Sim-sim.az

Kimya üzrə Nobelçilər nəyi kəşf etdi? – Həsən Babazadə

həsən

 

 

Bu il kimya üzrə Nobel mükafatına Cryo-elektron mikroskopiya üsulunun yaradılmasında göstərdikləri xidmətlərə görə, Riçard Henderson, Yoahim Frank və Cakues Dubocet layiq görüldü.

 

Mikroskoplar alimlərə gözlə görünməyən kiçik quruluşları – hüceyrə və onun daxili komponentlərini yaxından müşahidə etməyə imkan yaradır, lakin quruluş molekulyar miqyasa endikdə ənənəvi işıq mikroskoplarında olduğu kimi, işıq dalğalarını istifadə etmək mümkün olmur. Bunun səbəbi işığın dalğa uzunluğunun atomlararası məsafələrdən dəfələrlə böyük olmasıdır. Əvəzində, vakuumda sürətlə hərəkət edən elektronların materiala zərbələrindən sonra difraksiya olunmasına əsaslanan transmission elektron mikroskop (TEM) və ya x-ray (x-şüaları və ya Rentgen şüaları, 0.01-10 nanometr) kristalloqrafiya metodları istifadə oluna bilər. Kristalloqrafiya üsulu yalnız nizamlı quruluşlar (kristallar) əmələgətirən maddələrin analizi üçün tətbiq oluna bilər. Kristallaşdırmanın çox mürəkkəb prosedur olması ilə yanaşı, kristallar formalaşdıqda dinamik bioloji prosesləri müşahidə etmək mümkün olmur. Bundan əlavə, heç də bütün proteinlər kristallaşdırıla bilmir.

Elektron mikroskopiyanın tətbiqi elektronun məhz dalğa xüsusiyyətlərinin aşkarlanmasından sonra baş tutdu. 1939-cu ildə Ernst Ruska ilk TEM icad edərək göstərmişdi ki, elektronun dalğa uzunluğu işıq dalğa uzunluğundan dəfələrlə kiçik olduğundan penetrasiya etdiyi materialı atomistik miqyasda dəqiqliklə müşahidə etmək mümkündür.

Buna görə 1989-cu ildə fizika üzrə Nobel mükafatına layiq görülmüşdü. TEM-in ən başlıca çatışmazlığı nümunənin vakuumda quruması və elektronların analiz olunan materialla zərbə ilə təmasından əmələgələn yüksək istilik nəticəsində nümunənin tez bir zamanda zədələnməsidir. Bununla da tədqiqatçının uğurlu mikroskopik müşahidə aparması üçün bir neçə millisaniyə vaxt pəncərəsi olur. Bir çox hallarda bu problemi aradan qaldırmaq üçün nümunəni uranil asetat kimi mənfi yüklü maddələrlə rəngləmək lazım olur və bu prosedur özu də müxtəlif struktur zədələnmələrinə gətirib çıxarır. Nəticədə TEM-in praktiki imkanları nəzəri imkanlarına nisbətən dəfələrlə azdır.

Bu il, 2017 Oktyabrda, Richard Henderson (Kembridc Universiteti, Böyük Britaniya), Joachim Frank (Kolumbiya Universiteti, New York) və Jacques Dubochet (Lausan Universiteti, Isveçrə) TEM-in mövcud problemlərini həll edərək yeni, cryo-elektron mikroskopiya üsulunu icad etdiklərinə görə kimya üzrə Nobel mükafatına layiq görülmüşlər.

Bunun üçün üç əsas elmi dönüş nöqtələri olmuşdur. 1970-75-ci illərdə Richard Henderson və əməkdaşları kristalloqrafiya ilə öyrənilə bilməyən bakterial rodopsin adlı proteinin qlükoza məhlulunda 3D quruluşunu heç bir rəngləmə olmadan müəyyən etməyə nail olmuşlar. Təxminən eyni vaxtda Joachim Frank və əməkdaşları elektron mikroskopiya vasitəsilə əldə olunan 2D qeyri-səlis şəkilləri 3D molekulyar quruluşlara çevirən riyazi modellər və son bir neçə ildə kompyuter texnologiyalarının inkişafı ilə bu modellər əsasında yüksək həssaslı kompyuter proqramları tərtib etmişlər. 1980-ci illərin əvvəllərində Jacques Dubochet ilk dəfə olaraq TEM-də suda həllolan molekulların vakuumda quruyaraq quruluşunun dəyişməsi problemini həll etmişdir. Qeyd etmək lazımdır ki, Hendersonun üsulu suda həllolan proteinləri müşahidə etmək üçün yararlı deyildi. Onları dondurduqda isə donmuş buz kristalları molekulun müşahidə olunmasına imkan vermirdi. Ilk dəfə olaraq Jacques Dubochet suda həllolan (hidrofil) proteinləri, temperaturu -188 °C də olan maye etan vasitəsilə ani anda dondurulması orijinal ideyasını təklif etmişdi. Ani dondurulma zamanı buz kristallarının formalaşmasına vaxt olmadığından proteinlərin təbii formasını qoruyub saxlamaq mümkün oldu. Bu isə öz növbəsində tədqiqatçılara proteinlərin təbii quruluşlarının daha da kiçik miqyasda və yüksək dəqiqliklə öyrənilməsinə şərait yaratdı. Nümunənin ani olaraq bir neçə millisaniyəyə maye etan, daha sonralar isə azot və ya helium ilə dondurulması ilə öyrənilən elektron mikroskopiyaya cryo-elekton mikroskopiya (cryo Yunan dilində soyuq deməkdir) adı verilmişdi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zika virusunun Cryo-elektron mikroskopiya ilə şəkili

 

Cryo-elektron mikroskopiya alimlərə HIV, Zika kimi virusuların quruluşları, Alzheimer, xərçəng kimi xəstəliklərin yaranmasında vacib rol oynayan proteinlərin quruluşlarını atomistik dəqiqliklə və asanlıqla öyrənməyə imkan verir. Bu üsulla makromolekulların şəkillərinin alınması, onların nəinki strukturlarını öyrənmək, həmçinin də onların dinamik proseslerdə necə iştirak etdiklərini müşahidə etməyə şərait yaradır. Onu da qeyd etmək lazımdır ki, cryo-elektron mikroskopiya ilə alınan proteinlərin quruluşları haqqında informasiya alimlərə yeni, az toksikli və daha səciyyəvi dərman preparatlarının və peyvəndlərin yaradılmasına geniş təkan verəcəkdir. Bu metoddan istifadə edərək, anticismlərin virusların qarşısını nəcür aldığını daha effektiv öyrənmək mümkündür. Bu isə viruslarla mübarizə üçün daha yeni ideyaların yaranmasına gətirəcəkdir.

 

Həsən Babazadə Ph.D.

Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania

Department of Anesthesiology and Critical Care