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十月 7th, 2009:

2009年诺贝尔化学奖:核糖体结构

2009年诺贝尔化学奖授予的3位科学奖,印度裔美国科学家(在英国工作) Vendatraman Ramakrishnan、美国科学家 Thomas Steitz 和以色列科学家 Ada Yonath 都是蛋白晶体结构方面的专家。他们的贡献,是用高清晰度的蛋白晶体结构,为研究蛋白合成的准确性提供了重要证据。

核糖体(ribosome)的英文名在1958年出现,是当时用来命名一种刚发现不久,处于细胞质内,带有核糖核酸的蛋白,那时已经知道核糖体和蛋白质的合成有关。出生罗马尼亚,在美国工作的George Palade 曾因他在这方面的贡献获得1974年诺贝尔生理奖。

核糖体的作用,是在蛋白合成过程中,提供一个平台,所以又有“蛋白工厂”之称。核糖体能够结合蛋白合成所需的模板(mRNA),然后携带着单个氨基酸分子的tRNA来到核糖体上,如果这个tRNA的3个碱基正好和模板 mRNA配对,那么tRNA所携带的氨基酸分子就会接到合成中的肽链上。

核糖体的这种工作方式,以及它的大致结构:每个核糖体都由大小两个亚基组成,在1980年代以前就已经知道了。但是由于对其细微结构缺乏了解,所以蛋白合成机制还有许多问题不清楚:比如tRNA与核糖体的结合、肽链合成的准确度等等。

这3位科学家的贡献就在这里。他们都是结构生物学家,使用X光衍射、电镜等技术分析蛋白结构。做这方面工作的关键,是必须能够制成高纯度、高质量的蛋白结晶。随着技术的进步,对蛋白质结构的解析度越来越高。以色列的 Ada Yonath 从1980年代开始就在从事核糖体结构研究,当时的分辨率可做到10埃(1埃=0.1纳米),核糖体的大小约为200埃。

她以后一直继续从事这方面的研究,从1990年代开始,耶鲁大学的 Thomas Steitz 和剑桥分子生物实验室(属于英国MRC研究系统)的Vendatraman Ramakrishnan,以及其他一些实验室,都相继提供了高清晰度结构图。1990年代末,21世纪初是结构生物学腾飞的时代。

以下这幅图片,来自2009年诺贝尔化学奖背景资料,可以清楚地看出,不同分辨率(9/5/2.4埃)下,原核生物核糖体50S亚基的结构,其信息量之不同,是非常明显的。需要注意的是,要获得高分辨率,不是有高水平的检测仪器就可以做到,更重要的是在样品的提取和准备上的突破。

2009-10-07 Ribosome structure

核糖体的两个亚基,现在都有低于3埃的高分辨图。根据这些信息,现在不仅能用电脑重现核糖体的模型,而且还能回答核糖体是如何保证肽链合成的准确性,以及抗核糖体药物是影响核糖体工作的原理等等。现在有一些药物,就是利用原核生物(如细菌)和真核生物之间在核糖体结构上的差异,专门抑制细菌核糖体合成细菌蛋白,以产生抗菌效果。

 
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