2009 yılında Nobel Ödülü kazananları: Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan ve Thomas Staitz. Www.jewishjournal.com, www.cef-mc.de ve opa.yale.edu fotoğrafları
Bu yılki Kimyada Nobel Ödülü, geçmişte olduğu gibi yine biyologları ödüllendirecek: başarıları öncelikle biyokimyada yaygın olarak kullanılan ve ödüllerin aktif katılımıyla yeni bir düzeye çıkarılan X-ışını yapısal analiz yönteminin kullanımı ile bağlantılıdır. “Ribozomların yapısı ve çalışmaları hakkında yapılan çalışmalar” ödülü Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan ve Thomas Staitz tarafından paylaşılacak. Ribozomlar, hücrenin “protein fabrikaları” dır: tüm canlıların yaşam aktivitesinin temeli olan amino asitlerden protein sentezi sağlayan çalışmalarıdır. Ödüllü başarı, bilimin gelişmesinde önemli bir rol oynamıştır; Aynı zamanda pratik uygulamalara da sahiptir – özellikle, antibiyotikler geliştirilmekte ve patojenik bakterileri öldürerek ribozomlarını kapatarak iyileştirilmektedir.
Bu yılki Kimyada Nobel Ödülü üç biyokimyacı tarafından paylaşılacak: İsrail Weizmann Bilim Enstitüsü'nden Ada E. Yonath (Venkatraman)eABD vatandaşı Ramakrishnan (Venkatraman “Venki” Ramakrishnan) şu andaMoleküler Biyoloji Cambridge Laboratuvarı, Tıbbi Araştırma Konseyi (Moleküler Biyoloji Tıbbi Araştırma Konseyi Laboratuvarı) ve Yale Üniversitesi'nden Thomas A. Steitz. Ödül, "ribozomların yapısı ve çalışması hakkında araştırma için" ("ribozomun yapısı ve işleviyle ilgili çalışmalar için") ödüllendirildi. Ribozomlar, bu ödülün önemli bir rol oynadığı çalışma yapısının ve mekanizmasının çalışmasında, tüm canlı hücrelerin ayrılmaz bir parçasıdır. Onların yardımıyla, mesajcı RNA'nın matrisi üzerinde, tüm proteinler, hücrede meydana gelen tüm kimyasal süreçleri kontrol eden enzimler dahil olmak üzere, hücrelerde sentezlenir.
Ada Yonat 1939'da Kudüs'te çok fakir bir göçmen Yahudi ailesinde doğdu. 1962'de kimya alanında lisans ve 1964'te – Kudüs İbrani Üniversitesi'nden biyokimya alanında yüksek lisans derecesi aldı. Bilimsel kariyerinin önemli bir kısmı, 1968'de X-ışını yapısal çalışmaları için doktorasını aldığı Rehovot'taki Weizmann Enstitüsü ile ilişkilendirildi. 1969-70'de Massachusetts Institute of Technology'de dahil olmak üzere ABD'de çalıştı. 1988'den bu yana Weizmann Enstitüsü'nde Yapısal Biyoloji Bölümü'nde profesör olarak çalışmaktadır ve 1989'dan beri bu enstitüde biyolojik moleküllerin komplekslerini araştıran bir araştırma merkezine gitmektedir.Weizmann Enstitüsündeki çalışmalarına paralel olarak Ada Yonat, İsrail, Almanya ve ABD'deki diğer akademik kurumlarda dersler verdi ve araştırdı.
Ramakrishnan Çelenkleri 1952'de güney Hindistan'daki Chidambaram kasabasında, Brahmin kastına ait bir ailede doğdu. Çocukluğunu bir başka Hint kenti olan Baroda'da (şimdi Vadodara olarak anılır) geçirdi, daha sonra üniversitede okudu ve 1971'de fizik lisansını aldı, daha sonra 1976'da doktorasını fizikte de alan ABD'ye gitti. Ohio Üniversitesi. Ondan sonra fiziği bırakmaya ve biyoloji öğrenmeye karar verdi. İki yıl boyunca San Diego'daki California Üniversitesi'nde biyoloji okudu, daha sonra Yale Üniversitesi'nde (ribozom çalışmaları başladı) ve diğer birkaç ABD araştırma kurumunda çalıştı ve 1999'da Moleküler Biyoloji Laboratuvarı'nda bir araştırma grubuna başkanlık ettiği İngiltere'ye taşındı. Cambridge'de. 2008'den beri, aynı zamanda Cambridge Üniversitesi, Trinity Koleji'nin bir çalışanıdır.
Thomas Steitz 1940 yılında Milwaukee, Wisconsin'de doğdu. Wisconsin'de Lawrence Üniversitesi'nden kimya alanında lisans derecesini aldı ve 1966'da biyokimya ve moleküler biyoloji alanında doktorasını aldığı Harvard'da okudu.1967'den 1970'e kadar Cambridge'deki Tıbbi Araştırma Konseyi'nin Moleküler Biyolojisi Laboratuarı'nda çalıştı ve 1970'den beri Yale Üniversitesi'nde çalıştı ve şu anda moleküler biyofizik ve biyokimya profesörü. Yale'e ek olarak, Staitz ayrıca Howard Hughes Tıp Enstitüsü'nün bir çalışanıdır. Thomas Steitz'in karısı Joan Steitz de Yale'de moleküler biyofizik ve biyokimya profesörüdür.
“Ribozomların yapısı ve işleyişi ile ilgili araştırmalar için” ifadesi oldukça belirsiz olsa da, bu ödülün oldukça somut başarılar elde ettiği görülüyor – X-ışını analizi ile elde edilen atomik seviyedeki ribozomların yapısının ilk modelleri.
Ribozomlar, tüm canlı hücrelerde çalışan protein fabrikalarıdır. Prokaryotik ribozomlar, ökaryotik hücrelerin ribozomlarından daha küçüktür, fakat her ikisi de, her biri birkaç RNA molekülünden (ribozomal RNA veya rRNA olarak adlandırılır) ve birkaç düzine farklı proteinden yapılan büyük ve küçük iki alt birimden oluşur. Ribozomların çalışma mekanizması bir düzine yıldan uzun bir süredir incelenmiştir, ancak bu mekanizmanın birçok detayı hala açıklığa kavuşturulmamıştır ve ribozomların yapısının ayrıntılı modelleri sadece 20. ve 21. yüzyıllarda elde edilmiştir.
X-ışını analizi yöntemleri, biyolojik makromoleküllerin ve komplekslerinin yapısını yargılamak için izin verir (özellikle, bu yöntemler, 1953'te DNA'nın yapısını oluşturmaya yardımcı olmuştur). X-ışını kırınım analizinin temeli, X-ışınları ile makromolekül kristalleri ve radyografi elde etmektir. Bu kristallerden geçen X-ışınlarının kırınımının doğası gereği, kristalleri oluşturan moleküllerin yapısı yargılanabilir. Bununla birlikte, 20. yüzyılın başlarındaki seksenlerin hiç biri, henüz tam ribozomların veya kendi alt birimlerinin analizi için uygun olan kristalleri henüz elde edememişti.
X-ışınlarını kullanarak yapısını incelemek için ribozomları kristalize etmeye yönelik ilk başarılı girişimler, Berlin'de Ada Yonat tarafından seksenlerde ve bağımsız olarak, Plüton ve Pronnara Yusupov'un Prochumu Enstitüsünden bir grup tarafından, Batı'da ribozomlarla ilgili çalışmalara devam eden Marat ve Gulnara Yusupov tarafından üstlenildi. . Ancak, bu doğrultuda ciddi bir atılım, yalnızca 90'lı yılların başlarında yapıldı. Ada Yonath grubu, prokaryotik ribozomun büyük alt biriminin kristallerini elde etme olasılığını ortaya koydu.Bu, bireysel atomların konumunu belirlemesine izin verir (3 A ve daha az, aynı zamanda ribozomun boyutu yaklaşık 200 A'dır). Ancak ribozomların yapısının ilk akla yatkın modelleri, ancak kristalizasyon teknolojisinden sonra elde edildi ve X-ışını verilerini analiz etme yöntemi, Peter Moore grubu ve Yale Üniversitesi'ndeki Thomas Steitz tarafından yapılan ortak araştırmalar sırasında geliştirildi. 2000 yılında dergide bilim Bu grupların ortak bir makalesi yayınlandı ve burada bakteriyel ribozomun büyük alt biriminin yapısı ilk kez ayrıntılı olarak açıklandı (atomik çözünürlük ile).
Artan çözünürlüğe sahip bakteriyel ribozomun büyük alt biriminin modelleri: 9 Å (solda), 5 Å (merkezde) ve 2,4 A (sağda). 1998, 1999 ve 2000 yıllarında Thomas Steitz laboratuarında çalışan personelin çalışmalarına dayanarak Nobel Komitesi'nin web sitesinde ayrıntılı bir raporun (PDF, 2.6 MB) çizimi
Bu arada, Cambridge'deki Moleküler Biyoloji Laboratuarı'nda çalışan Wenka Ramakrishnan grubu, başka tipteki bakterilerin ribozomunun küçük alt biriminin eşit derecede ayrıntılı bir modelini aldı ve aynı yıl içinde bir makale yayınlandı. Doğa. Hemen hemen aynı anda Ada Yonat ve onun personeli, bakteriyel ribozomun küçük alt birimi ile neredeyse aynı sonuca ulaşmış olan bir kadro tarafından ortaya çıkmıştı, ancak daha sonra anlaşıldığı gibi, yapısının yorumlanmasında bir takım hatalar yapmışlardı.
Harry Noller (fotoğrafta) tüm ribozomun yapısının ilk modelini hazırlayan gruba yöneldi ve ribozomun yapısını ve protein sentezinin mekanizmasını anlamak için çok şey yaptı, fakat Nobel Ödülü kazananları arasında yer almadı, ribozomların yapısı ve çalışması hakkında araştırmalar için ödül aldı. Fotoğraf www.soe.ucsc.edu
Daha az ayrıntılı bir çözünürlükle (7.8 A) tüm ribozomun yapısı (yani, büyük ve küçük alt birimler ve transport RNA molekülleri veya tRNA, aminoasitleri ribozoma veren bir kompleksin) modeli ilk olarak 1999 yılında Harry Noller laboratuvarında (Harry F.) elde edilmiştir. Noller), Kaliforniya Üniversitesi'nden Santa Cruz'dan Marat ve Gulnara Yusupov'un katılımıyla, o zamanlar Noller için çalışmıştı. 1999 yılında yayınlanmış olan bir başka yayın, 2001 yılında, bütün ribozomun yapısının 5.5 A, yani atomik yakın bir çözünürlükle anlatıldığı bir izledi. Daha sonra, Noller laboratuvarı dahil olmak üzere birçok laboratuvar, bütün ribozomun yapısını ve atomik çözünürlüğü elde etmeyi başardı.Bu tür ilk model (3.5 derece çözünürlükle) Berkeley'deki California Üniversitesi'nden Jamie H.D. Cate tarafından yönetilen bir grup tarafından sunuldu.
Ribozomun kütlesinin yaklaşık üçte ikisi RNA'dır ve yaklaşık üçte biri proteintir. Ribozomların yapısı ve çalışmaları ile ilgili çalışmalar, ribozomlardaki fonksiyonel yükün öncelikle RNA olduğunu göstermiştir. Böylece ribozomlar esasen devasa ribozimlerdir. Bu keşif, yaşamın ilk evrelerinde “RNA dünyası” nı temsil ettiği hipotezinden söz eder: kalıtsal bilginin depolanması için sağlanan RNA molekülleri ve bu bilgiyi okumak ve çoğaltmak için gerekli kimyasal süreçlerin yönetimi; daha sonra, evrim sürecinde bu işlevler sırasıyla DNA ve proteinlere aktarılmıştır.
Ribozomların yapısı ile ilgili fikirler doğrudan pratik bir uygulama bulmaktadır. Enfeksiyon hastalıklarını tedavi etmek için kullanılan birçok antibiyotik, bakteriyel ribozomların çalışmasını bastırarak etki eder. Yonat, Ramakrishnan ve Staits laboratuvarlarında, bu tür antibiyotiklerin etki mekanizmaları hakkında veri elde edildi.Bu veriler halihazırda yeni ve mevcut antibiyotikleri geliştirmek için kullanılmaktadır. Bu görev son derece önemlidir, çünkü patojenik bakteriler sürekli gelişmekte, tıbbi uygulamada kullanılan araçlara direnç üretmektedir ve bu sürekli “silahlanma yarışında” farmasötikler bakterilerin gerisinde kalmamaktadır.
Ribozomların çalışmalarının basitleştirilmiş bir planı (solda) ve bir antibiyotik ile blokesağda). Bir DNA matrisi (RNA) üzerinde bir bilgisel RNA (RNA) sentezlenir, bunun üzerine ribozomun iki alt birimi (ribozom) sonradan birleştirilir ve protein sentezi başlar (protein). Protein zincirinin bir parçasını oluşturan her amino asit (amino asit), transport RNA (şematik olarak bir çatal olarak tasvir edilir) tarafından ribozoma iletilir. Bazı antibiyotikler, protein sentezini durdurarak ve bakteriyel hücrelerin ölümüne yol açan bakterilerin ribozomlarına bağlanabilir. Yayınlanmak üzere illüstrasyon New York Times Kimya 2009 Nobel Ödülü'nün makalesi (www.nytimes.com sitesinden)
Her Nobel Ödülü en fazla üç bölüme ayrılabilir ve bu üçün seçkin adaylar arasından seçimi tartışılmaz olabilir ve neredeyse her zaman bilim adamlarını gölgede bırakır, ödüllü keşfe olan katkısı da tanınırlığı hak eder.Bu sefer oldu. Bu ödülle ödüllendirilenlerin listesine girmeyen ribozom yapısının seçkin araştırmacıları arasında Peter Moore, Jamie Keith ve Marat Yusupov vardır. Ancak, ilk olarak ribozomların çalışmasında RNA'nın anahtar rolünü gösteren, ödül kazananlar arasında Harry Noller'in yokluğu, ilk olarak ribozomal RNA'nın nükleotid dizisini okur ve ikincil yapısını (yani, nasıl çöktüğünü), ribozomun ligandlarının çoğunun bağlanma yerlerini haritalandırdığını, ancak önce bütünün yapısını oluşturduğunu keşfetti. tRNA molekülleri ile kompleks halinde ribozomlar – ve böylece dördüncü gereksiz olduğu ortaya çıktı.
Nobel Komitesi tarafından yapılan üç ödülün seçimi tartışmalı olarak değerlendirilebilse de, bunların verileceği bilimsel başarı, Kimyada Nobel Ödülü'ne layıktır. Ribozomların yapısı ile ilgili çalışmalar sırasında, X-ışını yapısal analiz yöntemleri geliştirildi; bu, atomik çözünürlük ile ribozomun işini kontrol eden proteinler ile etkileşimini ve tRNA molekülleri ile protein sentezi sırasında ribozomun yapısında meydana gelen değişimleri tanımamızı sağladı.Günümüzde, ribozomlar yerleşik bir yapıya sahip en büyük asimetrik makromoleküler komplekslerdir (virüslerin yapısı simetrilerinden dolayı çalışmak için daha kolaydır). Diğer büyük makromoleküler komplekslerin, örneğin haberci RNA'nın öncülerinden kodlayıcı olmayan dizileri (intronları) kesen, örneğin spliceosome yapısının ve çalışmasının çalışılmasına yönelik olarak daha fazla X-ışını analizinin başarılı bir şekilde uygulanması beklenebilir.
Ana kaynakları:
1) Richard Van Noorden. Ribozom kimyayı Nobel // Doğa haberleri. Çevrimiçi yayın tarihi 7 Ekim 2009.
2) Robert F. Hizmet. 2009 Kimya Nobel ribozomlar üzerinde çalışır onur ScienceNOW Günlük Haberler. Çevrimiçi yayın tarihi 7 Ekim 2009.
3) Kimya 2009 Nobel Ödülü (Nobel Komitesi'nin web sitesinde mesaj).
Cm. Ayrıca:
1) Elizabeth Pennisi. Ribozom yapısına yarma // Bilim. 24 Eylül 1999. V. 285. S. 2048-2051.
2) Kimyada Nobel Ödülü – 2008, “Unsurlar”, 11.10.2008.
Petr Petrov