پزشکان گیل

ماهنامه‌ جامعه‌ پزشکی استان گیلان

نوبل شیمی ۲۰۰۹/ ریبوزوم و نظریه‌ی داروین/ دکتر عادل منتظری

بدست • ۱۴ دی ۱۳۸۸ • دسته: ویژه‌ نوبل 2009

جایزه‌ی نوبل شیمی در سال ۲۰۰۹ به‌خاطر نقشه‌برداری جامع از ریبوزوم در مقیاس اتمی به سه دانشمند به ‌نام‌های آدا یوناث، توماس اشتیتز و ونکاترامان راماکریشنان اهدا شد.
ریبوزوم در تمام سلول‌های موجودات زنده وجود دارد و هیچ موجود زنده‌ای بدون ریبوزوم زنده نمی‌ماند. ریبوزوم در یکی از فرایندهای اصلی حیات، اطلاعات نهفته در مولکول غیرفعال DNA را به زندگی ترجمه می‌کند. این سه نفر نشان دادند که ریبوزوم در مقیاس اتمی چه شکلی است و چگونه عمل می‌کند. آن‌ها با استفاده از روش بلورنگاری تابش ایکس توانستند موقعیت و جهت هر کدام از صدها هزار اتم تشکیل‌دهنده‌ی ریبوزوم را نقشه‌برداری کنند و نقش هر کدام از اتم‌ها را در فرایند ترجمه‌ی DNA نشان دهند.
برندگان جایزه‌ی نوبل شیمی با ارایه‌ی مدل‌هایی سه‌بعدی از چگونگی اتصال آنتی‌بیوتیک‌های مختلف به ریبوزوم، با کمک به تولید آنتی‌بیوتیک‌های جدید نقش مهمی در نجات جان انسان‌ها و کاهش آلام جامعه‌ی انسانی ایفا می‌کنند.

ونکاترامن راماکریشنان، متولد 1952، هند (شهروند انگلیس) سمت چپ در کنار همکارانش، روز اعلام جایزه‌ی نوبل 2009
ونکاترامن راماکریشنان، متولد ۱۹۵۲، هند (شهروند انگلیس) سمت چپ در کنار همکارانش، روز اعلام جایزه‌ی نوبل ۲۰۰۹

نوبل شیمی ۲۰۰۹ و نظریه‌ی تکامل داروین
در نظریه‌ی تکامل عمومی داروین، خصوصیات تمام موجودات به‌طور ارثی انتقال می‌یابد ولی گاه‌گاهی تغییرات تصادفی ایجاد شده در صورت موافق بودن با حیات موجود در بین نسل‌ها ادامه می‌یابد. دانشمندان، به‌خصوص در نیمه‌ی دوم قرن بیستم میلادی، بر اساس این نظریه تلاش کردند که بدانند دقیقاً چه چیزی بین نسل‌های مختلف انتقال می‌یابد، در چه مکانی تغییرات تصادفی رخ می‌دهد و این تغییرات چگونه می‌تواند خود را در موجود زنده نشان دهد.
جایزه‌ی نوبل شیمی امسال یکی از سه جایزه‌ی نوبل شیمی طی ۵۰ سال گذشته است که نشان داده چگونه نظریه‌ی داروین در مقیاس اتمی عمل می‌کند. دو جایزه‌ی دیگر یکی جایزه‌ی نوبل شیمی در سال ۱۹۶۲ میلادی به‌خاطر ارایه‌ی مدل اتمی مارپیچ دوگانه‌ی DNA و دیگری جایزه‌ی نوبل ۲۰۰۶ به‌خاطر توضیح چگونگی نسخه‌برداری اطلاعات موجود در DNA به mRNA است.

توماس آ. اشتیتز، متولد 1940، آمریکا
توماس آ. اشتیتز، متولد ۱۹۴۰، آمریکا

آدا یوناث: کاشف با اراده
در اواخر دهه‌ی ۷۰ میلادی آدا یوناث تصمیم گرفت ساختمان بلوری ریبوزوم را با روش بلورنگاری تابش ایکس آشکار کند. در آن زمان بیشتر مردم فکر می‌کردند این ‌کار امکان‌پذیر نیست. در روش بلورنگاری تابش ایکس، اشعه‌ی ایکس به یک کریستال، به‌عنوان مثال یک پروتئین، تابانده می‌شود. زمانی ‌که اشعه به اتم‌های کریستال ضربه می‌زند، پراکنده می‌شود و در طرف دیگر کریستال، چگونگی انتشار اشعه روی فیلم ثبت می‌شود. با بررسی الگوی نقطه‌های حاصله، دانشمندان موقعیت اتم‌ها را در یک پروتئین تعیین می‌کنند. برای این کار، داشتن کریستال با کیفیت بالا از یک پروتئین بسیار مشکل است به‌خصوص اگر پروتئین پیچیده باشد.
بیشتر دانشمندان به‌علت ساختمان پیچیده‌ی ریبوزوم به ‌نظر یوناث اعتقاد نداشتند ولی کشف ساختارشکنانه با هجوم به قلمروهای ممنوعه و بدون مجوز امکان‌پذیر است.
ریبوزوم یکی از ترکیبات پیچیده‌ی حاوی پروتئین و مولکول RNA است که به دو زیرواحد کوچک و بزرگ تقسیم می‌شود. زیرواحد کوچک ریبوزوم انسانی حاوی یک مولکول بزرگ RNA و حدود ۳۲ پروتئین است. زیرواحد بزرگ حاوی سه مولکول RNA و حدود ۴۶ پروتئین است. هر کدام از زیرواحدها حاوی هزاران نوکلئوتید و هزاران اسید آمینه‌ هستند که آن‌ها به نوبه‌ی خود صدها هزار اتم دار‌ند. اما با وجود این پیچیدگی ساختمان ریبوزوم، آدا روناث می‌خواست مکان و موقعیت دقیق هر کدام از این اتم‌ها را در ریبوزوم تعیین کند. او برای به‌دست آوردن کریستال ریبوزوم، با فرض به‌دست آوردن ریبوزوم‌های دارای پایداری زیاد و بنابراین به‌دست آوردن کریستال‌های بهتر، از باکتری‌هایی که در شرایط سخت مانند چشمه‌های آب گرم دارای درجه‌ی حرارت ۷۵ درجه‌ی سانتی‌گراد زندگی می‌کردند، استفاده کرد. در سال ۱۹۸۰ او نخستین کریستال سه‌بعدی از زیرواحد بزرگ ریبوزوم را به‌دست آورد که اگرچه دستاورد بزرگی بود ولی هنوز ایده‌آل نبود.
اما او برای به‌دست آوردن کریستالی که به‌راحتی بتواند موقعیت هر کدام از اتم‌های آن را مشخص کند، ۲۰ سال دیگر هم کار سخت انجام داد. در این راه حتی او از باکتری‌های دریای بحرالمیت هم نگذشت.
طی این سال‌ها او قدم به قدم به هدف نزدیک شد و به‌تدریج نقشه‌برداری ساختمان اتمی ریبوزوم را تحقق بخشید. در پی او دانشمندان زیادی به این عرصه قدم گذاشتند که از میان آن‌ها توماس اشتیتز و ونکاترامان راماکریشنان موفق‌تر بودند.
با شروع دهه‌ی ۹۰ میلادی، کریستال یوناث اگرچه دارای کیفیت بالایی بود ولی هنوز نمی‌توانست تصویر واضحی از تک‌تک اتم‌های ریبوزوم نشان دهد. نتیجه‌ی کار او به‌دست آوردن الگویی از میلیون‌ها نقطه‌ی ثبت‌شده روی فیلم بود که نیاز به تفسیر داشت.
در این هنگام اشتیتز وارد کارزار شد. او با برطرف کردن مشکل Phase angle برای هر نقطه‌ی تاریک در روش بلورنگاری اشعه‌ی ایکس از طریق خیس کردن کریستال با فلز جیوه و همچنین مقایسه‌ی این نقاط با تصاویر به‌دست آمده از میکروسکوپ الکترونی، در سال ۱۹۹۸ میلادی اولین کریستال خود را از زیرواحد بزرگ ریبوزوم منتشر کرد. اگرچه در تصویر حاصله از این کریستال مشاهده‌ی اتم‌ها به‌طور جداگانه امکان نداشت ولی برای اولین بار دیدن مولکول طویل RNAی ریبوزوم امکان‌پذیر شد.
با گذشت زمان به‌تدریج کریستال‌های بهتر و تصاویر واضح‌تری تولید شد، به‌طوری‌که سه نامدار عرصه‌ی این کارزار، به‌طور همزمان و جدا از هم به مقصود نایل شدند. در ماه‌های آگوست و سپتامبر سال ۲۰۰۰ میلادی ساختمان‌های کریستالی آن‌ها از ریبوزوم که امکان تفسیر موقعیت اتمی را می‌داد، منتشر شد.

آدا ای. یوناث، متولد 1939، فلسطین اشغالی
آدا ای. یوناث، متولد ۱۹۳۹، فلسطین اشغالی

عملکرد ریبوزوم
سه برنده‌ی جایزه‌ی نوبل اعتقاد داشتند که به‌منظور فهمیدن ریبوزوم نخست باید توانایی تجسم آن را داشت. هم‌اکنون با به‌دست آوردن شکل ریبوزوم، امکان پی بردن به عملکرد آن در مقیاس اتمی امکان‌پذیر شده است.
df1بازبینی دوباره و خط‌کش مولکولی
یکی از خصوصیات ریبوزوم که به‌مدت طولانی دانشمندان را متعجب کرده بود، وقوع حداقل اشتباه در هنگام انجام ترجمه از مولکول‌های DNA و RNA به پروتئین بود. اگر چه فرایند جفت شدن بازها بین mRNA و tRNA تا حدودی چگونگی دقت عمل ریبوزوم را بیان می‌کرد، ولی این کافی نبود. ساختمان به‌دست آمده از زیرواحد کوچک ریبوزوم به‌وسیله‌ی راماکریشنان برای فهمیدن چگونگی دقت عمل ریبوزوم هنگام ترجمه‌ی DNA و RNA اساسی بود. طبق نظر او، ریبوزوم با انجام عمل «بازبینی دوباره» (Double checking) با به‌کار بردن پدیده‌ی «خط‌کش مولکولی» (Molecular ruler) وقوع اشتباه را در فرایند ترجمه به حداقل می‌رساند.
ونکاترامان برای توضیح چگونگی دقت عمل ریبوزوم پدیده‌ای به‌نام خط‌کش مولکولی را بیان کرد. در این پدیده نوکلئوتیدهای موجود در زیرواحد کوچک ریبوزوم دارای توانایی سنجش مسافت و فاصله‌ی بین Codon در mRNA و Anticodon در tRNA است. با این ‌کار در صورتی‌ که مسافت بین این دو خارج از انتظار و نادرست باشد، مولکول tRNA از ریبوزوم خارج می‌شود و از امکان وقوع اشتباه جلوگیری می‌کند. ریبوزوم در عمل بازبینی مجدد برای ساختن هر پروتئین در هر دفعه دو بار از خط‌کش مولکولی استفاده می‌کند و با این‌کار امکان جایگزین کردن اسید آمینه‌ی نامناسب را به یک بار در ۱۰۰٫۰۰۰ اسید آمینه می‌رساند.

زیرواحد ریبوزوم: کاتالیزور تشکیل پیوند پپتیدی
توماس اشتیتز با ساختن ساختمان کریستالی زیرواحد بزرگ ریبوزوم نشان داد که این زیرواحد در ساختن پیوندهای پپتیدی نقش عمده‌ای دارد. زیرواحد بزرگ ریبوزوم به‌عنوان کاتالیزور باعث ساختن حدود ۲۰ پیوند پپتیدی در ثانیه در ریبوزوم می‌شود. با کمک این کریستال، هم‌اکنون دانشمندان می‌توانند تعیین کنند کدام‌یک از اتم‌های ریبوزوم در واکنش شیمیایی مهم‌تر است و واکنش چگونه رخ می‌دهد.
کشف آدا یوناث، توماس اشتیتز و ونکاترامان راماکریشنان اهمیت زیادی در فهم چگونگی فرایند اصلی زندگی و نجات و حفظ آن دارد.

Ref: http://www.nobelprize.org

دکتر عادل منتظری
دکترای علوم آزمایشگاهی
نشانی: رشت، چمارسرا، روبه‌روی دبستان حسن حجتی، آزمایشگاه دکتر منتظری، تلفن: ۵۵۵۹۹۶۸

۷ اکتبر ۲۰۰۹
آکادمی سلطنتی علوم سوئد تصمیم گرفته است جایزه‌ی نوبل شیمی را در سال ۲۰۰۸ مشترکاً اهدا کند به:
ونکاترامان راماکریشنان (Venkatraman Ramakrishnan)
آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی MRC، کمبریج، انگلیس
توماس آ. اشتیتز (Thomas A. Steitz)
دانشگاه ییل، نیو هاون، کانکتیکات، آمریکا؛ موسسه‌ی پزشکی هوارد هیوز
آدا ای. یوناث (Ada E. Yonath)
موسسه‌ی علوم وایزمن، رهووت، فلسطین اشغالی
به‌ پاس پژوهش بر ساختار و عملکرد ریبوزوم‌ها.

برچسب‌ها: ٬ ٬

یک دیدگاه »

  1. با سلام حضور محترم آقای دکتر منتظری عزیز. اینجانب بهنام قربانی دانشجوی دوره دکتری تخصصی تغذیه دام هستم. از مطالب جالبی که در وبلاگتان گذاشتید بسیار استفاده کردم. اما سوالی داشتم که آیا امکان استفاده از دستگاه پراش اشعه ایکس برای مولکول پروتئین مانند سویا در ایران وجود دارد یا خیر؟ اگر اطلاعاتی دارید، لطفا برای اینجانب ایمیل نمایید.
    با نهایت احترام
    بهنام قربانی

دیدگاه خود را بیان کنید.