Nobel w dziedzinie chemii za badania nad strukturami białek: Rewolucja w zrozumieniu życia
Nagroda Nobla w dziedzinie chemii przyznawana jest corocznie za wybitne osiągnięcia w dziedzinie chemii. W 2023 roku nagroda ta trafiła w ręce trzech naukowców: Carolyn R. Bertozzi, K. Barry Sharpless oraz Morten Meldal za ich pionierskie badania nad "klika chemią" i "chemią bioortogonalną". Jednak rok wcześniej, w 2022 roku, nagroda ta została przyznana za zupełnie inny rodzaj badań – za rozwój metod opartych na krystalografii rentgenowskiej do określania struktury białek.
Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za rok 2022 otrzymali:
- David W.C. MacMillan (University of Princeton, USA)
- Benjamin List (Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Niemcy)
Ich prace, choć niezależne od siebie, doprowadziły do rewolucji w dziedzinie chemii organicznej, a konkretnie w syntezie asymetrycznej. Synteza asymetryczna to proces tworzenia cząsteczek organicznych o określonych strukturach przestrzennych, czyli enancjomerach, które są lustrzanymi odbiciami siebie. Ta zdolność do sterowania tworzeniem się określonych enancjomerów jest kluczowa w wielu dziedzinach, np. w przemyśle farmaceutycznym, ponieważ różne enancjomery mogą wykazywać różne działanie biologiczne.
Dlaczego struktura białek jest tak ważna?
Białka są podstawowymi budulcami wszystkich organizmów żywych, pełniąc niezliczone funkcje, od budowania tkanek i narządów po katalizowanie reakcji biochemicznych. Ich funkcja jest ściśle związana z ich strukturą przestrzenną, która jest niezwykle złożona i określona przez sekwencję aminokwasów tworzących łańcuch polipeptydowy.
Rozwój metod opartych na krystalografii rentgenowskiej do określania struktury białek otworzył zupełnie nowe możliwości badań nad białkami, pozwalając na:
- Zrozumienie, jak działają białka: Wiedza o strukturze pozwala na zrozumienie mechanizmów działania białek, co jest kluczowe w opracowywaniu leków i terapii ukierunkowanych na konkretne białka.
- Projektowanie nowych leków: Dzięki poznaniu struktury białek możliwe jest projektowanie leków o większej skuteczności i mniejszym ryzyku działań niepożądanych.
- Badanie chorób: Rozwój chorób często wiąże się ze zmianami struktury białek. Poznanie tych zmian pozwala na lepsze zrozumienie chorób i opracowywanie nowych metod leczenia.
Jak działa krystalografia rentgenowska?
Krystalografia rentgenowska polega na naświetlaniu próbki białka promieniami rentgenowskimi. Wzór dyfrakcji promieni rentgenowskich przez białko pozwala na odtworzenie jego trójwymiarowej struktury. Proces ten wymaga jednak specjalnego przygotowania próbki, w tym krystalizacji białka.
Krystalizacja białka jest procesem wymagającym dużej precyzji i wiedzy. Białka muszą być oczyszczone, a następnie wprowadzone w warunki sprzyjające tworzeniu kryształów. Powstałe kryształy muszą być następnie naświetlane promieniami rentgenowskimi, a uzyskane dane analizowane przy użyciu specjalistycznego oprogramowania.
Przykłady zastosowania krystalografii rentgenowskiej w badaniach nad białkami:
- Struktura rybosomu: Rybosom to kompleks białkowy odpowiedzialny za syntezę białek w komórce. Poznanie struktury rybosomu pozwoliło na zrozumienie, jak działa ten kluczowy element komórki i otworzyło nowe możliwości w opracowywaniu antybiotyków.
- Struktura wirusa HIV: Poznanie struktury białek wirusa HIV pozwoliło na opracowanie leków hamujących jego replikację.
- Struktura białek odpowiedzialnych za choroby neurodegeneracyjne: Poznanie struktury białek związanych z chorobą Alzheimera i Parkinsona pozwala na lepsze zrozumienie tych chorób i poszukiwanie nowych metod leczenia.
Wnioski:
Nagroda Nobla w dziedzinie chemii za rok 2022 jest dowodem na istotność badań nad strukturą białek, które mają ogromny wpływ na nasze zrozumienie życia i rozwoju nowych terapii. Krystalografia rentgenowska to potężne narzędzie badawcze, które pozwala na poznanie niezwykle złożonych struktur białek, otwierając nowe możliwości w dziedzinie medycyny i farmaceutyki.
