Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Нобелевские премии 2006 года. Копировальное устройство живой клетки

Кандидат химических наук Т. ЗИМИНА.

Американский химик, профессор Стэнфордского университета Роджер Корнберг "сфотографировал" процесс копирования генетической информации в клетке, за что удостоен Нобелевской премии по химии 2006 года.

Генетическая информация о структуре белков, из которых построены все живые организмы, хранится в молекуле ДНК. Но сама молекула ДНК не принимает непосредственного участия в синтезе белка - с нее снимается молекулярная копия. Процесс копирования называется транскрипцией. "Слепком" генетического кода служит молекула информационной РНК, которая используется клеткой в качестве матрицы для синтеза белка.

Механизм транскрипции для простейших организмов, не имеющих ядра (бактерий, вирусов, микоплазм), описан более 40 лет назад. Ключевую роль в нем играет фермент РНК-полимера за, который расщепляет двухцепочечную молекулу ДНК и на ее основе синтезирует молекулу РНК из имеющихся в клетке нуклеотидов. Долгое время считалось, что транскрипция протекает аналогичным образом и в клетках, имеющих ядра. Но затем оказалось, что в ядерных клетках, то есть у всех живых существ от дрожжей до человека, механизм транскрипции гораздо сложнее, чем в безъядерных.

В конце 1970-х годов удалось установить, что помимо ДНК, РНК-полимеразы и собственно продукта копирования - молекулы РНК "копировальное устройство" клетки включает в себя еще пять так называемых основных факторов транскрипции - белковых комплексов, без которых копирование невозможно. Кроме того, были открыты "промоторы" - участки ДНК, с которых РНК-полимераза начинает считывать генетическую информацию.

Все компоненты системы были известны, но оставалось непонятным, как "работает" молекулярное копировальное устройство. В конце 1980-х годов Роджер Корнберг решил воспроизвести систему транскрипции "в пробирке" и смоделировать ее пространственную структуру . В качестве объекта исследований он выбрал дрожжи. Однако система из РНК-полимеразы и факторов транскрипции синтезировала информационную РНК, но не реагировала на добавление веществ, активирующих определенные гены. Оказалось, что в системе не хватает еще одного важного элемента - комплекса из нескольких белковых молекул, который Корнберг назвал медиатором. Теперь, когда все компоненты системы были собраны воедино, оставалось "всего лишь" воссоздать пространственную структуру системы транскрипции. На это у исследовательской группы Корнберга ушло десять лет.

Роджеру Корнбергу удалось заставить бактерии синтезировать белки, участвующие в транскрипции. После процедур выделения, очистки и наработки больших количеств белков ученым удалось самое сложное - вырастить из них плоские белковые кристаллы, а затем получить электронные и рентген-дифракционные изображения кристаллических структур. На основании снимков с помощью компьютерной программы ученые рассчитали пространственное расположение атомов в молекулах и смоделировали детальную пространственную картину синтеза РНК.

Прорыв произошел в 2001 году. Тогда в журнале "Science" была опубликована пространственная структура РНК-полимеразы из дрожжей, а также структура ее комплекса с ДНК и продуктом реакции - информационной РНК. Дальнейшие работы Корнберга были посвящены расшифровке структуры "копировального устройства" на различных стадиях процесса с участием пяти факторов транскрипции. В результате получилась целостная динамическая картина копирования генетической информации. Теперь осталось только получить кристаллы медиатора и дополнить структуру этим необходимым компонентом. Только тогда сверхзадачу - получить фотографию "копировального устройства клетки" - можно будет считать выполненной.

Интересно, что отец Роджера Артур Корнберг также был удостоен Нобелевской премии (по физиологии и медицине) в 1959 году за открытие механизма передачи генетической информации от материнской клетки к дочерней. Это уже восьмой случай в истории Нобелевской премии, когда звание лауреата переходит "по наследству" от родителей к детям.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Наука. Вести с переднего края»

Детальное описание иллюстрации

"Внутриклеточное копировальное устройство", по Роджеру Корнбергу. Копирование генетической информации с молекулы ДНК (на рисунке она показана синим цветом) происходит поэтапно. Производит копирование фермент РНК-полимера за (белый цвет). Она "узнает" начало подлежащего копированию участка, "обхватыва ет" молекулу ДНК в нужном месте, "расплетает" двойную спираль и копирует, начиная с этого места, одну из цепей ДНК, последовательно присоединяя нуклеотиды к образующейся молекуле РНК. Процесс копирования протекает в крохотной полости внутри фермента, в которой помещается только один нуклеотид. Это позволяет избежать ошибок при считывании информации. Как только очередной нуклеотид-"кирпичик" становится на место, цепочка ДНК проталкивается вперед с помощью небольшой спиральной структуры-"пружинки" (зеленый цвет) в молекуле фермента. Передвинув ДНК на один шаг, "пружинка" возвращается обратно. Растущая РНК-цепочка (красный цвет) отходит от матрицы, и двойная спираль ДНК позади фермента восстанавливается. Когда РНК-полимераза достигает конца копируемого участка, образовавшаяся молекула информационной РНК отделяется от "копировального устройства".