Машина зі створення життя

Що спільного між шніцелем, кишковою паличкою, яблуками, динозаврами, вовною й кактусами? До складу кожного з них входять білки – молекули, що становлять універсальний будівельний матеріал живої природи. Крім того, білки відповідають за функціонал клітин, забезпечуючи всі внутрішньоклітинні процеси.

Упродовж довгого часу люди не знали, чим є білки. У XX столітті, коли дослідники навчилися аналізувати живі системи й вивчати їхні компоненти, природа білків поступово почала з’ясовуватися. Учені встановили, що біосинтез білка – центральний процес живої клітини: саме через нього «мертві» молекули нуклеїнових кислот отримують життя й хімія перетворюється на біологію. 1970 року ці знання було узагальнено Френсісом Криком – одним із першовідкривачів структури ДНК: генетична інформація реалізується через біосинтез білка, вона переходить із ДНК в РНК і далі в білок. Окремі ділянки ДНК спочатку переписуються на іншу молекулу, РНК, а потім «прочитуються» спеціальними машинами – рибосомами, які на основі отриманої інформації й синтезують білки. Троє дослідників – Ада Йонат, Томас Стейц і Венкатраман Рамакришнан, що встановили особливості структури й функцій рибосом, були нагороджені Нобелівською премією з хімії 2009 року.

Уперше рибосоми було описано в 50-х роках минулого століття біологами, які досліджували будову клітини. На цитологічних препаратах вони мали вигляд невеликих тугих гранул, розосереджених по всій цитоплазмі. Доволі швидко було зроблено припущення, що рибосоми певним чином пов’язані із синтезом білка. Однак зрозуміти, як саме маленькі кульки збирають поліпептидні ланцюги, дослідники не могли – їм бракувало відомостей про будову цих структур. На початок 80-х років ХХ століття біологам було вже відомо, що рибосоми складаються з двох субодиниць, великої й малої, функції яких є відмінними. Учені також з’ясували, що рибосоми є різними в прокаріотів (без’ядерних організмів, наприклад, бактерій) і в еукаріотів (організмів, у клітинах яких є ядро). Детальні ж характеристики структури рибосом визначити за допомогою мікроскопа, навіть електронного, було неможливо. Установити, чим є певна молекула або її частина, удалося за допомогою рентгенівської кристалографії: кристалографи вивчали характер дифракції рентгенівського випромінювання на зразку й за отриманою картиною відтворювали структуру цього зразка. Однак використання такого методу для дослідження рибосом ускладнювалося необхідністю представляти досліджувані молекули в кристалічній формі.

Вирощування кристалів називають мистецтвом, особливо якщо йдеться про несиметричні структури, якими є рибосоми. Тим не менш 1980-го року ізраїльтянці Аді Йонат удалося визначити будову цієї субодиниці. Щоправда невелика роздільна здатність зразка внеможливлювала відтворення структури рибосом у всіх деталях. Ада Йонат і її колеги продовжили роботу, і врешті-решт їм удалося створити високоякісні кристали.

Отримані знання стали фундаментальними для всієї молекулярної біології. Вони також сприяли розробці нових типів антибіотиків. Річ у тім, що синтез білків необхідний для підтримки життєдіяльності клітини. Якщо його зупинити, клітина загине. Як згадувалося, будова рибосом прокаріотів й еукаріотів є неоднаковою, а отже, учені можуть створювати ліки, що зупиняють білковий синтез саме в клітинах бактерій – прокаріотів. Це завдання вельми актуальне, оскільки хвороботворні бактерії постійно еволюціонують, набуваючи стійкості до застосовуваних засобів

15. Нобелівською премією в галузі хімії 2009 року були нагороджені вчені, які дослідили

А геном живої істоти

Б молекулу ДНК

В молекулу РНК

Г механізм передачі генетичної інформації

Д структуру та функції рибосом