Hadiah Nobel dalam Kimia - 2009 • Petr Petrov • Berita Sains mengenai "Unsur" • Hadiah Nobel, Biologi, Kimia

Hadiah Nobel dalam Kimia – 2009

Pemenang Hadiah Nobel dalam bidang kimia pada tahun 2009: Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan, dan Thomas Steitz. Foto dari www.jewishjournal.com, www.cef-mc.de dan opa.yale.edu

Hadiah Nobel dalam Kimia tahun ini akan sekali lagi, seperti pada masa lalu, ahli biologi penghargaan: pencapaian mereka dikaitkan terutamanya dengan penggunaan kaedah analisis sinar-X, digunakan secara meluas dalam biokimia dan diperolehi dengan penyertaan aktif para pemenang ke tahap yang baru. Anugerah "untuk kajian struktur dan kerja ribosomes" akan dikongsi oleh Ada Yonat, Wenki Ramakrishnan dan Thomas Staitz. Ribosom adalah "kilang protein" sel: ia adalah kerja mereka yang menyediakan sintesis protein daripada asid amino, yang menjadi asas kepada aktiviti penting semua makhluk hidup. Pencapaian yang memenangi anugerah memainkan peranan penting dalam pembangunan sains; ia juga mempunyai aplikasi praktikal segera – khususnya, antibiotik sedang dibangunkan dan bertambah baik yang membunuh bakteria patogen dengan mematikan ribosom mereka.

Hadiah Nobel dalam Kimia tahun ini akan dikongsi oleh tiga ahli biokimia: Ada E. Yonath dari Institut Sains Weizmann Israel, Venkatraman (DalameRamakrishnan (Venkatraman "Venki" Ramakrishnan), seorang warganegara AS, yang kini bekerjaMakmal Biologi Molekul Cambridge, Majlis Penyelidikan Perubatan (Majlis Penyelidikan Perubatan Makmal Biologi Molekul), dan Thomas A. Steitz dari Universiti Yale. Hadiah itu diberikan kepada mereka "untuk penyelidikan mengenai struktur dan kerja ribosom" ("untuk kajian struktur dan fungsi ribosom"). Ribosom, dalam kajian struktur dan mekanisme kerja yang mana pemenang hadiah ini memainkan peranan penting, adalah komponen penting bagi semua sel hidup. Dengan bantuan mereka, pada matriks messenger RNA, semua protein disintesis dalam sel, termasuk enzim yang mengawal semua proses kimia yang berlaku di dalam sel.

Ada Yonat Dilahirkan pada tahun 1939 di Baitulmuqaddis dalam keluarga Yahudi yang sangat miskin pendatang. Pada tahun 1962, beliau menerima ijazah sarjana muda dalam bidang kimia, dan pada tahun 1964 – ijazah sarjana dalam bidang biokimia dari Universiti Ibrani Yerusalem. Sebahagian besar daripada kerjaya saintifiknya dikaitkan dengan Weizmann Institute di Rehovot, di mana pada tahun 1968 ia menerima ijazah kedoktorannya untuk kajian struktur sinar-X. Pada tahun 1969-70 beliau bekerja di Amerika Syarikat, termasuk di Massachusetts Institute of Technology. Sejak tahun 1988, beliau telah bekerja sebagai profesor di Jabatan Biologi Struktur di Institut Weizmann, dan sejak tahun 1989 beliau telah mengetuai pusat penyelidikan di institut ini yang mengkaji kompleks biologi.Selari dengan kerjanya di Institut Weizmann, Ada Yonat mengajar dan menyelia penyelidikan di beberapa institusi akademik lain di Israel, Jerman dan AS.

Wreaths of Ramakrishnan Dilahirkan pada tahun 1952 di bandar Chidambaram di selatan India, dalam keluarga milik kasta Brahmin. Beliau menghabiskan masa kecilnya di bandar India yang lain, Baroda (sekarang dipanggil Vadodara), di mana ia kemudian belajar di universiti dan pada tahun 1971 menerima ijazah sarjana muda dalam fizik, kemudian pergi ke Amerika Syarikat, di mana pada tahun 1976 ia mendapat gelar doktor, juga dalam fizik, Ohio University. Selepas itu, beliau memutuskan untuk meninggalkan biologi fizik dan kajian. Selama dua tahun, dia belajar biologi di University of California di San Diego, kemudian bekerja di Universiti Yale (di mana kajian ribosomesnya bermula) dan di beberapa institusi penyelidikan AS lain, dan pada tahun 1999 ia berpindah ke England, di mana dia mengetuai sebuah kumpulan penyelidikan di Laboratorium Biologi Molekul di Cambridge. Sejak 2008, beliau juga merupakan pekerja Trinity College, University of Cambridge.

Thomas Steitz Lahir pada tahun 1940 di Milwaukee, Wisconsin. Beliau menerima ijazah sarjana muda dalam bidang kimia dari Lawrence University di Wisconsin, dan kemudiannya belajar di Harvard, di mana pada tahun 1966 beliau mendapat gelar doktor dalam biokimia dan biologi molekul.Dari tahun 1967 hingga 1970, beliau bekerja di Laboratorium Biologi Molekul Majlis Penyelidikan Perubatan di Cambridge, dan sejak tahun 1970 beliau telah bekerja di Universiti Yale, di mana beliau kini seorang profesor biophysics molekul dan biokimia. Selain Yale, Staitz juga merupakan pekerja Institut Perubatan Howard Hughes. Isteri Thomas Steitz, Joan Steitz juga seorang profesor biofisika molekul dan biokimia di Yale.

Walaupun perkataan "untuk penyelidikan mengenai struktur dan operasi ribosom" agak tidak jelas, nampaknya hadiah ini diberikan untuk pencapaian yang agak konkrit – model pertama struktur ribosom pada peringkat atom, yang diperolehi oleh analisis sinar-X.

Ribosom adalah kilang protein yang berfungsi di semua sel hidup. Ribosom prokariotik lebih kecil daripada ribosom sel eukariotik, tetapi kedua-duanya terdiri daripada dua subunit, besar dan kecil, masing-masing yang terdiri daripada beberapa molekul RNA (yang dikenali sebagai RNA ribosomal atau rRNA) dan beberapa dozen protein berlainan. Mekanisme kerja ribosom telah dikaji selama lebih dari sedozen tahun, tetapi banyak butir-butir mekanisme ini masih belum dijelaskan, dan struktur terperinci struktur ribosom diperoleh hanya pada pergantian abad ke-20 dan ke-21.

Kaedah analisa sinar-X membolehkan untuk menilai struktur makromolekul biologi dan kompleks mereka (khususnya, kaedah ini membantu untuk menubuhkan struktur DNA pada tahun 1953). Asas analisis difraksi sinar-X adalah untuk mendapatkan kristal makromolekul dan radiografi mereka dengan sinaran-X. Dengan sinaran sinar-X yang melalui kristal ini, seseorang boleh menilai struktur molekul yang membentuk kristal. Bagaimanapun, pada awal tahun lapan puluhan abad ke-20, tiada siapa yang dapat memperoleh kristal yang sesuai untuk analisis, sama ada ribosom lengkap atau subunit masing-masing.

Percubaan pertama yang berjaya mengkristaliskan ribosom untuk kajian struktur mereka menggunakan sinar X dilakukan pada tahun 80an oleh Ada Yonat di Berlin dan, secara bebas, oleh kumpulan dari Institut Protein di Pushchino, termasuk Marat dan Gulnara Yusupov, yang kemudiannya melanjutkan kajian ribosom di Barat . Tetapi satu kejayaan yang serius ke arah ini dibuat hanya pada awal tahun sembilan puluhan, apabila kumpulan Ada Yonath menunjukkan kemungkinan memperoleh kristal subunit besar ribosom prokariotik, yang memberikan corak pembelauan dengan resolusi,yang membolehkan menentukan kedudukan atom individu (sehingga 3 Å dan kurang, pada masa yang sama, saiz ribosom adalah kira-kira 200 Å). Tetapi model pertama struktur struktur ribosomes diperolehi hanya selepas teknologi penghabluran dan kaedah untuk menganalisis data X-ray telah dipertingkatkan semasa penyelidikan bersama oleh kumpulan Peter Moore dan Thomas Steitz di Yale University. Pada tahun 2000 dalam jurnal ini Sains artikel bersama kumpulan ini diterbitkan di mana struktur subunit besar ribosom bakteria digambarkan secara terperinci untuk pertama kalinya (dengan resolusi atom).

Model subunit besar ribosom bakteria dengan resolusi yang semakin meningkat: 9 Å (di sebelah kiri), 5 Å (di tengah) dan 2.4 Å (di sebelah kanan). Ilustrasi laporan terperinci di laman web Jawatankuasa Nobel (PDF, 2.6 MB), berdasarkan kerja-kerja kakitangan makmal Thomas Steitz masing-masing tahun 1998, 1999 dan 2000

Sementara itu, kumpulan Wenka Ramakrishnan, yang bekerja di Makmal Biologi Molekul di Cambridge, menerima model yang sama terperinci dari subunit kecil ribosom jenis lain bakteria, dan pada tahun yang sama satu artikel tentangnya telah diterbitkan dalam Alam. Hampir serentak, satu artikel yang muncul oleh Ada Yonat dan kakitangannya, yang hampir mencapai hasil yang sama dengan subunit kecil ribosom bakteria, walaupun mereka membuat, kerana kemudiannya menjadi jelas, sejumlah kesalahan dalam tafsiran strukturnya.

Harry Noller (dalam foto) mengetuai kumpulan yang menyediakan model pertama struktur keseluruhan ribosom, dan melakukan banyak untuk memahami struktur ribosom dan mekanisme sintesis protein, tetapi tidak termasuk di antara pemenang Hadiah Nobel, dianugerahkan untuk penyelidikan mengenai struktur dan kerja ribosom. Foto dari www.soe.ucsc.edu

Model struktur keseluruhan ribosom (iaitu, kompleks subunit besar dan kecil dan mengangkut molekul RNA, atau tRNA, menyampaikan asid amino ke ribosom) dengan resolusi kurang terperinci (7.8 Å) diperoleh pada 1999 di makmal Harry Noller (Harry F. Noller) dari University of California di Santa Cruz, dengan penyertaan Marat dan Gulnara Yusupov, yang pada waktu itu sudah bekerja untuk Noller. Penerbitan tahun 1999 diikuti oleh satu lagi, pada tahun 2001, di mana struktur keseluruhan ribosom digambarkan dengan resolusi 5.5 Å, iaitu, dekat dengan atom. Selepas itu, beberapa makmal, termasuk makmal Noller, berjaya memperoleh model struktur keseluruhan ribosom dan dengan resolusi atom.Model pertama (dengan resolusi 3.5 Å) disampaikan oleh kumpulan yang diketuai oleh Jamie H.D. Cate dari University of California di Berkeley.

Kira-kira dua pertiga jisim ribosom adalah RNA, dan kira-kira satu pertiga adalah protein. Kajian struktur dan kerja ribosom telah menunjukkan bahawa beban fungsional dalam ribosom adalah RNA. Oleh itu, ribosom pada dasarnya adalah ribozim raksasa. Penemuan ini bercakap memihak kepada hipotesis bahawa pada peringkat awal kehidupan ia mewakili "dunia RNA": molekul RNA yang disediakan untuk penyimpanan maklumat keturunan dan pengurusan proses kimia yang diperlukan untuk membaca dan menghasilkan semula maklumat ini; Selepas itu, fungsi-fungsi ini dalam evolusi dipindahkan kepada DNA dan protein.

Idea mengenai struktur ribosom mencari aplikasi praktikal secara langsung. Banyak antibiotik yang digunakan untuk merawat penyakit berjangkit bertindak dengan menekan kerja ribosom bakteria. Di makmal Yonat, Ramakrishnan dan Staits, data diperolehi daripada mekanisme tindakan beberapa antibiotik seperti itu.Data-data ini telah digunakan hari ini untuk membangunkan baru dan meningkatkan antibiotik sedia ada. Tugas ini sangat relevan, kerana bakteria patogen sentiasa berkembang, menghasilkan daya tahan terhadap cara yang digunakan dalam amalan perubatan, dan farmaseutikal tidak boleh tertinggal di bakteria dalam perlombaan senjata "yang berterusan ini.

Skim mudah kerja ribosom (di sebelah kiri) dan menyekatnya dengan antibiotik (di sebelah kanan). Satu RNA maklumat (RNA) disintesis ke atas DNA matriks (DNA), di mana dua subunit ribosom (ribosom) kemudian disambungkan dan protein sintesis bermula (protein). Setiap asid amino (asid amino) yang membentuk sebahagian daripada rantaian protein dihantar ke ribosom dengan pengangkutan RNA (secara skematik digambarkan sebagai garpu). Sesetengah antibiotik mampu mengikat ribosom bakteria, menghentikan sintesis protein dan menyebabkan kematian sel bakteria. Ilustrasi untuk diterbitkan dalam New york times artikel mengenai Hadiah Nobel dalam Kimia 2009 (dari laman web www.nytimes.com)

Setiap Hadiah Nobel boleh dibahagikan dengan tidak lebih daripada tiga, dan pilihan ketiga dari kalangan calon yang layak dapat dipertikaikan dan hampir selalu meninggalkan para saintis dalam bayang-bayang, yang sumbangannya kepada penemuan yang memenangi penghargaan juga patut mendapat pengiktirafan.Ia berlaku pada masa ini. Di antara penyelidik cemerlang struktur ribosom yang tidak termasuk dalam senarai hadiah yang dianugerahkan dengan hadiah ini adalah Peter Moore, Jamie Keith dan Marat Yusupov. Tetapi ketiadaan Harry Noller di kalangan pemenang, yang mula-mula menunjukkan peranan penting RNA dalam kerja ribosom, mula-mula membaca urutan nukleotida RNA ribosom dan mengetahui struktur sekundernya (iaitu, bagaimana ia runtuh), memetakan tapak-tapak yang mengikat kebanyakan ligan ribosom, tetapi mula-mula membentuk struktur keseluruhannya ribosom dalam kompleks dengan molekul tRNA – dan dengan itu ternyata menjadi keempat yang berlebihan.

Walaupun pilihan tiga pemenang yang dibuat oleh Jawatankuasa Nobel boleh dianggap kontroversi, pencapaian yang sangat saintifik yang mereka akan dianugerahkan layak Hadiah Nobel dalam Kimia. Semasa kajian struktur ribosom, kaedah analisis struktur sinar-X telah diperbaiki, yang membolehkan kita menerangkan dengan penyelesaian atom interaksi ribosom dengan protein mengawal karyanya, dan dengan molekul tRNA, serta perubahan yang berlaku dalam struktur ribosom semasa sintesis protein.Hari ini, ribosom adalah kompleks makromolekul asimetris terbesar dengan struktur yang mantap (struktur virus lebih mudah dikaji kerana simetri mereka). Ia boleh dijangkakan bahawa analisis X-ray selanjutnya juga akan diterapkan dengan berkesan untuk mengkaji struktur dan operasi kompleks makromolekul besar lain, contohnya spliceosome, memotong urutan tidak cod (introns) dari prekursor RNA utusan.

Sumber-sumber utama:
1) Richard Van Noorden. Ribosom merangkumi kimia Nobel // Berita alam. Diterbitkan dalam talian 7 Oktober 2009.
2) Robert F. Perkhidmatan. 2009 Kimia Hadiah Nobel bekerja di ribosomes // ScienceNOW Daily News. Diterbitkan dalam talian 7 Oktober 2009.
3) Hadiah Nobel dalam Kimia 2009 (mesej di laman web Jawatankuasa Nobel).

Lihat juga:
1) Elizabeth Pennisi. Perlumbaan ke struktur ribosom // Sains. 24 September 1999. V. 285. P. 2048-2051.
2) Hadiah Nobel dalam Kimia – 2008, "Unsur", 11.10.2008.

Petr Petrov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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