Kémikus szemmel

Roger Kronberg A tudományos kutatások egyre komplexebbek, a különböző tudományágakat összefogó témák közül a legnagyobb érdeklődés és legnagyobb anyagi támogatás azokat kíséri, amelyek gyakorlati alkalmazási lehetőségei sokat ígérnek az egészségvédelem, az ipar, a környezetvédelem, a gazdaság számára. Nem csoda tehát, ha az utóbbi idők kémiai Nobel-díjait olyan kutatók nyerték el, akik több más tudományágat érintő munkájukkal értek el eredményeket. A 2006-os díjazott Roger D. Kornberg kémikus, aki egy biokémiai laboratórium élén olyan folyamatok vizsgálatában ért el komoly eredményeket, melyek haszna elsősorban a biológiában és azon belül a fehérjeszintézis folyamatának jobb megértésében jelentkezik.

A DNS transzkripció vizsgálatában Kronberg érdeme a folyamatok molekuláris szintű feltárása. A kémikust ebben a kutatásban a szerkezet, a mélységben zajló mechanizmusok érdeklik, míg a biológus a folyamat eredményével és következményeivel foglalkozik. Úgy is fogalmazhatnánk, hogy a kémia a hardverrel, míg a biológia a szoftverrel foglalkozik, ha egy, a számítógépes világból vett hasonlattal szeretnénk jellemezni a helyzetet.

Roger Kornberg az 1970-es évektől foglalkozott a DNS mélyebb szerkezetével, akkor még Francis Crick (a DNS szerkezetének egyik felfedezője) és Aaron Klug irányítása alatt az Egyesült Királyságban. 1974-ben röntgendiffrakciós vizsgálatai alapján Kronberg felvetette, hogy a feltekeredett DNS-szál (kromatin) olyan egységekből áll, melyek valójában DNS-fehérje komplexek. Egy ilyen "építőkocka" a nukleoszóma kb. 200 bázispárból és egy ún. hisztonból épül fel, mely nyolc fehérjeegységből áll (oktamer).

Nukleoszómák a kromatinszál úgy tekeredik fel, hogy az eredmény egy gyöngysorhoz hasonlít, melyben a gyöngyök a nukleoszómák

Nukleoszóma a hisztonban 8 fehérje kapcsolódik össze úgy, hogy a DNS-szál ehhez számos ponton kapcsolódik és kialakul a gyöngy, a nukleoszóma

A Stanford egyetemen végzett kutatásaiban Kornberg és csoportja az élesztő sejtjeiben vizsgálta a DNS-transzkripció folyamatát és nem várt felfedezést tettek. A folyamat molekuláris szintű feltárása nyomán kiderült, hogy a transzkripcióban fontos szerepet játszik egy kb. 20 fehérjéből álló komplex, melyet a csoportnak sikerült izolálnia is. Ez az ún. mediátor fehérjekomplex egy óriásmolekula, melynek részletes szerkezetvizsgálata még nem történt meg. 2001-től kezdve a kutatócsoport röntgendiffrakciós módszerekkel és elektronmikroszkóp segítségével számos molekuláris "pillanatfelvételt" készítettek az RNS polimeráz enzimről, amint a transzkripció különböző fázisaiban vesz részt.

Kornberg eredményei nyomán a DNS átírásának folyamatát sokkal jobban ismerjük, így bepillanthatunk azokba a mozzanatokba, melyek során a sejtekben különböző fehérjék termelődnek és ezen keresztül közelebb kerülhetünk bizonyos betegségek kialakulásának megértéséhez.

Transzkripció pillanatfelvétel a transzkripcióról szereplők: RNS-polimeráz enzim (fehér), DNS (kék), növekvő mRNS (piros)

A genetikai információ igen bonyolult molekulákban van kódolva. Ezekben a molekulákban a kémiai kötések, a másodlagos kötőerők (pl. hidrogénkötések) és a kialakuló térszerkezet határoz meg minden eseményt, folyamatot és tulajdonságot, melyekkel a biológia foglalkozik. A molekulamodellezés eszközeivel még az ilyen bonyolult molekulák is megjelenthetők, például az RNS polimeráz enzim háromdimenziós modellje (zip, 600 kB) megtekinthető a Chime kiegészítő programmal (IE böngészővel).

Röntgendiffrakció

A röntgendiffrakció esetében röntgensugarak hajlanak el az atomok elektronburkán. A két vagy több atomról szórt sugárzás interferál egymással, és a fényképező lemezen szabályosan elhelyezkedő foltokból álló interferenciakép jelenik meg. Ebből egykristályos, szilárd anyagból álló mintánál meghatározható az atomok pontos helye az elemi cellában. A foltok méretéből következtetni lehet az atomok minőségére is. A módszer nagy molekulák (pl. fehérjék), kis méretű, gázállapotú molekulák és porok szerkezetvizsgálatára is használható.

Diffraktométer modern röntgen diffraktométer

Röntgen diffraktogramm egy diffraktogram

Apa és fia Apa és fia Roger D. Kornberg édesapja, Arthur Kornberg is Nobel-díjas tudós, aki 1959-ben nyerte el a rangos kitűntetést az RNS és a DNS biológiai szintézisének vizsgálatáért. A téma mindenképpen a családban maradt.

Linkek

• A 2006-os kémiai Nobel-díj hivatalos oldala
• Transzkripció
• A genetikai kód és a fehérjeszintézis (SDT)
• Az elektronmikroszkóp (SDT)
• A sejtciklus és a kromoszómaszerkezet (SDT)

Főző Attila László