Chemia i Biznes

W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Mogą Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej "Polityce prywatności Cookies"

Rozumiem i zgadzam się

Konfiguracja makiety

Nagrody Nobla z dziedziny chemii

2017-02-20  / Autor: Anna Jarosik

Od początku XX w. Nagrodę Nobla z dziedziny chemii otrzymało 175 naukowców. Przedstawiamy kto i za co nagradzany był w latach 2006-2015.

2006 r.

Laureatem został amerykański chemik żydowskiego pochodzenia, prof. Biologii strukturalnej Roger D. Kornberg z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii. Uhonorowano jego badania dotyczące podstaw molekularnych transkrypcji eukariotycznych. W swoich pracach wyjaśnił on procesy zachodzące w rozmaitych organizmach żywych.

Dowiódł, iż aby nasz organizm mógł korzystać z informacji zapisanych w genach (w DNA), to w pierwszej kolejności musi dokonać kopiowania na „nośnik”, jakim jest RNA.

Następnie tak skopiowana informacja zostaje przeniesiona z jądra komórki do jej zewnętrznych części. W dalszej kolejności jest wykorzystywana jako instrukcja do produkcji białek. Chodzi w tym przypadku o białka, które stanowią faktyczny element budulcowy organizmu i wpływają na jego funkcjonowanie. Wspomniany proces kopiowania nazywany jest transkrypcją.

Roger D. Kornberg jako pierwszy stworzył rzeczywisty obraz przedstawiający sposób, w jaki proces transkrypcji działa na poziomie molekularnym w grupie organizmów zwanych eukariontami (inaczej są to jądrowce, czyli organizmy, których komórki posiadają dobrze zdefiniowane jądro komórkowe). Ssaki, w tym ludzie, należą właśnie do tej grupy organizmów.

Badania potwierdziły, że u organizmów proces transkrypcji jest niezbędny do życia. Jeśli zostanie on zatrzymany, wówczas ani jedna informacja genetyczna nie będzie dalej przekazywana do innych części ciała. Brak odnawiania się przekazu informacji spowoduje, że organizm umrze w ciągu kilku dni.

Taka sytuacja ma choćby miejsce w przypadku zatrucia spowodowanego spożyciem niektórych grzybów z rodziny muchomorowatych. Ich toksyny mogą bowiem powodować zatrzymanie procesu transkrypcji.

Wyjaśnienie przez Rogera D. Kornberga jak działa proces transkrypcji ma również fundamentalne znaczenie medyczne. Wskazał on, że zakłócenia procesu transkrypcji u ludzi pojawiają się w przypadku niektórych chorób, tj. raka, chorób serca i wielu rodzajów zapaleń. Natomiast zdolność komórek macierzystych do właściwego rozwoju i funkcjonowania w różnych narządach związana jest z właściwą regulacją transkrypcji. Stąd dobre zrozumienie omawianego procesu jest kluczowe do rozwoju różnych zastosowań terapeutycznych komórek macierzystych.

2007 r.

Nagroda trafiła do niemieckiego fizyka i chemika Gerharda Ertla z Instytutu Maxa Plancka w Berlinie, akurat w dzień jego 71 urodzin. Akademia doceniła jego przełomowe prace, wyjaśniające procesy chemiczne zachodzące na powierzchni ciał stałych. Przyczyniły się one do stworzenia podwalin dla nowoczesnej chemii powierzchni. Noblista w swoich badaniach skupił się m.in. na procesie technologicznym Habera i Boscha, w którym to azot pobierany jest z powietrza do produkcji nawozów sztucznych. Już dawno temu okazały się one fundamentalne dla przemysłu chemicznego, gdyż pomagają zrozumieć wielorakie procesy zachodzące na powierzchni ciał stałych. Przykładowo, wyjaśniają dlaczego żelazo rdzewieje, w jaki sposób funkcjonują ogniwa paliwowe i jak działają katalizatory w pojazdach. Okazuje się bowiem, że reakcje chemiczne mające miejsce na powierzchniach katalitycznych odgrywają istotną rolę m.in. w procesie oczyszczania spalin w katalizatorach samochodowych (utlenianie tlenku węgla na platynie).

Gerhard Ertl udowodnił, że chemia powierzchni jest w stanie wyjaśnić nawet proces niszczenia warstwy ozonowej, który w rzeczywistości występuje na powierzchni małych kryształków lodu znajdujących się w stratosferze.

Rozwój chemii powierzchni rozpoczął się w 1960 r. za sprawą procesów opracowanych dla półprzewodników. Ertl, jako jeden z pierwszych, dostrzegł ogromny potencjał tych nowych technik. Krok po kroku tworzył metodologię chemii powierzchni, wskazując jak różnego rodzaju procedury doświadczalne mogą być stosowane w celu ukazania pełnego obrazu reakcji powierzchniowej. Udowodnił, że nauka ta wymaga zaawansowanej technicznie, wysokociśnieniowej aparatury, która umożliwia obserwowanie zachowania poszczególnych warstw atomów i cząsteczek na bardzo czystej powierzchni metalu. Metoda ta pozwala również na dokładne określenie, który element wpływa na system.

Pokazano, że nawet niewielkie zanieczyszczenie może stanowić zagrożenie dla wszystkich pomiarów. Natomiast uzyskanie pełnego obrazu reakcji wymaga ogromnej precyzji i kombinacji różnych technik eksperymentalnych.

Niemiecki naukowiec stworzył eksperymentalną szkołę myślenia, pokazując, jak wiarygodne wyniki można osiągnąć w tej trudnej dziedzinie badań.

2009 r.

Nagrodę Nobla otrzymały ponownie trzy osoby. Wśród nich znaleźli się amerykański biofizyk pochodzenia indyjskiego Venkatraman Ramakrishnan, amerykański biochemik i biofizyk molekularny Thomas A. Steitz oraz izraelska krystalograf Ada E. Yonath. Nagroda została przyznana za badania struktury i funkcji rybosomu na poziomie atomowym.

Rybosomy są strukturami niezbędnymi dla życia, przekładają informację genetyczną zawartą w DNA na białka tworzące komórki żywych organizmów. Trójka laureatów wykorzystała w swych badaniach krystalografię rentgenowską. Dzięki temu w procesie mapowania udało im się ustalić pozycję każdego z setek tysięcy atomów tworzących rybosom. Dokładne zrozumienie zasad funkcjonowania rybosomu jest o tyle ważne dla naukowego zrozumienia życia, iż od lat wiadomo, że wewnątrz każdej komórki żywego organizmu znajdują się cząsteczki DNA, w których zakodowane są informacje związane z wyglądem i funkcjonowaniem człowieka, rośliny czy bakterii. Jednak sama cząsteczka DNA jest bierna i dlatego potrzebny jest element warunkujący życie. Zakodowana informacja może zostać przekształcona w żywą materię poprzez pracę rybosomu. W oparciu o informacje zawarte w DNA, rybosomy tworzą odpowiednie białka, m.in. hemoglobinę przenoszącą tlen, przeciwciała układu odpornościowego chroniące organizm przed zarazkami oraz takie hormony, jak insulina i enzymy trawienne. Białka są również materiałem budulcowym kości i mięśni, tworząc ścięgna. Keratyna tworzy włosy i paznokcie, a krystalina soczewki oczu. W organizmie istnieją dziesiątki tysięcy białek, a wszystkie one mają różne formy i funkcje. Ich wspólną cechą jest jednak budowa i kontrola życia organizmu na poziomie chemicznym.

Wiedza na temat struktury i funkcji rybosomu jest praktycznie wykorzystywana w leczeniu antybiotykowym. Obecnie wiele szeroko dostępnych antybiotyków jest stosowanych w zwalczaniu chorób z uwagi na fakt, iż blokują one działanie rybosomów bakteryjnych. Bez rybosomów funkcjonalnych bakterie przestają funkcjonować i giną. I właśnie z tego powodu rybosomy są tak istotnym elementem, m.in. w badaniach nad nowymi antybiotykami.

 
 

2011 r.

Tym razem tytuł Noblisty trafił do rąk izraelskiego naukowca Dana Shechtmana z Technion – Izraelskiego Instytutu Technicznego w Hajfie. Nagroda została przyznana za odkrycie kwazikryształów stanowiących niezwykłą mozaikę atomów. Jest to szczególna forma ciała stałego. Wyjątkowość kwazikryształów polega na tym, że układy atomów są w nich ułożone w sposób regularny, ale jednocześnie całkowicie niepowtarzalny.

Wcześniej uważano, iż w całej materii stałej atomy są ułożone w uporządkowany schemat, powtarzający się we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych. Dla naukowców powtarzalność tego typu była wymagana w celu uzyskania kryształu. Jednak Dan Shechtman w obrazie z 1984 r., w szybko schłodzonym stopie glinu z manganem, zaobserwował niekrystalograficzną pięciokrotną oś symetrii. Widoczne było, iż atomy w jego krysztale układały się w postać wzoru, który nie może być powtarzalny. W tamtym czasie było to dość kontrowersyjne odkrycie. W efekcie naukowcy zostali zmuszeni do ponownego rozważenia koncepcji natury materii. Dopiero aperiodyczne mozaiki, takie jak te znajdujące się w średniowiecznym islamskim pałacu Alhambra w Hiszpanii i sanktuarium Darb-e Imam w Iranie, pozwoliły im zrozumieć, jak w rzeczywistości wyglądają kwazikryształy na poziomie atomowym. W tych mozaikach, podobnie jak w kwazikryształach, wzorce są regularne, przestrzegają zasad matematycznych, jednak się nie powtarzają.

Obecnie wiadomo, że większość właściwości fizycznych kwazikryształów jest taka sama, jak w przypadku klasycznych kryształów. Niemniej wykazują one również wiele własności typowych tylko dla siebie. Chodzi tu głównie o słabe przewodnictwo cieplne i elektryczne, przy zachowaniu wysokiej twardości oraz odporności na czynniki chemiczne i korozję. Stąd materiały na bazie tego typu kryształów są wyjątkowo odporne na korozję i przywieranie. Z tego też względu prowadzone są badania, aby były one wykorzystywane w produkcji patelni i silników Diesla. Oprócz tego kwazikryształy są świetnymi materiałami termoelektrycznymi.

2014 r.

Kolejnymi osobami, które zapisały się na liście zdobywców Nagrody Nobla z chemii zostali amerykański chemik Eric Betzig, rumuńsko-niemiecki fizyk Stefan Hell oraz amerykański fizyk i chemik William Moerner. Doceniono ich pracę nad mikroskopem fluorescencyjnym wysokiej rozdzielczości.

Przez długi czas rozwój mikroskopii optycznej był zahamowany z powodu ograniczeń, które zakładały, że nigdy nie uda się uzyskać rozdzielczości lepszej niż połowa długości fali światła, czyli mniejszych niż 0,2 mikrometry. Ograniczenia te bazowały na obliczeniach matematycznych i tzw. granicy Abbego. Dopiero wspomnianej trójce udało się je pokonać. W swoich badaniach wspomogła się ona cząsteczkami fluorescencyjnymi, które w momencie, gdy tylko zostają naświetlone zaczynają emitować promieniowanie świetlne.

Ta przełomowa praca pozwoliła przenieść mikroskopię optyczną do skali nano. Dzięki powstałej w ten sposób nanoskopii możliwe stało się zobrazowanie ścieżki poszczególnych cząsteczek wewnątrz żywych komórek zwłaszcza, że wiele struktur komórkowych ma rozmiary od 10 do 200 nanometrów. Realnym stało się również obserwowanie, w jaki sposób tworzą się synapsy pomiędzy komórkami nerwowymi w mózgu, jak również badanie białek odpowiedzialnych za wywołanie choroby Parkinsona, Alzheimera czy Huntingtona oraz obserwacja poszczególnych białek w zapłodnionych jajeczkach, gdy dzielą się one i tworzą zarodek. Odkrycie to znacząco przyspieszyło badania prowadzone m.in. w dziedzinie biologii molekularnej.

W rzeczywistości jednak nagrodzone zostały dwa oddzielne odkrycia. Pierwszego dokonał w 2000 r. Stefan Hell, tworząc podstawy mikroskopii STED (ang. stimulated emission depletion). Dzięki wykorzystaniu dwóch wiązek lasera – jednej pobudzającej do świecenia w określonym punkcie fluorescencyjne cząsteczki i drugiej wygaszającej to świecenie wokół tego punktu – uzyskano powiększenie znacznie lepsze niż zakładała to granica Abbego.

Drugiego odkrycia dokonali niezależnie Betzig i Moerner, którzy poznali sposób „włączania” i „wyłączania” fluorescencji pojedynczych cząsteczek. Tę metodę obserwacji po raz pierwszy zastosowano w 2006 r.

2015 r.

Ponownie równoważnymi zwycięzcami okazało się trzech badaczy: szwedzki chemik Tomas Lindahl, amerykański biochemik Paul Modrich oraz turecki biochemik i biofizyk Aziz Sancar. Zostali oni nagrodzeni za badania mechanistyczne nad naprawą DNA. Odwzorowali na poziomie molekularnym, w jaki sposób komórki naprawiają uszkodzone DNA i chronią informację genetyczną. Ta fundamentalna wiedza jest pomocna w zrozumieniu mechanizmów rozwoju nowotworów, które są efektem zaburzeń procesów naprawy.

Nasze DNA jest narażone na szereg różnych czynników. Może być uszkodzone przez promieniowanie UV, działanie wolnych rodników lub inne substancje rakotwórcze. Jednak nawet bez takich ataków cząsteczki DNA są z natury niestabilne. W genomie komórki zachodzą tysiące samorzutnych zmian i jest to proces, który w organizmie ludzkim występuje kilka milionów razy dziennie. Powodem tego, że nasz materiał genetyczny nie ulega chaotycznym zmianom prowadzącym do zmian nowotworowych i śmierci organizmu jest nieustanny proces monitorowania i naprawy materiału genetycznego. Jeszcze na początku lat 70. XX w. naukowcy uważali, że DNA jest cząsteczką wyjątkowo stabilną.

Tomas Lindahl wykazał jednak, że tempo rozpadu DNA jest tak duże, że powinno wykluczyć rozwój życia na Ziemi. Ta hipoteza doprowadziła go do odkrycia molekularnego mechanizmu naprawy DNA w procesie wycinania zasady (BER – base excision repair). Pozwala on na usuwanie uszkodzeń pojedynczych zasad DNA podczas jego replikacji tak, by w efekcie uniknąć błędów (mutacji). puterowymi umożliwiło jednak naukowcom dokładniejsze zrozumienie takich procesów, jak m.in. oczyszczanie spalin z użyciem katalizatorów oraz proces fotosyntezy zachodzący w liściach. Dokładniejsza znajomość licznych procesów chemicznych umożliwiła ich pełniejszą optymalizację. Praca wiodąca do najbardziej prestiżowej nagrody w świecie nauki rozpoczęła się w latach 70. XX w. Karplusowi, Levittowi oraz Warshelowi udało się wspólnie połączyć klasyczną fizykę newtonowską z całkowicie odmienną fizyką kwantową. Wcześniej chemicy musieli decydować się na stosowanie jednej metody obliczeniowej. Mocną stroną fizyki klasycznej były porównywalnie proste obliczenia, które mogły być stosowane do modelowania naprawdę dużych cząsteczek. Słabą stroną był jednak brak możliwości symulowania reakcji chemicznych. W tym celu naukowcy byli zmuszeni zastąpić fizykę klasyczną i zastosować fizyką kwantową. Jednak te obliczenia wymagały ogromnej mocy obliczeniowej, a zatem mogły być wykonywane tylko w przypadku małych cząsteczek. W końcu jednak trzej laureaci wykorzystali najlepsze elementy z obu dziedzin i opracowali metody obliczeniowe, które wykorzystują zarówno fizykę klasyczną, jak i kwantową. W wyniku ich działań komputery są dla chemików obecnie równie istotnym narzędziem pracy, jak probówki. Symulacje komputerowe stały się tak realistyczne, że z ich pomocą można przewidywać rezultaty tradycyjnych eksperymentów.

Aziz Sancar zbadał kolejny mechanizm, a konkretnie naprawę przez wycięcie nukleotydu (NER – nucleotide excision repair). Jest to mechanizm wykorzystywany przez komórki do naprawy uszkodzeń DNA przez promieniowanie UV. Udowodnił, że osoby urodzone z wadami systemu naprawy będą miały skłonność do zachorowania na raka skóry, zwłaszcza jeśli są narażone na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Żywe komórki wykorzystują mechanizm NER, aby właściwie skorygować wady spowodowane przez substancje mutagenne.

Trzeci spośród noblistów, czyli Paul Modrich pokazał, w jaki sposób komórki korygują błędy pojawiające się podczas ich podziału, np. przy replikacji DNA. Ten mechanizm, nazwany naprawą niesparowanych zasad (MJR – mismatch repair), pozwala zmniejszyć częstotliwość błędów podczas replikacji DNA.


CAŁY ARTYKUŁ ZNAJDĄ PAŃSTWO W NR 1/2017 "CHEMII I BIZNESU". ZAPRASZAMY


 


przemysł chemicznyprzemysł farmaceutycznybadania i rozwójNagroda Nobla

Podoba Ci się ten artykuł? Udostępnij!

Oddaj swój głos  

Ten artykuł nie został jeszcze oceniony.

Dodaj komentarz

Redakcja Portalu Chemia i Biznes zastrzega sobie prawo usuwania komentarzy obraźliwych dla innych osób, zawierających słowa wulgarne lub nie odnoszących się merytorycznie do tematu. Twój komentarz wyświetli się zaraz po tym, jak zostanie zatwierdzony przez moderatora. Dziękujemy i zapraszamy do dyskusji!


WięcejSklep

“Chemia i Biznes” nr 4/2021

Nowość!Dostęp online

35.00 zł

"CiB. Rynek Kosmetyczny i Chemii Gospodarczej" nr 3/2021

Nowość!Dostęp online

25.00 zł

"CiB. Rynek Kosmetyczny i Chemii Gospodarczej" nr 2/2021

Dostęp online

25.00 zł

Książka: Surfaktanty i ich zastosowanie w produktach kosmetycznych

Nowość!

95.00 zł

Wpis zaawansowany w Katalogu Firm

Nowość!Dostęp online

861.00 zł

Artykuł sponsorowany

Nowość!Dostęp online

2,460.00 zł

Książka: Atlas Mikrobiologii Kosmetyków

Nowość!

94.00 zł

WięcejNajnowsze

Więcej aktualności





WięcejNajpopularniejsze

Więcej aktualności (192)



WięcejPolecane

Więcej aktualności (97)





WięcejSonda

Czy Twoja firma zmaga się z podwyżkami cen surowców?

Zobacz wyniki

WięcejW obiektywie