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2009 年诺贝尔化学奖将由三位研究人员分享,他们在过去二十年中,以原子级的水平,解决了核糖体在组装蛋白质中的功能。
该奖项将由英国剑桥MRC分子生物学实验室的生物物理学家 Venkatraman Ramakrishnan、耶鲁大学的生物化学家Thomas Steitz 和以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所的分子生物学家 Ada Yonath 平分,以表彰他们使用 X 射线晶体学获得核糖体(所有带细胞核的细胞中的蛋白质制造机器,使生命成为可能)的精确原子尺度图谱的工作。
乌普萨拉大学的分子生物学家曼斯·埃伦伯格在斯德哥尔摩的新闻发布会上解释该奖项时说:“快速而准确的蛋白质制造对生命至关重要。” “该奖项的全部意义在于核糖体的高分辨率结构模型,你可以看到核糖体的原子细节。”
关键在于X射线晶体学,即用X射线照射充满核糖体的晶体,产生散射模式,从而揭示它们的内部运作(由CCD检测,其发明者昨天获得了2009年诺贝尔物理学奖)。Yonath通过构建填充有来自嗜热细菌和嗜盐古菌的核糖体的晶体,以及通过将晶体置于极低的温度下稳定晶体,证明了这是可行的。
然后,Steitz在1998年制作了第一个高分辨率的核糖体图像,改进了该技术,直到达到原子细节的水平。Ramakrishnan进一步揭示了核糖体不仅通过监测核糖体缝合成蛋白质的氨基酸之间的键的稳定性来确保准确性,还通过使用标尺来检查键的几何形状。“你得到的准确度要高几个数量级,”埃伦伯格解释说,或者每缝合100,000个氨基酸就会出现一个错误。
这是四年内第二次将化学诺贝尔奖授予使用X射线晶体学的人;2006年,罗杰·科恩伯格因详细描述了信使RNA的结构而获奖,信使RNA是携带核糖体用于构建蛋白质(如胰岛素或血红蛋白)的信息的分子。而且,尽管核糖体显然属于生物学范畴,但它的工作原理是纯粹的化学,美国化学学会主席化学家托马斯·莱恩说。“这是一个提醒人们,任何你可以看到、触摸、品尝或闻到的由分子组成的东西都属于化学领域的机会。”
Yonath是第四位获得诺贝尔化学奖的女性,也是自1964年多萝西·霍奇金因其在青霉素和胆固醇方面的X射线晶体学工作获奖以来的第一位女性。“在美国,一半的化学学位都颁给了年轻女性,”莱恩说。Yonath的奖项“是一个强烈的信号”。
除了揭示使生命成为可能的一个关键过程外,这项工作还能够详细地原子地研究抗生素的工作原理。大约一半的抗生素会攻击病原体的核糖体,因此了解药物如何适应并扰乱核糖体的正常功能,可以使人们发现新的抗生素,以帮助阻止日益增长的抗生素耐药菌株的浪潮。
“当我在[20世纪70年代]开始这项研究时,我就明白我正在深入研究一个非常重要的生命问题,”Yonath在宣布时通过电话说。她在以色列女儿的家中接到了电话,她当时正在和孙女一起度过一天。“现在我们正在逐个观察键,[可能会发现]新的抗生素。这非常重要,因为耐药性正在增长,越来越多的抗生素变得越来越无用,越来越无益。”