și Gulnara Yusupova mai târziu pentru a continua studiile de ribozomi în Occident . Dar o descoperire serioasă în această direcție a fost făcută doar la începutul anilor nouăzeci, când grupul Ada Yonath a demonstrat posibilitatea obținerii de cristale ale subunității mari a ribozomului procariotic, care dau un model de difracție cu rezoluție,care permite determinarea poziției atomilor individuali (până la 3 Å și mai puțin, în același timp, dimensiunea ribozomului este de aproximativ 200 Å). Dar primele modele plauzibile ale structurii ribozomilor s-au obținut numai după ce tehnologia de cristalizare și metoda de analiză a datelor cu raze X au fost îmbunătățite în cursul cercetării comune de către grupul Peter Moore și Thomas Steitz de la Universitatea Yale. În anul 2000, în jurnal știință a fost publicat un articol comun al acestor grupuri în care structura subunității mari a ribozomului bacterian a fost descrisă în detaliu pentru prima dată (cu rezoluție atomică).

Modele ale subunității mari a ribozomului bacterian cu rezoluție în creștere: 9 Å (în stânga), 5 Å (în centru) și 2,4 A (în dreapta). Ilustrația unui raport detaliat pe site-ul web al Comitetului Nobel (PDF, 2,6 MB), bazat pe activitatea personalului din laboratorul lui Thomas Steitz, respectiv 1998, 1999 și 2000

Între timp, grupul Wenka Ramakrishnan, care a lucrat la Laboratorul de Biologie Moleculară din Cambridge, a primit un model la fel de detaliat al subunității mici a ribozomului unui alt tip de bacterii, iar în același an a fost publicat un articol despre acesta Natura. Aproape simultan, un articol a apărut de către Ada Yonat și personalul ei, care au obținut aproape același rezultat cu subunitatea mică a ribozomului bacterian, deși au făcut, după cum a devenit mai târziu, o serie de erori în interpretarea structurii sale.

Harry Noller (în fotografie) a condus grupul care a pregătit primul model al structurii întregului ribozom și a făcut mult pentru a înțelege structura ribozomului și mecanismul de sinteză a proteinelor, dar nu a fost inclusă printre câștigătorii premiului Nobel, acordat pentru cercetarea structurii și activității ribozomilor. Fotografie de la www.soe.ucsc.edu

Un model de structură a unui întreg ribozom (adică un complex de subunități mari și mici și molecule de ARN de transport sau tARN care distribuie aminoacizi ribozomului) cu o rezoluție mai puțin detaliată (7,8 Å) a fost obținut pentru prima dată în 1999 în laboratorul Harry Noller (Harry F. Noller) de la Universitatea din California de la Santa Cruz, cu participarea lui Marat și a lui Gulnara Yusupov, care la acel moment a lucrat deja pentru Noller. Publicația din 1999 a fost urmată de o altă, în 2001, în care structura întregului ribozom a fost descrisă cu o rezoluție de 5,5 Å, adică aproape de atom. Ulterior, mai multe laboratoare, inclusiv laboratorul Noller, au reușit să obțină modele de structură a întregului ribozom și cu rezoluție atomică.Primul model (cu o rezoluție de 3,5 Å) a fost prezentat de un grup condus de Jamie H.D. Cate de la Universitatea din California, Berkeley.

Aproximativ două treimi din masa ribozomului este ARN, iar aproximativ o treime este proteina. Studiile privind structura și activitatea ribozomilor au arătat că sarcina funcțională în ribozomi este în primul rând ARN. Astfel, ribozomii sunt, în esență, ribozime gigantice. Această descoperire vorbește în favoarea ipotezei că în stadiile incipiente ale vieții a reprezentat "lumea ARN": moleculele de ARN au prevăzut stocarea informațiilor ereditare și gestionarea proceselor chimice necesare pentru citirea și reproducerea acestor informații; ulterior, aceste funcții în cursul evoluției au fost transferate, respectiv, la ADN și proteine.

Idei despre structura ribozomilor găsesc aplicații practice directe. Multe antibiotice folosite pentru tratarea bolilor infecțioase acționează prin suprimarea activității ribozomilor bacterieni. În laboratoarele Yonat, Ramakrishnan și Staits, s-au obținut date privind mecanismul de acțiune al unui număr de astfel de antibiotice.Aceste date sunt deja utilizate astăzi pentru a dezvolta noi și a îmbunătăți antibioticele existente. Această sarcină este extrem de relevantă, deoarece bacteriile patogene sunt în continuă evoluție, producând rezistență la mijloacele folosite în practica medicală, iar produsele farmaceutice nu pot fi lăsate în urmă în spatele bacteriilor în această "cursa înarmărilor" continue.

O schemă simplificată a muncii ribozomilor (în stânga) și blocarea acestuia cu un antibiotic (în dreapta). Un ARN informațional (ARN) este sintetizat pe o matrice de ADN (ADN), la care se îmbină două subunități ale ribozomului (ribozom) și începe sinteza proteinelor (proteină). Fiecare aminoacid (aminoacid) care face parte din lanțul proteic este transmis la ribozom prin ARN de transport (schematic reprezentat ca o furculiță). Unele antibiotice sunt capabile să se lege de ribozomii bacteriilor, oprindu-se de sinteza proteinelor și ducând la moartea celulelor bacteriene. Ilustrație publicată în New York Times articol despre Premiul Nobel pentru Chimie 2009 (de pe site-ul www.nytimes.com)

Fiecare Premiu Nobel poate fi împărțit în maximum trei, iar alegerea acestor trei dintre candidații demni poate fi incontestabilă și aproape întotdeauna lasă oamenii de știință în umbră, a căror contribuție la descoperirea premiată merită, de asemenea, să fie recunoscută.Sa întâmplat de data asta. Prin structura cercetătorilor restante ribozomului, care nu se încadrează în numărul beneficiarilor acestui premiu se numără Peter Moore, Jamie Kate și Marat Yusupov. Dar absența mai nedrept printre castigatorii Harry Noller, care a demonstrat în primul rând rolul-cheie al ARN-ului în ribozomului, prima secvență de citire de nucleotide ARN ribozomale și a găsit structura secundară (de exemplu, modul în care acesta este pliat), mapate site-urile de legare ale majorității liganzilor ribozomului, primul de a stabili structura întregului ribozomi în complex cu molecule tARN – și astfel sa dovedit a fi al patrulea superfluu.

Deși Comitetul Nobel a făcut o selecție de trei câștigători și poate fi considerată o realizare științifică controversată în sine, pentru care au fost acordate, este demn de Premiul Nobel pentru Chimie. În timpul studiilor cu raze X ale tehnicilor de analiză de structură ribozom au fost îmbunătățite, permițând descris cu interacțiunea ribozom rezolutie atomica cu proteine ​​care controlează funcționarea sa, și cu moleculele de ARNt, precum și modificări în structura ribozomului în timpul sintezei proteinelor.Astăzi, ribozomii sunt cele mai mari complexe macromoleculare asimetrice cu o structură stabilită (structura virusurilor este mai ușor de studiat datorită simetriei lor). Se poate aștepta ca o analiză suplimentară a raze X să fie aplicată cu succes și în studiul structurii și funcționării altor complexe macromoleculare mari, de exemplu, spliceosome, tăind secvențele necodificatoare (introni) din precursorii ARN-ului mesager.

Principalele surse:
1) Richard Van Noorden. Ribosome clinchează chimia Nobel // Noutăți despre natură. Publicat online 7 octombrie 2009.
2) Robert F. Service. 2009 Chimie Onoruri Nobel lucrează pe ribozomi // ScienceNOW Daily News. Publicat online 7 octombrie 2009.
3) Premiul Nobel pentru Chimie 2009 (mesaj pe site-ul Comitetului Nobel).

Cm. De asemenea:
1) Elizabeth Pennisi. Cursa la structura ribozomului // Știință. 24 septembrie 1999. V. 285. P. 2048-2051.
2) Premiul Nobel pentru Chimie – 2008, "Elements", 11.10.2008.

Petr Petrov


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

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