FoodPro Preloader

Nobels kjemepris vunnet for å fange proteiner i aksjon


Bilder produsert av kryo-elektronmikroskopi viser proteiner i detalj. Like før middagstid i Stockholm klarte tre virkelige visjonære vitenskapelig gull: 2017 Nobelprisen i kjemi. Forskerne hadde utviklet måter å avbilde komplekse proteiner på atomnivå, vedta elektronmikroskop for å se hvordan molekylene skaper antibiotikaresistens, konvertere lys til energi til fotosyntese og hvordan Zika-viruset fungerer. "

Bilder produsert av kryo-elektronmikroskopi viser proteiner i detalj.

Like før middagstid i Stockholm klarte tre virkelige visjonære vitenskapelig gull: 2017 Nobelprisen i kjemi. Forskerne hadde utviklet måter å avbilde komplekse proteiner på atomnivå, vedta elektronmikroskop for å se hvordan molekylene skaper antibiotikaresistens, konvertere lys til energi til fotosyntese og hvordan Zika-viruset fungerer. "For å utvikle kryo-elektronmikroskopi for høyoppløsningsstrukturbestemmelse av biomolekyler i løsning, " utnevnte Det Kongelige svenske vitenskapsakademiet Chemistry Prize til Jacques Dubochet fra Lausanne Universitet i Sveits, Joachim Frank fra Columbia University i New York City, og Richard Henderson fra MRC Laboratory of Molecular Biology i Cambridge, England.

"Denne oppdagelsen er som Google Earth for molekyler ved at den tar oss til den fine detalj av atomer innenfor proteiner, " sier kjemiker Allison Campbell, president for American Chemical Society, som har utført forskning i biomaterialer. Og selv om Nobelkomiteen understreket de biologiske og medisinske applikasjonene, sier Campbell at metoden kan brukes til å analysere alle typer polymerer, for eksempel industrielle enzymer som bryter ned plast.

Frank, under en telefonsamtale under Nobel-kunngjøringen, bemerket at de praktiske bruksområdene ikke var her ennå. "Dette er ikke en umiddelbar sengeplassapplikasjon. Flere år vil gå forbi, "sa han. Og Campbell er enig. "Dette er teknologi på forsiden, " sier hun. "Men potensialet er stort. Du kan forstå hvilket som helst målmolekyl som du skal etter. Du kan se sin form, og når proteiner endrer form, forandrer de funksjonen. "

Dette er den andre kjemien Nobel for mikroskopi de siste fire årene. I 2014 vant Stefan Hell, Eric Betzig og William Moerner for å øke kraften i lysmikroskopi og tillate forskere å se molekyler i aksjon i en levende celle, men ikke i nivå med atomforandring.

Røntgenkrystallografi hadde lenge vært go-to-metoden for kjemikere og biologer som ønsker å forstå strukturen av proteiner. Det har hjulpet forskere med å vinne mer enn et dusin Nobel-priser, inkludert 1962-prisen for å avsløre DNAs dobbeltspiral, ifølge en nyhetsartikkel i Nature, og i 2015 ble røntgenstråler brukt til å bestemme strukturen på ca 90 prosent av det omtrentlige 100.000 molekyler i den populære Protein Data Bank.

Men teknikken kan ikke gjøre alt. Som navnet tilsier, krever krystallografi sine mål å bli gjort i krystaller. Og med mange store, kompliserte molekyler som finnes i og rundt celler som ribosomer, som gjør genetiske instruksjoner til arbeidende proteiner, kan forskere bare ikke få det til å skje.

Elektroner kan imidlertid sprette av hvert atom i et protein og avsløre strukturen. Den strukturen er tredimensjonal, og i begynnelsen på 1970-tallet utviklet Frank en matematisk bildebehandlingsmetode som tillot en datamaskin å slå sammen flere todimensjonale elektronmikroskopbilder i et skarpt 3-D-bilde. Dubochets bidrag var å vise hvordan denne typen mikroskopi kunne brukes på biomolekyler. Molekyler som proteiner er omgitt av vann som hjelper dem med å opprettholde sine strukturer, men elektronmikroskopi tørker opp vannet. Dubochet fant ut en måte å avkjøle vannet raskt slik at det ble som glass - skjemaet kalles forglasset vann - og tillater molekylene i å beholde sine former.

Da i 1990, etter 15 års arbeidsmessig raffinering av prøveforberedelse og elektrondeteksjon, lyktes Henderson å bruke et elektronmikroskop for å skape et bilde av et stort bakteriecellemembranprotein kalt bakteriorhodopsin, og gjør det ved atomoppløsning. Henderson, med Nigel Unwin, skrev i februar 1984-spørsmålet om hvordan de to banebrytende brukte elektronmikroskopene for å se detaljene av cellemembranproteiner.

Nå for enhver forsker "hvem er interessert i et proteins struktur og funksjon-ja, jeg vil gjerne ha en av disse i laboratoriet mitt, " sier Campbell. Dubochet, Frank og Henderson vil få sine medaljer og hver tredjedel av den 9 millioner svenske kronen (ca $ 1, 1 millioner) premie på den årlige nobelseremonien i Stockholm i desember.

Forskere til EPA: Risikoen for kjemikalier som endrer mannlige hormoner, bør analyseres sammenKan et tall løse klimaendringene?Hvorfor du bør gi opp (noen) kontroll av termostaten dinGjelder den foreslåtte loven om beskyttelse mot husholdningsbrensel en forbruk på forbrukerne?Kutter Loom for amerikansk vitenskapKina Sacks Plastic BagsGjennomsiktighet lovet for vitenskapens mest misbrukte og mest villige metriskeEn matematisk guide til verdens mest levende byer