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。

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。