МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ №1, 2013 (4) - Виталий Тимофеевич Бабенко
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Вот здесь и начинается химия. Поиском этой неуловимой рецепторной субстанции и занялся Роберт Лефковиц, используя адреналин со встроенным радиоактивным изотопом йода. Эти исследования позволили определить, что адреналин связывается с некоторым белком на поверхности клетки, который и является рецептором. То, что сигнал внутри клетки передается путем активирования G-белков внутри клетки, было к этому времени уже обнаружено Родбеллом и Гиллманом (за что оба ученых получили Нобелевскую премию по медицине в 1994 году).
Однако химическая идентификация рецепторного белка, требующая определения аминокислотной последовательности GPCR, оставалась большой проблемой, поскольку все рецепторы – за исключением родопсина – производятся клетками в исключительно малом количестве. Впервые выделить и определить последовательность бета-адренорецептора (рецептора, реагирующего на адреналин) удалось в 1986 году опять же в лаборатории Лефковица с участием Брайана Кобилки, проводившего постдокторальные исследования.
Исследование принесло большой сюрприз: анализ аминокислотной последовательности показал, что адренорецептор состоит из семи трансмембранных альфа-спиралей и очень похож на зрительный рецептор родопсин. К тому времени изучение структуры родопсина было более продвинутым благодаря работам нескольких лабораторий, включая советских ученых под руководством Юрия Овчинникова.
Эти работы Лефковица и Кобилки показали, что рецепторы с совершенно различными функциями химически могут быть близкими родственниками и что, возможно, существуют и другие рецепторы с похожей структурой. Действительно, секвенирование генома человека позволило обнаружить более 800 генов, кодирующих серпентины. (Секвенирование – определение аминокислотной последовательности, от лат. sequentum – последовательность). Стало ясно, что передача сигналов с помощью GPCR является универсальным механизмом общения между клетками, а также клеток с окружающей средой.
Для того чтобы полностью понять механизм работы GPCR, необходимо было знание их пространственной структуры с атомным разрешением. А это – чисто химическая задача! Такие структуры можно описать только с помощью рентгеноструктурного анализа, требующего выращивания высокоупорядочных кристаллов. Серпентины, однако, были знамениты трудностью их кристаллизации, которой занимались многие во всем мире.
Первую структуру GPCR получил Пальчевский в 2000 году, закристаллизовав тот же родопсин, который является наиболее стабильным и наименее подвижным из всех серпентинов. Понадобилось еще 7 лет, прежде чем была определена первая структура человеческого рецептора, реагирующего на адреналин.
Структура бета-адренорецептора была опубликована в журнале Science в 2007 г. и названа одним из 10 научных достижений года. В этой работе есть вклад и Вадима Черезова, который смог закристаллизовать модифицированный адренорецептор. За последние 5 лет были определены структуры 15 различных GPCR – в основном лабораториями Кобилки и Стивенса.
Таким образом, благодаря героическим усилиям Лефковица, Кобилки и других ученых в течение последних 40 лет мы узнали о существовании уникального и разнообразного семейства рецепторов, сопряженных с G-белками, которые контролируют все жизненно важные процессы в организме человека. Структурные исследования последних пяти лет принесли знания трехмерных структур этих рецепторов, позволили понять, как внеклеточные агенты распознаются рецепторами, а также каким образом происходит передача сигналов к G-белкам.
Эти пионерские работы положили начало более детальным исследованиям, которые в будущем позволят узнать необходимые нюансы, отличающие эти рецепторы друг от друга и позволяющие им селективно реагировать только на определенные агенты, лучше понять фармацевтические детали передачи сигнала.
Все это, возможно, приведет к появлению медицины нового уровня, когда лекарства будут более эффективными, перестанут вызывать побочные явления и будут подбираться согласно генетической информации о GPCR конкретного пациента.
Нобелевскую премию по физике 2012 года получили американец Дэвид Уайнленд из Национального института стандартов и француз Серж Арош из Эколь Нормаль за «развитие основополагающих экспериментальных методов измерения и манипуляций над одиночными квантовыми системами».
Дэвид Джеффри Уайнленд родился в Милуоки, штат Висконсин, США. В 1961 году закончил школу Энсина в Сакраменто, Калифорния. Физику изучал сначала в Калифорнийском университете в Беркли, потом в Гарвардском университете, где и защитил диссертацию в 1970 году. Она была посвящена мазерам на атомарном дейтерии. Некоторое время Уайнленд вел научные исследования в Вашингтонском университете в группе Ханса Георга Демельта , а в 1975 году перешел на работу в Национальное бюро стандартов в Боулдере, штат Колорадо (в 1988 году было переименовано в Национальный институт стандартов и технологий), где и работает в настоящее время. Именно там он выполнил свои основные эксперименты. Сферой его исследований являлась оптика и, в частности, лазерное охлаждение ионов в квадрупольных ионных ловушках с последующим использованием захваченных ионов для выполнения квантовых вычислений. Параллельно 68-летний профессор Уайнленд преподает в Колорадском университете.
Уайнленд является членом Американского физического общества и Американского оптического общества. В 1992 году он был избран членом Национальной академии наук США. (http://www.nobeliat.ru/laureat.php?id=859 )
Серж Арош родился 11 сентября 1944 года в Касабланке , в еврейской семье марокканского (по отцу) и российского (по матери) происхождения. Его мать – уроженка Одессы Валентина Арош (урожденная Рублева, 1921 – 1998) – работала учительницей, отец – Альбер Арош (1920 – 1998, родом из Марракеша) – был адвокатом. Его бабушка и дедушка (Исаак и Эстер Арош) возглавляли школу Всемирного еврейского союза . Бабушка и дедушка по материнской линии, врачи Александр Рублев и София Фромштейн, покинув в начале 1920-х годов Советский Союз, поселились в Париже , а оттуда перебрались в Касабланку.
Когда Сержу было 12 лет, Марокко провозгласило независимость, и его семья переехала во французскую метрополию . Учился в Политехнической школе , Высшей Нормальной школе и Парижском университете (1963–1967). В 1971 году защитил диссертацию в Университете Пьера и Марии Кюри.
Арош работал научным сотрудником Национального центра научных исследований (CNRS, 1967–1975), затем на протяжении года стажировался в Стэнфордском университете в группе Артура Шавлова . В 1975 году он был назначен профессором Университета Пьера и Марии Кюри . В 1974–1984 годах преподавал также в парижской Политехнической школе . В 1994–2000 годах возглавлял отделение физики Высшей нормальной школы . С 2001 года – профессор Коллеж де Франс , где он заведует кафедрой квантовой механики (с сентября 2012 года также администратор колледжа). Серж Арош является членом Французского, Европейского и Американского физических обществ.
Разобраться с сутью открытий Уайнленда и Ароша нам поможет д.ф.-м.н., профессор, заведующий лабораторией квантовой информации и квантовой оптики кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ Сергей Кулик.(http://postnauka.ru/faq/5510 )
Начиная с 20-х годов предыдущего столетия физики стали понимать, что микромир описывается законами квантовой механики. Однако выделить изолированную квантовую систему оказывается чрезвычайно сложно – она всегда стремится взаимодействовать с окружением. Поэтому исследования, проводимые в XX веке, в основном ограничивались ансамблями, содержащими большое число квантовых частиц.
Начиная с 70–80-х годов XX столетия
