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2009 年諾貝爾化學獎將由三位研究人員分享,他們在過去二十年中,以原子級的水平,解決了核糖體在組裝蛋白質中的功能。
該獎項將由英國劍橋MRC分子生物學實驗室的生物物理學家 Venkatraman Ramakrishnan、耶魯大學的生物化學家Thomas Steitz 和以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所的分子生物學家 Ada Yonath 平分,以表彰他們使用 X 射線晶體學獲得核糖體(所有帶細胞核的細胞中的蛋白質製造機器,使生命成為可能)的精確原子尺度圖譜的工作。
烏普薩拉大學的分子生物學家曼斯·埃倫伯格在斯德哥爾摩的新聞釋出會上解釋該獎項時說:“快速而準確的蛋白質製造對生命至關重要。” “該獎項的全部意義在於核糖體的高解析度結構模型,你可以看到核糖體的原子細節。”
關鍵在於X射線晶體學,即用X射線照射充滿核糖體的晶體,產生散射模式,從而揭示它們的內部運作(由CCD檢測,其發明者昨天獲得了2009年諾貝爾物理學獎)。Yonath透過構建填充有來自嗜熱細菌和嗜鹽古菌的核糖體的晶體,以及透過將晶體置於極低的溫度下穩定晶體,證明了這是可行的。
然後,Steitz在1998年製作了第一個高解析度的核糖體影像,改進了該技術,直到達到原子細節的水平。Ramakrishnan進一步揭示了核糖體不僅透過監測核糖體縫合成蛋白質的氨基酸之間的鍵的穩定性來確保準確性,還透過使用標尺來檢查鍵的幾何形狀。“你得到的準確度要高几個數量級,”埃倫伯格解釋說,或者每縫合100,000個氨基酸就會出現一個錯誤。
這是四年內第二次將化學諾貝爾獎授予使用X射線晶體學的人;2006年,羅傑·科恩伯格因詳細描述了信使RNA的結構而獲獎,信使RNA是攜帶核糖體用於構建蛋白質(如胰島素或血紅蛋白)的資訊的分子。而且,儘管核糖體顯然屬於生物學範疇,但它的工作原理是純粹的化學,美國化學學會主席化學家托馬斯·萊恩說。“這是一個提醒人們,任何你可以看到、觸控、品嚐或聞到的由分子組成的東西都屬於化學領域的機會。”
Yonath是第四位獲得諾貝爾化學獎的女性,也是自1964年多蘿西·霍奇金因其在青黴素和膽固醇方面的X射線晶體學工作獲獎以來的第一位女性。“在美國,一半的化學學位都頒給了年輕女性,”萊恩說。Yonath的獎項“是一個強烈的訊號”。
除了揭示使生命成為可能的一個關鍵過程外,這項工作還能夠詳細地原子地研究抗生素的工作原理。大約一半的抗生素會攻擊病原體的核糖體,因此瞭解藥物如何適應並擾亂核糖體的正常功能,可以使人們發現新的抗生素,以幫助阻止日益增長的抗生素耐藥菌株的浪潮。
“當我在[20世紀70年代]開始這項研究時,我就明白我正在深入研究一個非常重要的生命問題,”Yonath在宣佈時透過電話說。她在以色列女兒的家中接到了電話,她當時正在和孫女一起度過一天。“現在我們正在逐個觀察鍵,[可能會發現]新的抗生素。這非常重要,因為耐藥性正在增長,越來越多的抗生素變得越來越無用,越來越無益。”