Premi Nobel de Química’09: La fàbrica de la vida

Un cop més, tal com sembla que és la tendència aquest any, tres han estat els guardonats amb el Nobel de Química. Tots tres, una dona i dos homes, han tingut un paper essencial en l’estudi d’un dels orgànuls cel·lulars més destacats, el ribosoma. Tal com es pot llegir al comunicat oficial de la Fundació Nobel, Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz i Ada E. Yonath han estat distingits pels seus estudis de l’estructura i la funció del ribosoma.

Els tres guardonats. D'esquerra a dreta: Ramakrishnan, Yonath i Boyle

Els tres guardonats. D'esquerra a dreta: Ramakrishnan, Yonath i Steitz

Venkatraman Ramakrishnan (Wiki) va nèixer el 1952 a Chindambaram (Índia). El 1971, va llicenciar-se en Física a la Universitat Maharaja Sayajirao de Baroda. Un cop finalitzada la llicenciatura, va traslladar-se a la Universitat d’Ohio, on va aconseguir el doctorat en Física cinc anys més tard. Després d’aquesta fase, va començar a interessar-se per la Biologia, que va estudiar a San Diego. Fruit d’aquest interès, va iniciar la seva recerca sobre els ribosomes a la Universitat de Yale, una tasca que encara continua actualment al Laboratori de Biologia Molecular de Cambridge (Anglaterra). També s’ha interessat per les histones i la cromatina.

Thomas Steitz (Wiki) va nèixer a Wisconsin l’agost de 1940. Tota la seva educació va tenir lloc al mateix estat, on va obtenir la llicenciatura a la Universitat Lawrence. El 1966, ja a la Universitat de Harvard, va doctorar-se en Bioquímica i Biologia Molecular. Després d’un temps a Cambridge i Göttingen (Alemanya), des del 1986 està vinculat a la Universitat de Yale com a investigador i professor al Howard Hugues Medical Institute.

Ada Yonath (Wiki) és nascuda el 1939 a Jerusalem. El 1962 va llicenciar-se en Química a la Universitat Hebrea de Jerusalem. Sis anys més tard, va assolir el grau de doctora a l’Institut de Ciència Weitzmann, amb una tesi centrada en la cristal·lografia de raigs X. Després de diverses estades a centres nord-americans (Carnegie Mellon, MIT i Chicago) i alemanys (Instituts Max Planck de Berlín i Hamburg), va tornar al Weitzmann, entitat a la qual encara continua vinculada.

Els ribosomes—com aquest que podeu veure a sota—són una peça essencial per a la química de la vida. Evidentment, qualsevol dels orgànuls de les cèl·lules tenen una funció primordial per al seu funcionament, i tota alteració resulta perjudicial. El ribosoma (els milers de ribosomes de cada cèl·lula), però, juga un paper especialment important: la seva funció és la de “construir” totes les proteïnes cel·lulars. Com sabeu, les proteïnes són un dels quatre tipus bàsics de molècules orgàniques de tot organisme viu, juntament amb glúcids (sucres), lípids (greixos) i àcids nucleics (ADN i el menys conegut ARN). Estan implicades en tot tipus de processos i funcions del cos, però citarem només un parell d’exemples de la seva tasca: 1) els músculs es flexionen i estenen gràcies a l’actina i la miosina que els formen, 2) els enzims, la maquinària responsable de totes les reaccions químiques cel·lulars, són un tipus específic de proteïna.

Representació idealitzada d'un ribosoma en plena activitat

Representació idealitzada d'un ribosoma en plena activitat

El paper dels ribosomes en aquesta síntesi de les proteïnes és el de TRADUIR les instruccions escrites a l’ADN cel·lular. És a dir, tornant a l’analogia que representa l’ADN com l’alfabet en què està escrit el “llibre de la vida”, els ribosomes són un traductor a un llenguatge que permet a les cèl·lules utilitzar aquestes instruccions. Per tal de fer-ho, però, cal passar per un estadi intermedi: l’ARN, més concretament l’ARN missatger (o mRNA). AIxí doncs, el que ocorre és el següent:

  1. Al nucli cel·lular, l’ADN d’un gen concret es transcriu a mRNA, gràcies a l’acció d’un enzim específic (RNA polimerasa II).
  2. L’mRNA abandona el nucli i es desplaça cap al citoplasma. Allà hi ha multitud de ribosomes, tant sencers (i actius) com separats en les seves dues subunitats.
  3. La subunitat petita del ribosoma “atrapa” l’mRNA i recluta una subunitat gran. Així es forma un ribosoma complet actiu.
  4. La traducció per part del ribosoma es fa corrent sobre la seqüència de mRNA: cada codó—grup de 3 lletres de l’mRNA—suposa l’entrada d’un aminoàcid de la proteïna (seguint el codi genètic universal), aportat per una molècula d’ARN de transferència (o tRNA).

Per tal de poder complir aquesta funció, els ribosomes són estructures complexíssimes. La seva composició és lleugerament diferent en procariotes (els bacteris) i eucariotes (pràcticament la resta d’éssers vius, inclosos nosaltres), però les seves semblances ens permeten assegurar que tenen un origen evolutiu comú per a tots dos grups. Tots dos tipus es componen de les dues subunitats que hem mencionat, i també en tots dos casos hi apareixen tant proteïnes com ARN ribosòmic (o rRNA). Com a demostració de la complexitat d’aquest orgànul, esmentarem només els components que trobem en els eucariotes: la subunitat petita es compon d’una sola molècula de rRNA i al voltant de 32 proteïnes; la subunitat gran està formada per tres molècules de rRNA i unes 49 proteïnes (el nombre de components proteics encara no es coneix amb seguretat). Trobareu més informació dels ribosomes i els processos en què participen aquí, aquí i també aquí.

La cursa per a desxifrar aquesta laberint tan embolicat la va iniciar Ada Yonath a finals dels anys 70. Va ser en aquell moment quan es va fixar l’objectiu de reconstruir l’estructura del ribosoma emprant la tècnica que va dominar durant la seva tesi doctoral: la cristal·lografia de raigs X. Es tracta d’una eina habitual en la descripció de les estructures biològiques, ja que pemet fer un “mapa” de cadascun dels àtoms d’una molècula. La seva importància ja va ser reconeguda pels Nobel l’any 1962, en què es va premiar la descripció de l’estructura de l’ADN aconseguida el 1954 amb aquesta mateixa tècnica. El seu fonament és la difracció (o desviament) que pateixen els raigs X en impactar contra una cristall. En el cas de la biologia, aquests cristalls es construeixen al voltant de la molècula que es vol analitzar; un feix de raigs X travessa llavors el cristall i s’escindeix. El patró resultant es recull amb un sensor CCD (el recordeu, del Nobel de Física?) i, de la seva interpretació, en resulta la localització dels àtoms de la molècula cristal·litzada. Podeu trobar més informació d’aquesta tècnica a la Wiki (amb un amplíssim article en anglès) i en aquesta pàgina especialitzada.

La idea de Yonath va ser considerada gairebé una bogeria en aquell moment, donada l’enorme complexitat del ribosoma. Tot i això, va aconseguir crear alguns cristalls de gran qualitat, que incloïen la subunitat petita del ribosoma d’un bacteri que sobreviu a altes temperatures (el que la feia molt més estable). Després d’aquests primers passos, diversos científics van orientar també els seus esforços a aquest objectiu; Ramakrishnan i Steitz van fer aportacions fonamentals per assolir-lo. Vint anys després de la idea original, el 1998, Steitz va aconseguir la primera estructura de la subunitat gran. Un parell d’anys més tard, ell mateix va publicar l’estructura més refinada de la subunitat gran del ribosoma del bacteri Haloarcula marismortui, mentre Yonath i Ramakrishnan mostraven al detall la subunitat petita de Thermus thermophilus. La tasca d’aquest darrer va permetre, a més, entendre el mecanisme ribosomal per no cometre errors a l’hora de sintetitzar proteïnes (equivalents a les mutacions de l’ADN). I aquest és el resultat de tots aquest esforços:

L'estructura detallada d'un ribosoma: la subunitat gran apareix en blau, la subunitat petita en groc. Les "boletes" són les proteïnes, mentre que els "bastonets" són molècules de rRNA

Estructura detallada d'un ribosoma: en blau, la subunitat gran; en groc, la subunitat petita. Les "boletes" són les proteïnes, mentre que els "bastonets" són molècules de rRNA

A més del que heu llegit, podeu complementar la informació sobre els ribosomes i la tasca de tots els investigadors implicats en esbrinar-ne l’estructura en aquest enllaç. A banda de la importància per a entendre el funcionament de la síntesi de les proteïnes, i totes les implicacions que té en el metabolisme cel·lular, aquesta recerca pot ajudar-nos també en la medicina. Concretament, els ribosomes són una diana essencial per als tractaments antibiòtics contra els bacteris: com és lògic, si es troben fàrmacs capaços de bloquejar un procès tan bàsic com aquest, els bacteris afectats tindran problemes seriosos per sobreviure.

I això és tot pel que fa al Nobel de Química. Com ja sabeu, podeu adreçar els precs i preguntes que us quedin als comentaris del peu de l’entrada. La sèrie dels Nobel no ha acabat encara, però ja queda poc: ja sabem els noms de tots els guanyadors, i en podrem fer doncs una valoració.

PS: Aquí teniu la notícia tal i com va aparèixer a El País, VilaWeb i l’israelià Globes (he estat incapaç de trobar-la al diari més famós d’allà, el Ha’aretz).

Advertisements

Deixa un comentari

Filed under Biologia, Notícies, Química

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s