2009年12月13日

諾貝爾化學獎—轉譯生命現象的核糖體

作者/呂育修、譚婉玉(任職中央研究院生物醫學研究所)

因利用X光晶體學解析出核糖體的三維分子結構,來自以色列、美國與英國的三位科學家,共同獲得了2009 年諾貝爾化學獎。自1944 年美國科學家埃弗里(Oswald T.Avery)等人發現核酸(nucleic acid)為生物的遺傳物質後,科學家就陸續用化學、遺傳學及分子生物學的方法,描繪出基因複製與表達的中心法則(central dogma),但是要讓我們真正能「窺視」這個法則的運作方式,就必須藉助物理學的方法,去揭示參與其中之分子的結構。今年的諾貝爾化學獎的三位得主,便是利用X 光晶體學(X-ray crystallography)來研究細菌核糖體(ribosome)的三維結構,他們是以色列魏茲曼研究所的研究員艾達.尤娜斯(AdaE. Yonath)、美國耶魯大學教授托瑪斯.史泰茲(Thomas A. Steitz)以及英國劍橋大學的印裔科學家文卡特拉曼.拉瑪克里斯南(Venkatraman Ramakrishnan)。值得一提的是,尤娜斯為1964 年以來化學獎中唯一的女性得主,也是歷史上的第四位。

中心法則的三個重要分子結構

我們都知道去氧核糖核酸(DNA)儲存了生物的遺傳密碼,也就是生命的語言,但生命功能最主要的執行者卻是蛋白質,因此,了解生物如何正確地將DNA 的語言逐字表述出來,以便支配蛋白質的產生,便是科學家研究的一個重要課題。經過多年的研究,科學家終於確立了遺傳訊息傳遞的準則——中心法則。現在眾所周知生物遵循著中心法則,將DNA 密碼經過轉錄作用(transcription),產生訊息RNA(messenger RNA, mRNA),再經由核糖體將mRNA 轉譯(translation)成蛋白質,細胞便得以利用這些蛋白質來維持生命的機能。

1962年的諾貝爾醫學獎得主詹姆士.華生(James Waston)等人利用羅莎琳.富蘭克林(Rosaline Franklin)的DNA結晶圖譜,成功地詮釋了其雙股螺旋的結構,使我們了解DNA是如何利用其精巧的結構儲存遺傳訊息;1996年的化學獎得主羅傑.孔伯格(Roger D. Kornberg)解析出真核生物的RNA聚合酶構造,讓我們看到DNA如何經由轉錄作用,產生相對應的mRNA 。而中心教條的最後一塊拼圖,則因核糖體結構的解析而補齊——這就是今年化學獎得主最大的貢獻,我們因而知道這台巨型翻譯機如何將mRNA 的核酸語言,轉譯成由胺基酸建構成的蛋白質,以推動細胞的運作。【更詳細的內容,請參閱第480期科學月刊】

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