三位科学家揭示了核糖体的结构和工作原理有分享了2009年诺贝尔化学奖。菲利普Broadwith崩溃的故事
三位科学家揭示了核糖体的结构和工作原理有分享了2009年诺贝尔化学奖。菲利普Broadwith崩溃的故事
走过的实验室分子生物学(LMB)在剑桥,英国,很容易看到这个实验室,这是由英国医学研究理事会(MRC)资助,产生了这么多的诺贝尔奖得主——总共14个,化学和医学或生理学平均分担。这个地方充满活动和每一个角落充满了实验仪器。我参观了实验室后仅仅几天宣布2009年诺贝尔化学奖,共享LMB的Ramakrishnan万卡特拉曼·莱马克里斯(“Venki”);来自耶鲁大学的托马斯·施泰茨,美国;和阿达·约纳特雷霍沃特魏茨曼科学研究所的,以色列;但它一如既往的实验室,与研究人员耐心梳理生活的机械的错综复杂的细节。
今年的三名获胜者SKr10百万(? 880000)奖被认为与压制核糖体的结构,每个细胞中的蛋白质工厂翻译庸俗的遗传密码的核酸(DNA和RNA)到20左右的氨基酸蛋白质字母表的成员。出于这个原因,Ramakrishnan解释说,核糖体的生物学重要性自从他们的发现在1950年代。几乎每一个细胞中分子是由核糖体或酶本身由核糖体,”他说。
但Ramakrishnan也很快指出,尽管核糖体的作用集中重要生物学家,破译其结构和相关的函数在分子水平只是尽可能多的化学生物学。“潜在的生物都是分子,”他说,“和这些分子化学法,所以了解这些分子的工作成为一个化学问题。”和核糖体无疑是一个不小的问题——它的分子量为250万道尔顿和大约一百万个单个原子查明。近三分之二的质量是RNA,剩下的大约50个人组成的是一个复杂的蛋白质分为两个单元,所以没有真正的意外,得到精确的结构数据花了将近二十年。
自行车和睡觉的熊
这是科学家的工作,真正解决核糖体的结构奠定了基础。奖的宣布后不久,科学家对诺贝尔基金会说,她的灵感来自思考北极熊冬眠。因为自行车事故,我有一些空闲时间,我不得不恢复,我读了很多的她说。她解释说在冬眠熊收藏他们的核糖体保护他们,否则他们会降低,就没有留给制造新蛋白质时,熊在春天醒来,这张照片如何装得满满的核糖体启发她想办法外界认为,他们在保持活动。
在1980年代,科学家的团队成功的第一个有用的水晶大亚基的核糖体非常健壮的细菌。这些最初的晶体是脆弱和容易使用的x射线损害调查它们的结构,但集团坚持和发展他们的结晶技术来获得更好的和更好的分辨率x射线图像。当时最大的突破之一科学家使用cryo-crystallography——冻结晶体保护他们免受自由基产生的x射线。
但是拥有高质量晶体只有战斗的一部分——仍有所谓的“阶段问题”的问题,这是施泰茨和Ramakrishnan脱颖而出。得到足够的信息来建立一个精确的分子地图从一个x射线衍射模式,解释了Ramakrishnan,你需要知道这两个衍射x射线的强度,而且他们的阶段,他们坐在模式构成了x射线波的波峰和波谷。
中央教条
所谓的“中心法则”的生物学、DNA产生RNA产生蛋白质,于1970年正式通过弗朗西斯·克里克。它描述了遗传信息储存在DNA的形式转化为功能分子:RNA使蛋白质的核糖体的由来。
后DNA转录成信使RNA在细胞的细胞核,信使RNA链传播核糖体,是夹在两个单元之间,和阅读,三个核苷酸碱基。核糖体的棘轮的信使RNA链,每组三个基地,或密码子,与其互补配对anti-codon转移核糖核酸,提供适当的氨基酸肽链增长。一旦它到达一个停止信号的信使rna,肽释放和自由mRNA的核糖体分崩离析,找到一个新的翻译。
每个核糖体可以每秒10到20肽债券形式和内置的错误检查机制,以确保它只会使平均每100000氨基酸添加到一个错误的肽链。整个过程是由众多的辅助生物分子结合核糖体在经济周期的不同阶段,正是这些当前的研究现在专注于核糖体。
解决这一问题的传统方法,解释了Ramakrishnan,将重原子,x射线衍射在非常明确的方面,如汞,水晶,然后比较衍射模式和没有这些重原子。这种技术的同形替代最初使用的马克斯·佩鲁茨氏和约翰Kendrew在LMB解决血红蛋白和肌红蛋白的结构,他们收到了1962年的诺贝尔化学奖,”他补充道,“但一开始还不清楚,这将为核糖体工作。”
施泰茨和Ramakrishnan稍微不同的方法来解决相位问题。施泰茨看着提炼重原子科学家使用的集群技术,得到第一个真正可靠的相位信息的更大的核糖体亚基。另一方面,Ramakrishnan集中在较小的单元和探索反常散射——一个新想法通过同步辐射的出现,这给研究人员获得可调谐波长的射线,互动更具体地说与镧系元素或者其他特殊原子引入到晶体。“我们利用重原子开始,”Ramakrishnan说,“最后(施泰茨集团)使用反常散射,所以这一切似乎收敛。”
竞争还是合作?
有三组工作解决结构,竞争不可避免的一个元素。Ramakrishnan描述之间的非正式的竞赛组织工作在两个不同的子单元很友好,但他记得1999年至2000年作为一个紧张而实际上相当不愉快的时期自己的小组几乎Yonath直接竞争的解决小亚基结构。他补充说,重要的是要确保竞争不偏离科学进步,说“我的态度是坚持科学——我有一些担忧这些奖项,因为他们可以使人们的行为反常的举动,使之间的分歧的人应该是最好的朋友和合作者。
所有目标的目标
因其在细胞的生存至关重要的作用,和细菌之间的差异和人类版本,抗生素的核糖体是一个重要的目标。到目前为止大约一半的抗生素发现目标细菌的核糖体。2000年,施泰茨和Ramakrishnan与一群同事,包括彼得·摩尔和哈利nol发现子公司纽药品。
分子遗传学家Susan Froshauer离开辉瑞头纽,告知manbetx手机客户端3.0多么重要的高分辨率结构核糖体是克服抗生素耐药性细菌的战斗中。我们称之为核糖体所有目标的目标,“Froshauer说,“和晶体结构为我们提供了一个丰富的立体化学,帮助我们理解已知的抗生素类作用于核糖体,然后设计新的东西会更积极的对抗耐药核糖体。“纽正在开发一种新的oxazolidinone抗生素,radezolid,目前在二期临床试验中表现得很好,她补充道。
这是三年来第二次化学诺贝尔奖授予了蛋白质分子的晶体学。罗杰。孔柏格,他赢得了2006年奖的RNA聚合酶的结构和功能-酶负责DNA转录成RNAmanbetx手机客户端3.0今年的奖项只会进一步强调化学为基础生物学的重要性。它调用注意结构对于理解的重要性,化学和生物,特别是原子结构,”他说。
科恩伯格也承认,今年的获奖者的工作,尤其是阿,不仅仅是相关的核糖体。科学家进行了这个很久以前有人相信这是可行的,和她做的贡献是重要的技术基础工作,今天我们和其他许多人做的事情。他补充说,科学家建议他适当的重原子簇用于解决RNA聚合酶的结构。
在巨人的肩膀上
由于任何诺贝尔获奖者的数量是有限的,三,有许多研究人员作出了开创性的贡献,我们理解核糖体被认为有可能错过了谁。在一次新闻发布会上奖宣布后不久,施泰茨很快赞美他的长期合作者的工作在耶鲁,彼得·摩尔。Ramakrishnan指出一系列低分辨率的“快照”结构由哈利nol来自加州大学圣克鲁斯分校;和低温电子显微镜工作的约阿希姆·弗兰克Wadsworth中心在奥尔巴尼,纽约,帮助想象核糖体改变形状,因为它是如何工作的。
Ramakrishnan和科恩伯格还指出,技术进步在他们的成功中发挥了重要作用,Ramakrishnan指出如何拟合是威拉德博伊尔和乔治·史密斯新泽西州贝尔实验室发明获得了2009年诺贝尔物理学的电荷耦合器件(CCD)传感器,因为它是真正的力量推动x射线检测,允许数据收集的数字,使它更容易分析和想象这样的复杂的结构。
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