Chemiczny Nobel 2009: Rybosomy - fabryki białek

Jak napisali członkowie Komitetu Noblowskiego w uzasadnieniu decyzji, "Nagroda Nobla z chemii za 2009 rok jest docenieniem badań nad procesami kluczowymi dla życia".

Tegoroczni nobliści wyjaśnili, jak wygląda rybosom i jak funkcjonuje na poziomie atomów. Rybosomy są strukturami kluczowymi dla życia, przekładają bowiem informację genetyczną zawartą w DNA na białka tworzące komórki żywych organizmów.

Nie tylko Engels uważał życie za formę istnienia białka - głównie z białek składają się wszelkie żywe komórki, białka są materiałem budulcowym kości i mięśni, elastyczne białka tworzą ścięgna, twarda keratyna - włosy, paznokcie, a przezroczysta krystalina - soczewki naszych oczu. Białkami są przeciwciała, które chronią organizm przed zarazkami, hormony takie jak insulina, enzymy trawienne, przenosząca tlen hemoglobina. W żywym organizmie potrzebne są dziesiątki tysięcy pełniących różne funkcje białek.

Białka są długimi łańcuchami połączonych cząsteczek zwanych aminokwasami. Podobnie jak z ograniczonej liczby znaków alfabetu można utworzyć miliony różnych słów w setkach języków i praktycznie nieskończona liczbę dzieł literackich, także miliony białek składają się z zaledwie dwudziestu rodzajów aminokwasów. Najdłuższym ze znanych białek jest zawarta w mięśniach tytyna(zwana też konektyną) - to łańcuch 26 926 aminokwasów. Dokładna nazwa chemiczna tego białka w języku angielskim jest nie do wymówienia - liczy ponad 189 tysięcy znaków.

O ile do stworzenia dowolnego białka wystarczy odpowiednia liczba odpowiednio ułożonych aminokwasów, których jest 20, to informacja o tym zapisana jest w kodzie DNA złożonym z zaledwie czterech liter, zwanych nukleotydami. Dlatego potrzebny jest mechanizm, który przetłumaczy zawartą w DNA teorię na aminokwasowy język praktyki.

Właśnie tym zajmują się rybosomy, będące wydajnymi wytwórniami białek. Dzięki Venkatramanowi Ramakrishanowi, Thomasowi A. Steitzowi i Adzie E. Yonath dokładnie wiemy, jak wyglądają i jak są zbudowane. Za pomocą techniki krystalografii rentgenowskiej udało się ustalić pozycję każdego z setek tysięcy atomów tworzących rybosom. Aby uzyskać rybosomy w niezbędnej dla potrzeb krystalografii postaci krystalicznej, Ada Yonath wybrała szczególnie stabilne rybosomy z żyjącej w gorących źródłach bakterii Geobacillus stearothermophilus oraz zamieszkującego Morze Martwe mikroorganizmu Haloarcula marismortui.

W procesie zwanym translacją, rybosomy wytwarzają białka na podstawie informacji zawartych w nici DNA - jednak nie korzystają z tej informacji bezpośrednio. Gdy potrzebne jest jakieś białko, "plan budowy" jest przenoszony z jądra komórki przez informacyjny RNA (mRNA). RNA jest substancją podobną do DNA, choć różni się od niego jedną "literą" - nukleotydem. Gdy mRNA połączy się z rybosomem, zaczyna się synteza. Większa jednostka rybosomu zajmuje się łączeniem aminokwasów zgodnie z planem, mniejsza - "kontrolą jakości". Dzięki temu błędy zdarzają się bardzo rzadko - raz na 100 000 aminokwasów.

Wiele obecnych antybiotyków działa na rybosomy bakterii - blokując je, uniemożliwiają mikroorganizmom normalne funkcjonowanie. Tegoroczni laureaci opracowali trójwymiarowe modele rybosomów, dzięki którym opracowywanie nowych antybiotyków jest łatwiejsze i szybsze. Oczywiście antybiotyki nie przeszkadzają w działaniu rybosomom człowieka.