Научная статья на тему 'Жизнь на клеточном уровне'

Жизнь на клеточном уровне Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
654
71
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Юный техник
Область наук

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Николаев С.

Американские ученые Роберт Лефковиц и Брайан Кобилка удостоены в 2012 году Нобелевской премии по химии «за постижение механизмов взаимодействия рецепторов адреналина с G-белками». Что стоит за этой формулировкой?

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Жизнь на клеточном уровне»

ПРЕМИИ

ЖИЗНЬ

НА КЛЕТОЧНОМ УРОВНЕ

Американские ученые Роберт Лефковиц и Брайан Кобилка удостоены в 2012 году Нобелевской премии по химии «за постижение механизмов взаимодействия рецепторов адреналина с G-белками». Что стоит за этой формулировкой?

Как известно, стоит нам испугаться чего-либо, как сердце наше начинает колотиться, мы готовы бежать со всех ног. «Повышение кровяного давления, учащение сердцебиения нам обеспечивает выброс в кровь адреналина», — говорят в таких случаях специалисты.

Но подробности этого процесса были долгое время не известны. Понять его и помогли нобелевские лауреаты, тщательно изучив механизм действия клетки в живом организме.

Человек, как и любой иной обитатель нашей планеты, узнает о переменах в окружающем мире с помощью органов чувств. А сами эти органы познают окружающий мир и изменения в нем с помощью рецепторов. Так называются особо чувствительные клетки разных видов. Одни способны воспринимать тепло и холод, другие — запахи и вкусы, третьи — свет...

Эти клетки-сенсоры в строении которых подробно разобрались Лефковиц и Кобилка, располагаются, как правило, в плазматической мембране — своеобразной стенке-оболочке, которая защищает клетку от внешней среды. Очевидно, что клетка может нормально функционировать лишь в том случае, если ее изоляция от внешнего мира не будет полной, какие-то каналы сообщения с окружающей средой и передачи сигналов должны сохраняться. Говоря иначе, каждая клетка тоже обладает своеобразными органами чувств, которые «разведывают»,

Роберт

Лефковиц

Полученная Кобилкой кристаллическая структура тройного комплекса, образованного в-адренорецептором (выделен синим), гормоном (желтый) и внутриклеточным О-белком.

Схема передачи сигналов извне в клетку. Гормон связывается с рецептором (1), после чего тот изменяет форму и связывается с внутриклеточным О-белком, активируя его (2). Затем белок отсоединяется и распадается, высвободившаяся а-субъедини-ца инициирует цепочку реакций (3), а рецептор продолжает активировать О-белки (4).

Брайан

Кобилка

что происходит вокруг, и позволяют клетке оперативно приспосабливаться к изменяющимся условиям.

Нобелевские лауреаты выяснили, что собой представляет и как работает семейство таких датчиков. Причем Лефковиц впервые начал изучать активность клеток еще в 1968 году. Он догадался тогда пометить радиоактивным изотопом йода различные гормоны и проследить таким образом их передвижения, присоединения к соответствующим рецепторам на поверхности клетки.

Одним из таких рецепторов оказался в-адренорецеп-тор, который, как понятно из названия, воспринимал адреналин. Роберт Лефковиц и его команда выделили этот рецептор из стенки клетки и получили первичное представление о том, как он работает.

В 80-е годы ХХ века к команде исследователей присоединился Брайан Кобилка. Он смог определить, какой именно ген в обширном геноме человека кодирует в-ад-ренорецептор, выдает команду на его действия.

Когда ученые проанализировали работу найденного гена, они обнаружили похожий рецептор и в глазах человека; он реагировал на свет. Позднее они пришли к выводу, что подобных по строению и работе структур в теле человека очень много. Около 1000 генов кодируют рецепторы, которые воспринимают свет, вкус, запах, а также реагируют на основные гормоны — адреналин, гистамин, допамин и серотонин. А это оказалось весьма ценно для медицинской практики, поскольку многие современные лекарства воздействуют как раз на эти рецепторы.

Таким образом, благодаря исследованиям нобелевских лауреатов появилась возможность любой живой организм рассматривать как целостную систему, функционирование которой регулируется на всех уровнях ее организации — тканевом, клеточном, молекулярном. Слаженность работы всех систем обеспечивают тысячи самых разнообразных молекул, среди которых не последнее место занимают регуляторы белковой природы. Они могут транспортироваться на «дальние расстояния» (например, гормоны — инсулин, соматотропин, пролак-тин), а могут осуществлять «свою деятельность» непосредственно внутри клетки.

Как регулируется «внутренняя» жизнь одной-един-ственной клетки? Примерно двадцать лет назад ученые выяснили, что для успешной работы белков-триггеров, включающих целый каскад биохимических процессов, результатом которого является передача сигнала о потребностях клетки, необходим гуанозинтрифосфат (ГТФ). Эти белки (их еще называют О-белками) гидролизуют ГТФ, отщепляя от его молекулы один из трех «кирпичиков» фосфата. При этом выделяется энергия, которая и обеспечивает протекание дальнейших биохимических реакций.

За открытие О-белков в 1994 году американские биохимики-эндокринологи Альфред Гилман и Мартин Род-белл получили Нобелевскую премию по медицине и физиологии. Нобелевская премия по химии 2012 года — логическое продолжение истории изучения О-белков. Роберт Лефковиц, ныне работающий в Медицинском центре университета Дьюка в городе Дарем, штат Северная Каролина, и Брайан Кобилка, сотрудник Школы медицины при Стэнфордском университете, по следам первопроходцев продвинулись дальше. В своих изысканиях они смогли не только охарактеризовать работу клеточных рецепторов, регулирующих работу О-белков, но и «подобрать ключи» к управлению ими. То есть, например, создать лекарства, способные успокоить чересчур нервных людей или, напротив, «встряхнуть» тех, кто, как говорится, спит на ходу.

Впрочем, все сказанное выше вовсе не означает, что нобелевские лауреаты и их коллеги уже полностью разобрались в проблеме. Например, пока непонятно, почему, испугавшись, скажем, увиденной в траве змеи, одни люди кидаются бежать. Другие, напротив, впадают в ступор. Ну, а третьи — таких, кстати, меньшинство — не теряют самообладания и ведут себя вполне разумно.

Итак, не исключено, что за исследование дальнейших тонкостей механизма передачи сигнала «химической тревоги» и реакции организма на него следующее поколение исследователей получит еще одну Нобелевскую премию.

Публикацию по материалам Нобелевского комитета

подготовил С. НИКОЛАЕВ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.