Nobelova nagrada za kemijo

Nobelova nagrada za kemijo 2018 

  • Frances H. Arnold (ZDA)
  • George P. Smith (ZDA)
  • Gregory P. Winter (VB)

 

Nobelovo nagrado za kemijo letos prejmejo znanstveniki za prispevek k razvoju zelene kemične industrije, je sporočila švedska kraljeva akademija znanosti.  Nagrajenci so razvili in izpopolnili metode, ki omogočajo izrabo evolucijskih principov pri pripravi encimov, ki so koristni pri proizvodnji številnih kemikalij. Na podoben način selektivno vzgojena protitelesa so uporabna v boju proti avtoimunskim boleznim in raku.

Frances Arnold prejme polovico nagrade, ker je izvedla prvi nadzorovani razvoj encimov, to je proteinov, ki katalizirajo kemične reakcije. Te encime med drugim uporabljajo v proizvodnji biogoriv in zdravil, so sporočili na akademiji.

Smith je medtem razvil metodo predstavitev fagov, v okviru katere lahko bakteriofage uporabijo za razvoj novih proteinov. Bakteriofagi so virusi, ki zajedajo bakterije. Winter je to metodo uporabil za proizvodnjo farmacevtskih izdelkov. Danes tako proizvajajo protitelesa, ki nevtralizirajo toksine in delujejo proti avtoimunskim boleznim, z njimi pa zdravijo tudi metastatske oblike raka. Oba prejmeta četrtino nagrade.

Povzeto po:


Nobelova nagrada za kemijo 2017 

  • Jacques Dubochet (ŠVI)
  • Joachim Frank (ZDA)
  • Richard Henderson (VB)

 

Letošnja Nobelova nagrada za kemijo pripada trem znanstvenikom za razvoj krioelektronske mikroskopije. Gre za zelo natančno metodo, s katero lahko opazujejo posamezne atome v velikih biomolekulah, virusih in proteinih in sicer v tridimenzionalni obliki.

Že desetletja znanstveniki za natančno opazovanje uporabljajo elektronske mikroskope. Ti namesto vidne svetlobe uporabljajo curek elektronov, s katerim obstreljujejo vzorec. Ker imajo elektroni veliko manjšo valovno dolžino od vidne svetlobe, lahko z njimi opazujemo manjše podrobnosti, npr. atome. Za natančno sliko z elektronskim mikroskopom je potrebno, da so opazovane strukture čim bolj pri miru. To lahko dosežejo z znižanjem temperature, kar pa v biomolekulah predstavlja težavo, saj jih sestavlja voda, ki pri ohlajanju zmrzne, nastali kristali ledu pa jih poškodujejo. Metoda krioelektronske mikroskopije, ki so jo razvili nagrajenci, pa omogoča, da so biomolekule zamrznjene v naravnem stanju, brez uporabe fiksativov. To dosežejo tako, da vodno kapljico z biološkim materialom izstrelijo v ohlajen etan na -196 oC. Voda zamrzne tako hitro, da nastane amorfen (nekristaliziran) led, ki celic ne poškoduje in omogoča opazovanje najmanjših podrobnosti celičnih struktur.

Z računalniško obdelavo več dvodimenzionalnih posnetkov lahko nastane natančna tridimenzionalna slika.

Nagrajenci so vsak v svojem obdobju prispevali h končnemu uspehu krioelektronske mikroskopije. Frank je že leta 1975 začel razvijati metodo, s katero je bilo mogoče več dvodimenzionalnih slik slabše resolucije združiti v tridimenzionalno sliko visoke ločljivosti. Dokončal jo je Henderson v devetdesetih letih prejšnjega stoletja. Dubochet pa je v osemdesetih letih rešil problem z nastajanjem ledenih kristalov v biomolekulah.

“Znanstveniki zdaj lahko zamrznejo biomolekule med gibanjem in vidijo procese, ki jih prej niso mogli. To je pomembno tako za osnovno razumevanje kemije življenja, kot tudi za razvoj farmacevtskih sredstev,” so sporočili s Kraljeve švedske akademije znanosti. Kot primer so navedli, da so znanstveniki to metodo uporabili, ko so posumili, da virus Zika povzroča epidemijo mikrocefalije pri novorojenčkih v Braziliji.

Zika virus (površina in presek) slikan s pomočjo krioelektronske mikroskopije.

Viri:

 


Nobelova nagrada za kemijo 201666309

  • Jean-Pierre Sauvage (FRA)
  • James Fraser Stoddart (VB)
  • Bernard l. Feringa (NIZ)

 

Letošnji nagrajenci so prejeli nagrado za načrtovanje in sintezo molekularnih strojev. To so najmanjši stroji, pravzaprav posebno oblikovane molekule, ki lahko ob dovajanju energije opravljajo želeno funkcijo. Lahko se npr. premikajo v želeno smer, rotirajo okoli izbrane osi ali prenašajo kakšno snov, kljub temu da so velike le nekaj nanometrov.

Katenani in rotaksani.

V 80. in 90. letih prejšnjega stoletja je nagrajencem uspelo sintetizirati katenane in rotaksane, posebne molekule v obliki povezanih obročev, ki jih povezuje t.i. mehanska kemijska vez. Ob dovedeni energiji (npr. UV svetlobi) se lahko obroči vrtijo in povzročijo predvidljivo premikanje molekul. Leta 2011 so s pomočjo takšnih molekul razvili celo nanoavtomobil – avtomobilu podobno molekularno strukturo. Za letos načrtujejo že prvo dirko z nanoavtomobi iz atomov zlata.

Nanoavtomobil

Uporabnosti molekularnih strojev je seveda veliko. Znanstveniki razvijajo molekule, ki bi lahko prenašale zdravila na točno določeno mesto in jih sprostile v izbranem trenutku, s čimer bi izjemno povečali njihovo učinkovitost. Materiale, ki bi ob prisotnosti svetlobe spremenili svojo strukturo, bi lahko uporabljali tudi v tehniki in elektroniki (npr. premazi, ki so neobčutljivi na praske, nove vrste baterij, mala električna vezja, ki se lahko sama popravijo …). V prihodnosti bi lahko celo razvili molekularne stroje, ki bi pomagali pri odpravljanju posledic onesnaženja.

Več:


Nobelova nagrada za kemijo 2015nobel-prize-chemistry-2015

  • Tomas Lindahl (ŠVE)
  • Paul Modrich (ZDA)
  • Aziz Sancar (TUR)

 

Dobitniki so prejeli nagrado za delo na področju popravil DNK. Na molekularni ravni so odkrili, kako celice popravljajo poškodovano DNK.

Od trenutka, ko je jajčece oplojeno, se začne deliti. Po več milijardah delitev odrasel človek v svojih celicah vsebuje toliko DNK, da bi se njihova dolžina raztezala 250-krat do Sonca in nazaj.

Najbolj presenetljivo dejstvo je, kako se genetske informacije pri deljenju celic lahko kopirajo tako natančno. “Iz kemijskega vidika, bi to bilo nemogoče,” je dejal Odbor za Nobelovo nagrado. Vsi kemični procesi so nagnjeni k naključnim napakam. Poleg tega na DNK vplivajo tudi zunanji dejavniki – razna sevanja in reaktivne molekule. Naš genom torej vsakodnevno ograža na tisoče potencialno škodljivih napadov.

figure1_534px

Lindahl je dokazal, da DNK propada s takšno hitrostjo, da bi bilo življenje praktično nemogoče, če ne bi obstajal mehanizem popravljanja na molekularni ravni. Vsi trije nagrajenci so v zadnjih desetletjih odkrili in opisali razne postopke, s katerimi lahko celice popravijo poškodovano DNK. Njihovo delo je priskrbelo temeljno znanje o tem, kako celice delujejo, med drugim pa se uporablja tudi pri razvoju novih zdravil za raka.

Odkritja vseh treh znanstvenikov so imela izjemne posledice, je poudarila žirija Nobelovih nagrad. “Življenje, kot ga poznamo danes, je popolnoma odvisno od mehanizmov popravljanja DNK,” je dodala.

Več:


Nobelova nagrada za kemijo 2014BN-EX276_nobel__G_20141008063142

  • Eric Betzig (ZDA)
  • Stefan W. Hell (NEM)
  • William E. Moerner (ZDA)

 

Znanstveniki so si prislužili Nobelovo nagrado za kemijo za razvoj fluorescenčne mikroskopije (FM).

Več kot sto let je v mikroskopiji veljala dogma, ki jo je leta 1873 postavil Ernst Abbe in ki pravi, da ni mogoče opazovati predmetov, ki so manjši od polovice valovne dolžine svetlobe. Za vidno svetlobo to pomeni, da je meja okrog 200 nm. Mejo bi lahko pomaknili niže z uporabo svetlobe krajše valovne dolžine, a ima ta že višjo energijo in vzorec bi prežgali. Elektronski mikroskopi težavo rešujejo z uporabo snopa elektronov namesto fotonov, ki imajo bistveno krajšo valovno dolžino, a to prinaša posebne težave s pripravo vzorcev.

Vir svetlobe je pri fluorescentnem mikroskopu živosrebrna žarnica (pri navadnem svetlobnem volframova ali halogenska žarnica). Ta ima vlogo, da oddaja oz vzbuja svetlobo nižjih valovnih dolžin. Pri FM uporabljamo princip epifluorescence, kar pomeni, da preparat osvetljujemo od zgoraj, se pravi, da objektiv opravlja naloga kondenzorja in objektiva. Med žarnico in preparatom se nahaja vzbujevalni filter, ki loči tisti del spektra svetlobe, ki ima nižjo valovno dolžino. Med objektivom in okularjem mora biti še zaporni filter, ki zaustavi vzbujevalno svetlobo, saj lahko poškoduje oči (predvsem UV). Med obema filtroma je še posebno zrcalo, ki vzbujevalno svetlobo usmeri nazaj v objektiv, fluorescentno pa v okular. Zaradi zapornega filtra, prihaja v goriščno ravnino okularja samo fluorescentni svetloba, zato je vidno polje temno, vidimo pa le tiste strukture na preparatu, ki fluorescirajo.

fluor_light_pathway   fluorointrofigure1   kahn_fl_image

Letošnja nagrada je sicer namenjena dvema ločenima dosežkoma na tem področju. Za prvega je zaslužen Hell, ki je leta 2000 razvil t. i. STED metodo mikroskopije. Pri njej sta uporabljena dva laserska žarka – eden spodbudi fluorescenčne molekule k žarenju, drugi pa izloči vso fluorescenčnost, razen tiste v nanometrskem volumnu. Proučevanje vzorca, nanometer za nanometrom pa priskrbi podobo z večjo ločljivostjo.

Betzig in Moerner sta medtem ločeno položila temelje za drugo metodo, mikroskopijo za posamezno molekulo. Metoda temelji na možnosti vklopa in izklopa fluorescenčnosti posameznih molekul. Znanstveniki si tako lahko isto območje ogledajo večkrat, pri čemer lahko vsakič zažari le nekaj molekul. Betzig je to metodo prvič uporabil leta 2006.

Znanstveniki sicer s pomočjo nanoskopije proučujejo poti posameznih molekul znotraj živih celic. Tako lahko opazujejo, kako molekule ustvarjajo sinapse med živčnimi celicami v možganih, lahko sledijo proteinom, ki so povezani s parkinsonovo, alzheimerjevo in huntingtonovo boleznijo kot tudi posameznim proteinom v oplojenih jajčecih.

Več:


Nobelova nagrada za kemijo 2013

  • Martin Karplus (Avstrija)
  • Michael Levitt (VB)
  • Arieh Warshel (Izrael)

 

Trojica znanstvenikov je več desetletij razvijala večdimenzijske računalniške modele kompleksih kemijskih sistemov, s pomočjo katerih bomo lahko bolje razumeli in napovedovali zapletene kemijske procese.

Predstavniki Kraljeve švedske akademije znanosti so med drugim v obrazložitvi zapisali:

»Računalniški modeli, ki oponašajo resnično življenje, so postali nepogrešljivi za večino napredkov v današnji kemiji.«

»Včasih so kemiki modele molekul ustvarjali s pomočjo plastičnih žogic in palčk. Danes takšni modeli nastajajo v računalnikih …«

»Danes je računalnik za kemike prav tako pomembno orodje kot epruveta.«

 

Več: