Hmotnostní spektrometrie a velké molekuly

Hmotnostní spektrometrie a velké molekuly Ionizační metody analýzy biologických makromolekul

NOBELOVA CENA ZA CHEMII

VLADIMÍR HANUŠ ZDENĚK HERMAN KAREL LEMR

Nobelovou cenou za chemii byli r. 2002 oceněni tři vědci, kteří přispěli k vývoji metod pro analýzu biomolekul (viz též článek na s. 314). Polovina ceny, kterou získali Američan John B. Fenn a Japonec Koiči Tanaka, byla udělena za „vývoj měkkých ionizačních metod pro hmotnostní spektrometrickou analýzu biologických makromolekul“. Málokdy se stává, aby cenu sdíleli dva vědci, z nichž jeden je bezmála dvakrát tak stár než druhý – Johnu Fennovi je 85 let, K. Tanakovi jen 43. Vývoj zmíněných analytických metod se týká způsobů převedení molekul biochemické a biologické důležitosti do plynné fáze v podobě iontů. Vzniklé ionty se dají analyzovat hmotnostním spektrometrem, lze určit jejich molekulovou hmotnost, popřípadě z jejich rozpadu dospět k závěrům o jejich struktuře. V poslední době se hmotnostní spektrometrie stala (i díky zmíněným vědcům) jedním z nejdůležitějších způsobů analýzy biologicky významných molekul. Hmotnostní spektrometrie Tato metoda využívá pohyb urychlených iontů v kombinaci elektrických a magnetických polí ve vysokém vakuu k zjištění hmotnosti příslušných molekul (přesněji poměru hmotnosti a náboje). Původní metoda byla vyvinuta už koncem 19. století. Anglický fyzik J. J. Thomson ji použil k analýze „pozitivních paprsků“ z výbojů a v popisu pozorovaných hmotností neonu podal první důkaz, že vedle izotopů radioaktivních prvků mohou existovat i stabilní izotopy (za vedení elektřiny ve zředěných plynech dostal r. 1906 Nobelovu cenu). Ve své monografii z r. 1912 zdůraznil obrovský význam hmotnostní spektrometrie pro chemii, zvláště pro chemii analytickou. Díky hmotnostní spektrometrii popsal F. W. Aston většinu stabilních izotopů a objevil také odchylky jejich hmotností od celistvých čísel (Nobelova cena mu za to byla udělena r. 1922). Od té doby byly hmotnostní spektrometrií účinně analyzovány směsi plynů nebo zplynitelných kapalin. K ionizaci plynných směsí se používala metoda nárazu urychlených elektronů, což byla v polovině 20. století jedna z nejdůležitějších metod pro analýzu směsí uhlovodíku v ropném průmyslu. Od padesátých let minulého století nastal mocný rozvoj hmotnostní spektrometrie a jejích aplikací v nejrůznějších oblastech vědy. Zároveň se rozvíjely metody analýzy hmotnosti ionizovaných částic.

312

VESMÍR 82, červen 2003 l http://www.vesmir.cz

Původní přístroje využívaly kombinaci elektrických a magnetických polí, později byla vyvinuta zařízení (kvadrupolové analyzátory) založená na průchodu iontů vysokofrekvenčním střídavým elektrickým polem, popřípadě na jejich zadržení v tomto poli a postupném vypuzování podle rostoucí hodnoty poměru hmotnosti a náboje (analyzátory na principu iontové pasti). Při konstrukci hmotnostních spektrometrů se rovněž využívá pohyb iontů v kombinaci zkříženého střídavého elektrického pole s magnetickým polem (iontová cyklotronová rezonance či její obměna s Fourierovou transformací) a metody pulzní analýzy urychlených iontů podle doby průletu určité dráhy (průletové spektrometry, reflektron). S vývojem metody se neobyčejně zvýšila citlivost a rozlišovací schopnost hmotnostní analýzy. Oproti původnímu rozlišení iontů s hodnotami poměru hmotnosti a náboje lišícími se o jednotku lze dnes odlišit ionty, u kterých se rozdíl těchto hodnot pohybuje v tisícinách i v ještě menších hodnotách. Počátkem šedesátých let 20. století se hmotnostní spektrometrie začala používat v organické chemii k analýze a objasnění struktury molekul. Ionizace molekuly sloužila nejen k určení molekulové hmotnosti, ale z rozpadů vzbuzené ionizované molekuly a z výskytu iontových druhů v hmotnostním spektru bylo možno zjistit, jakou strukturu měla původní molekula. V krátké době se metoda rozšířila z výzkumu organických látek na analýzu léčiv, metabolitů a biologicky významných látek s velkou hmotností. Původně používané metody ionizace par látek elektrony, fotony nebo jinými ionty však narážely na obtíže s převedením příliš velkých molekul do plynného skupenství, neboť když se látky zahřály na potřebnou vysokou teplotu, rozložily se. Ionizace elektrosprejem V roce 1988 publikoval John Fenn se spolupracovníky nový postup ionizace biomakromolekul, který v možnostech jejich studia znamenal převrat. Využil k tomu ionizaci elektrosprejem: Zředěný roztok analytu se v množství několika mikrolitrů za minutu zavádí velmi úzkou kapilárkou z vodivého materiálu do rozprašovací komůrky. Na kapiláru se vkládá vysoké napětí (v jednotkách kilovoltů), což způsobí, že se kapalina rozprašuje ve formě nabitého aerosolu. Rozpouštědlo se z povrchu aerosolových částic rychle odpařuje, hustota náboje stoupá, až dojde k výbuchu a vzniknou podstatně menší částice, z nichž se molekuly rozpouštědla vypařují ještě rychleji. Ve zředěné plynné fázi tak rychle vznikají ionty zbavené rozpouštědla. Přidávaný plyn pomáhá ionizovaným částicím zbavovat se rozpouštědla a také nadbytečné kinetické energie, a nakonec se systémem vakuo-

RNDr. Vladimír Hanuš, CSc., (*1923) vystudoval fyzikální chemii na Karlově univerzitě v Praze. V Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR se zabýval hmotnostní spektrometrií. Za tento badatelský výzkum mu byla r. 1997 udělena cena Učené společnosti ČR. Prof. RNDr. Zdeněk Herman, DrSc., (*1934) vystudoval fyzikální chemii na Matematicko-fyzikální fakultě UK v Praze. V Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR se zabývá kinetikou a dynamickou reakcí iontů s molekulami a dynamikou elementárních chemických procesů. Doc. RNDr. Karel Lemr, PhD., (*1963) vystudoval Přírodovědeckou fakultu UP v Olomouci. Na katedře analytické chemie se na této fakultě zabývá hmotnostní spektrometrií a jejím spojením s kapalinovou chromatografií a kapilární elektroforézou v analýze fyziologicky zajímavých látek.

vých clon a štěrbinových elektrod vytvoří svazek iontů pro hmotnostně spektrometrickou analýzu. Metoda nachází uplatnění v analýze velmi složitých látek, jako jsou peptidy, proteiny, nukleové kyseliny a cukry. Vícenásobný náboj iontů nadto dovoluje analyzovat i pomocí jednoduchých spektrometrů látky o velmi vysoké molekulové hmotnosti, neboť měřený poměr hmotnosti a náboje je při velké hmotnosti, ale zároveň i náboji v rozsahu těchto přístrojů. Má-li např. dvacetinásobně nabitý ion (z = 20) relativní hmotnost m = 40 000, pak poměr hmotnosti a náboje m/z = 2000 zůstává v rozsahu měření jednoduššími přístroji (při jednonásobném nabití by hodnota m/z = 40 000 byla mimo jejich rozsah). Vakuový instalatér Stojí zato si povšimnout, že John Fenn své zásadní práce o metodě ionizace elektrosprejem publikoval v jednasedmdesáti letech. Byl v té době už od počátku šedesátých let profesorem Yaleovy univerzity v New Haven, na níž kdysi získal doktorát. V současné době je tento stále aktivní více než osmdesátník emeritním profesorem analytické chemie na Státní univerzitě ve Virginii. Váženým fyzikem byl už dříve. Zásadní význam měly jeho práce o přípravě „molekulových paprsků“ – tenkých řídkých proudů molekul pohybujících se nadzvukovou rychlostí ve vakuu. Mezi vědci zabývajícími se přípravou a použitím atomových a molekulových paprsků byl pokládán za nestora celé této oblasti. Získal řadu ocenění v USA i ve světě. Už dávno jej svým čestným členem jmenoval Výbor mezinárodní konference o molekulových paprscích (vyznamenání, jehož se dostalo jen několika vědcům na světě). On sám však veškeré pocty přijímal s charakteristickou skromností. „Jsem jenom vakuový instalatér,“ říkával při takových příležitostech. Ionizace s přispěním matrice

KOIČI TANAKA /* 3. 10. 1959, Tojama, Japonsko/ Je nejmladším laureátem Nobelovy ceny za chemii od roku 1967. V roce 1983 absolvoval Tóhockou univerzitu v japonském Sendai a 1. dubna téhož roku nastoupil jako výzkumný a vývojový inženýr do analytického oddělení Ústřední výzkumné laboratoře firmy Šimacu, kde působí dodnes. Tato firma, která má pobočky po celém světě, vyrábí a prodává různé měřicí a lékařské přístroje.

JOHN FENN /*1917, NEW YORK CITY, USA/ Roku 1940 získal doktorát na Yaleově univerzitě v New Haven v Connecticutu, počátkem šedesátých let se na téže univerzitě stal profesorem a od r. 1987 je emeritním profesorem. Deset let také pracoval v kosmickém výzkumu. Krátkodobě působil v Itálii na Tridentské univerzitě a v Japonsku na Tokijské univerzitě. Od roku 1994 žije a pracuje na Virginské státní univerzitě v Richmondu. Dostal řadu vyznamenání v USA i v Evropě, mimo jiné je čestným členem výboru mezinárodní konference o molekulových paprscích.

objasněna, účinnost ionizace velmi záleží na druhu nosné látky v matrici. MALDI, SELDI a budoucnost Dnes již existuje řada velmi účinných laserových ionizačních metod, spočívajících na jemné desorpci. Vedle MALDI jsou to SELDI (surface-enhanced laser desorption ionization), což je laserová desorpce zvýšená povrchem, DIOS (direct ionization on silicon), tj. přímá ionizace na křemíku, a další. Koiči Tanaka zveřejnil práce, za které se mu dostalo ocenění, ani ne jako třicetiletý. Jeho pracovní kariéra je svázána s firmou Šimacu, kde se dosud věnuje dalšímu vývoji hmotnostní spektrometrie. K rozvoji hmotnostní spektrometrie a jejímu širšímu uplatnění přispěli oba vědci. Dnes tato technika nachází rozsáhlé využití například v diagnostice chorob, ve vývoji léčiv, ale i v kontrole potravin nebo třeba v analýze složek životního prostředí. Důležitou roli o hraje také při výzkumu vesmíru. http://www.vesmir.cz l VESMÍR 82, červen 2003

313


Hlavní přínos podstatně mladšího K. Tanaky spočívá v aplikaci metody jemné laserové desorpce (SLD, soft laser desorption) k ionizaci velkých molekul, jako jsou proteiny (1987–1988). Ze skupiny ionizačních metod, které využívají opatrné zplynění pevného vzorku laserovým pulzem, je nejpodstatnější metoda MALDI (matrix-assisted laser desorption ionization, viz např. Jan Havliš, Vesmír 78, 448, 1999), což je ionizace pomocí laserové desorpce s přispěním matrice. Vyvinuli ji a popsali F. Hillenkamp a M. Karas. Vzorek analyzované látky je zabudován do matrice nosné látky (Hillenkamp s Karasem používali organickou matrici na pevném povrchu, kdežto Tanaka používal kovový prášek v kapalné matrici). Krátký jemný laserový pulz ze směsi matrice a sledované látky přímo uvolňuje ionty, které je možno hmotnostně spektrometrickými metodami analyzovat. Podstata metod není zcela

Struktura biopolymerů Radiofrekvenční kouzla a mag(net)ické čáry máry


VLADIMÍR SKLENÁŘ

Po šanci otevřít žlutou obálku s razítkem Nobelova výboru a pozváním do Stockholmu zatoužil asi každý, kdo se vážně věnuje vědecké práci. Vyvolených, jimž se tento sen uskuteční, je ale jen málo. V roce 2002 k nim přibyl Kurt Wüthrich z Techniky v Curychu, který „za vývoj spektroskopických metod nukleární magnetické rezonance pro určení trojzměrné struktury biomakromolekul v roztoku“ obdržel loni polovinu Nobelovy cenu za chemii. (O druhou polovinu se dělí John B. Fenn a Koiči Tanaka, viz článek na s. 312.) Nukleární magnetická rezonance Nukleární magnetická rezonance (NMR) je spektroskopická metoda, která využívá skutečnost, že atomová jádra některých izotopů absorbují ve velmi silném magnetickém poli (až 21,2 tesla) radiofrekvenční záření o kmitočtech desítek až stovek megahertzů. Absorpce radiofrekvenční energie – jev vysoce specifický – závisí na řadě parametrů molekulárního systému. Díky tomu našla NMR spektroskopie uplatnění v mnoha oborech přírodních věd. Tato fyzikální metoda, určená původně ke studiu magnetických vlastností atomových jader, je dnes základní technikou molekulové spektroskopie pro studium struktury látek v kapalinách i v pevné fázi. Široké možnosti uplatnění nachází jak ve fyzice a chemii, tak v biologii či v materiálovém inženýrství a samozřejmě v medicíně (viz např. magnetickou rezonanční tomografii). Podstatou úspěchu nukleární magnetické rezonance jako analytické metody je skutečnost, že pozorované spektrum nezávisí jen na fyzikálních konstantách atomového jádra, ale odráží rovněž vlastnosti chemického okolí atomů v molekulách. Pro získání informací o struktuře využívá tato metoda komplikované sekvence radiofrekvenčních pulzů, řízených změn homogenity magnetického pole a složitých matematických operací pro zpracování signálů, které na nezasvěcené působí přinejmenším ezotericky, pokud je rovnou nepovažují za kouzla z dílny Davida Copperfielda. Velké objevy mnoho slov nepotřebují Historie nukleární magnetické rezonance začala na konci 2. světové války. Po řadě neúspěšných pokusů se na podzim roku 1945 podařilo detegovat jev nukleární magnetické rezonance nezávisle na sobě dvěma americkým badatelům – Felixi Blochovi a Edwardu Purcellovi. O sedm let později už oba zažívali onen vzru-

314


KURT WÜTHRICH /*4. 10. 1938, AARBERG, ŠVÝCARSKO/ Vystudoval chemii, fyziku a matematiku na Univerzitě v Bernu. V roce 1964 ukončil doktorát v Basileji u prof. S. Fallaba. Kromě Ph.D. v chemii získal i učitelský diplom pro sportovní a tělesnou výchovu. Postdoktorandské stáže absolvoval v Basileji, v Berkley (prof. R. E. Connick) a v Bellových laboratořích (dr. R. G. Shulman). Od roku 1970 působí na Technice (ETH) v Curychu, kde se v roce 1980 stal profesorem biofyziky. Od roku 2001 je rovněž hostujícím profesorem strukturní biologie ve Scrippsově výzkumném ústavu v La Jolla v Kalifornii. Je řádným nebo čestným členem mnoha prestižních institucí, jako jsou např. Národní akademie věd USA, Americká akademie umění a věd, Švýcarská akademie technických věd a další.

šující pocit doprovázející otevírání zmíněné obálky. Z cesty do Stockholmu se vrátili s Nobelovou cenou za fyziku pro rok 1952. Stojí za zmínku, že sdělení z ledna 1946 v The Physical Review, kde svůj objev publikovali nezávisle na sobě, mělo v Purcellově případě rozsah asi jednu strany formátu A4, v Blochově případě jen třetinu strany téhož rozsahu. Jak ukazuje tento ne zcela výjimečný případ, velké objevy pro svůj popis mnoho slov nepotřebují. Klíčový rozvoj NMR spektroskopie nastal koncem šedesátých a počátkem sedmdesátých let minulého století v souvislosti s vývojem počítačových technologií a supravodivých materiálů. Výkonné počítače umožnily rozvoj NMR spektroskopie s Fourierovou transformací1 a supravodivé magnety byly schopny vytvořit podstatně silnější magnetické pole než klasické, málo efektivní elektromagnety. Zvýšila se tak citlivost měření spekter nukleární magnetické rezonance, zvýšilo se i dosažitelné rozlišení. Díky metodám využívajícím dvě a více frekvenčních dimenzí2 se podařilo odstranit překryv signálů v komplikovaných jednorozměrných spektrech. 1) Fourierova spektroskopie dovoluje na rozdíl od klasického přístupu s postupným vzorkováním jednotlivých kmitočtů měřit všechny rezonanční frekvence ve spektru současně, a tím výrazně snižuje dobu měření jednoho spektra. 2) Výhody použití dvou dimenzí při prezentaci spekter nukleární magnetické rezonance můžeme ilustrovat následovně: Představme si, že místo abychom 20 kuželek o průměru 5 cm vyrovnali do řady o délce 1 m, rozmístíme je rovnoměrně na ploše 1 × 1 m. Zatímco v prvním případě máme pro jednu kuželku k dispozici čtvercovou plochu pouhých 25 cm2, v druhém případě se její velikost zvětší na 500 cm2, tedy dvacetinásobně.

Prof. RNDr. Vladimír Sklenář, DrSc., (*1951) vystudoval Přírodovědeckou fakultu Masarykovy univerzity v Brně. V Národním centru pro výzkum biomolekul a na katedře teoretické a fyzikální chemie na Přírodovědecké fakultě MU v Brně se věnuje vývoji metod NMR spektroskopie a jejich aplikacím pro studium biomakromolekul. (e-mail: [email protected])

JAK SE ZÍSKÁVAJÍ INFORMACE O STRUKTUŘE BÍLKOVIN l KOMBINACE MĚŘENÍ VE DVOU TYPECH SPEKTER. První typ dvourozměrných spekter nukleární magnetické rezonance (COSY) poskytuje informace o vodíkových atomech, které jsou v primární struktuře proteinu velmi blízko u sebe a jsou odděleny zpravidla jen dvěma nebo třemi meziatomovými vazbami. Druhý typ spekter (NOESY), který je založen na existenci nukleárního Overhauserova efektu (tj. na zesílení signálu), naproti tomu umožňuje identifikovat interakce mezi vodíkovými jádry do vzdálenosti 0,5 nm bez ohledu na počet chemických vazeb, jež je dělí. Tyto interakce poskytují rovněž základní informace o sekundárních strukturách biopolymerů, jako jsou alfašroubovice nebo skládaný list u bílkovin, popř. typ helikálního uspořádání či druh vodíkových vazeb u nukleových kyselin. Data nukleárního Overhauserova efektu dovolují kvantitativně vyhodnotit informace o vzdálenosti jednotlivých vodíkových atomů. l HODNOTY SPIN-SPINOVÝCH INTERAKČNÍCH KONSTANT. Dalším důležitým parametrem pro určování struktury z dat nukleární magnetické rezonance jsou hodnoty spin-spinových interakčních konstant, které popisují vzájemné působení mezi jednotlivými atomy. Tyto interakce způsobují jemné štěpení signálů nukleární magnetické rezonance ve spektrech vysokého rozlišení. Z hodnot, které charakterizují skalární interakce mezi atomy separované třemi vazbami, je možné získat údaje o velikosti torzních úhlů (tj. úhlů popisujících rotaci kolem chemické vazby).

Tyto nové metody vícerozměrné spektroskopie s Fourierovou transformací se začaly výrazně prosazovat v druhé polovině sedmdesátých let. Za příspěvek k jejich rozvoji obdržel r. 1991 Nobelovu cenu za chemii Richard R. Ernst z Techniky v Curychu. Studium biologicky zajímavých makromolekul Skutečnost, že Nobelova cena za chemii v roce 2002 putovala opět do Curychu, není proto ani příliš překvapující. Koncem sedmdesátých let se Richard Ernst a Kurt Wűthrich společně zasloužili o rozvoj metod dvourozměrné NMR spektroskopie a jejich první aplikace pro studium struktury proteinů. Dnes je nukleární magnetická rezonance nepostradatelným nástrojem studia stavby biologicky zajímavých makromolekul. Vedle rentgenové difrakce je druhou základní experimentální metodou strukturní biologie. Na rozdíl od krystalografie přináší NMR spektroskopie informace o struktuře proteinů, nukleových kyselin a jejich komplexů v jejich přirozeném prostředí, tedy v roztoku. Umožňuje tak studovat systémy, které buď nejsou schopny tvořit uspořádané krystaly, nebo je vytvářejí velmi neochotně. Navíc se prostorová struktura některých biomakromolekul při krystalizaci

v důsledku změněných hydratačních podmínek mění. Například vlásenky nukleových kyselin, které v roztoku vykazují jednořetězcovou strukturu, dávají v krystalu přednost dvouřetězcovému uspořádání. Kromě strukturních dat poskytuje nukleární magnetická rezonance unikátní informace o vnitřní dynamice biopolymerů a umožňuje studovat pohyblivost jednotlivých strukturních domén, interakce s ligandy a další procesy na atomární i molekulární úrovni. Základní principy využití metod nukleární magnetické rezonance pro studium struktury bílkovin formuloval Kurt Wüthrich se spolupracovníky již v letech 1981–1983, kdy popsali způsob, jak se dají signály pozorované v protonovém3 spektru nukleární magnetické rezonance přiřadit individuálním vodíkovým atomům v jednotlivých aminokyselinách podél peptidického řetězce. Metoda, kterou navrhli, kombinuje výsledky měření dvourozměrných spekter. Ze znalosti přiřazení jednotlivých signálů, z měření vzdáleností mezi atomy novými spektroskopickými metodami (viz rámeček) a z vyhodnocení torzních úhlů je možné rekonstruovat trojrozměrný obraz studovaného proteinu. V současnosti se pro výpočet prostorové struktury biomakromolekul z dat nukleární magnetické rezonance využívají především metody molekulové dynamiky. Dosažitelné rozlišení je srovnatelné s rozlišením získaným pomocí rentgenové difrakce a pohybuje se v rozmezí 0,03– 0,15 nm. Kurt Wüthrich a jeho spolupracovníci publikovali nejen první NMR strukturu proteinu s vysokým rozlišením, ale v polovině osmdesátých let si připsali i řadu dalších prvenství. Struktura hovězích a liských prionů Počátkem devadesátých let se možnosti NMR spektroskopie výrazně rozšířily díky metodám izotopického značení.4 Přiřazení signálů a strukturní studie systémů s molekulovou hmotností řádu 10 4–10 5 umožnily nové techniky NMR spektroskopie, které Kurt Wüthrich zavedl v druhé polovině devadesátých

1. Strukturovaná část lidského prionového proteinu, jejíž složení určil K. Wüthrich se spolupracovníky v roce 1999

3) Proton je v NMR spektroskopii běžně používaným synonymem pro vodík, poněvadž měření se týká atomového jádra, které v případě vodíku obsahuje jediný proton. 4) Vhodné vlastnosti pro využití nukleární magnetické rezonance k měření proteinů a nukleových kyselin mají vedle vodíku 1H pouze izotopy uhlíku 13C a dusíku 15N, které mají přirozené zastoupení 1,1 % a 0,3 %. Jestliže chceme jejich výhodné spektrální parametry využít, je třeba zvýšit zastoupení těchto izotopů na 98–99 %. Toho lze dosáhnout expresí rekombinantních proteinů v hostitelských bakteriích s použitím růstových médií, která obsahují např. glukózu značenou 13C a chlorid amonný obohacený izotopem 15N. U takto modifikovaných biopolymerů lze rozlišení protonových NMR-spekter zlepšit metodami vícerozměrné spektroskopie, které kombinují spektrální data 1H s informacemi o izotopech 13 C a 15N (rozsah rezonančních frekvencí jader 13C a 15N je ve srovnání s vodíkem 1H výrazně větší). O rozvoj těchto metod se zasloužil A. Bax z Národního ústavu zdraví v Bethesdě. S možnostmi, které poskytly nové technologie, se podařilo zvětšit rozsah studovatelných molekulových hmotností proteinů z původních 10 000 na 30 000–50 000 (250–450 aminokyselinových zbytků).

http://www.vesmir.cz l VESMÍR 82, červen 2003

315

let. Příkladem praktického využití těchto metod jsou výsledky, které Kurt Wüthrich získal při studiu komplexu molekulárního chaperonu (mol. hmotnost 900 000), proteinu, jímž je v buňce doprovázeno sbalování polypeptidového řetězce a sestavování monomerů do oligomerů. Vedle vývoje nových technik a metodických postupů se K. Wüthrich věnoval i aplikacím spektroskopie, které by mohly poskytnout odpověď na zásadní otázky moderní molekulární biologie. Od roku 1994 studuje priony (obr. 1), proteiny odpovědné za vznik spongiformní encefalopatie, všeobecně známé jako nemoc šílených krav (viz Vesmír 75, 503, 1996/9). Strukturní analýzou s využitím NMR spektroskopie ukázal, že nezhoubná buněčná forma této bílkoviny je tvořena z poloviny uspořádanou strukturou několika alfa-šroubovic, zatímco druhá část tvoří velmi pružné a neuspořádané klubko. Výsledky jeho studií potvrdily, že struktura hovězího i lidského prionového proteinu jsou si velmi podobné. Takových příkladů je možné ve Wüthrichově bibliografii najít řadu. Dvacet procent struktur objasnila NMR spektroskopie Životopis K. Wüthricha uvádí, že do listopadu 2002 byl autorem nebo spoluautorem 621 publikací. Pro srovnání s nedávno uveřejněnou analýzou citační úspěšnosti českých vědců (viz Vesmír 81, 508–513, 2002) je možné konstatovat, že 471 prací publikovaných od r. 1978 bylo do listopadu 2002 citováno ZBYNĚK ROČEK: Historie obratlovců (Evoluce, fylogeneze, systém)

NAD KNIHOU

Academia, Praha 2002, 512 strán, 16 farebných príloh, ISBN 80-200-0858-6

V úvode prehľadnej a modernej publikácie autor stručne oboznamuje so všeobecnými súvislosťami evolúcie, fylogenézy a systému i s problematikou poznávania histórie stavovcov (česky obratlovců). Potom sa začína pred očami čitateľa odvíjať príbeh evolúcie stavovcov, resp. chordátov, v troch navzájom súvisiacich líniách. Prvú líniu predstavujú kapitoly o evolúcii globálneho ekosystému – od opisu sveta pred objavením sa stavovcov na Zemi až po pleistocénne zaľadnenia. Oboznamujú nás s prostredím, v ktorom evolúcia stavovcov prebiehala, pričom sa autor opiera o aktuálne poznatky z oblasti paleoekológie. Čitateľa zaujme aj farebná geochronologická tabuľka s vyznačením niektorých dôležitých udalostí v evolúcii globálneho ekosystému, ktorú nájde na predsádke. Druhú líniu textu tvoria kapitoly o evolúcii stavovcov. Rozsiahlu časť zaberá opis základných znakov stavby ich organizmu. Postupne sú z hľadiska embryonálneho pôvodu opísané jednotlivé štruktúry a orgánové sústavy. Ďalej čitateľ sleduje vznik stavovcov v rámci chordátov, vznik kosti, hlavy a neurálnej lišty, čeľustí a párových končatín. Autor ho oboznamuje s udalosťami, ktoré viedli k výstupu vodných stavovcov na súš až po vznik obojživelníkov. Predovšetkým zmeny podnebia podmienili vytvorenie zárodočných obalov a tak vznikli Amniota. Autor sleduje históriu rozmanitých vývojových línií Amniot, ktoré viedli ku korytnačkám, jaštericiam, hadom, krokodílom, vtákojašterom, dinosaurom a mnohým iným. Poodhaľuje význam a evolúciu termoregulácie až po dokonalú endotermiu. Napokon sa čitateľ dozvedá, ako sa mohol vyvinúť aktívny let moderných vtákov alebo cicavčie znaky. Tretiu líniu predstavuje systém. Autor začína vymenovaním najdôležitejších taxónov, pokračuje podrobnejšou charakteristikou najvýznamnejších z nich spolu s uvedením typických zástupcov a oboznamuje s ich nálezmi vo svete a na území Českej republiky.

316


celkem 38 218krát, přičemž nejcitovanější metodická práce z roku 1983 nasbírala 2890 citací. Z mnoha osobních setkání mohu dosvědčit, že Kurt Wüthrich není jen vynikající vědec. Po řadu let se věnoval sportu. Působil jako lyžařský instruktor, byl fotbalovým brankářem, hrál dobře a vášnivě tenis. Ve společnosti dokáže být zábavným a příjemným společníkem s širokým kulturním a politickým rozhledem, o čemž se mohli přesvědčit i čeští vědci při jeho návštěvě Prahy loni v červnu, kdy se zúčastnil 16. Evropské experimentální NMR konference. Udělení Nobelovy ceny za chemii Kurtu Wüthrichovi není jen oceněním osobním. Je rovněž zadostiučiněním pro celou vědeckou komunitu, která se podílela na rozvoji nukleární magnetické rezonance a na jejím uplatnění ve strukturní biologii během posledních dvaceti let. Databáze uložených struktur (Protein Data Bank) obsahuje více než 19 000 souborů (údaj z listopadu 2002) s prostorovými souřadnicemi atomů jednotlivých proteinů, nukleových kyselin, jejich komplexů a dalších biopolymerů. Více než 20 % těchto údajů bylo získáno pomocí NMR spektroskopie. Exponenciální nárůst počtu vyřešených struktur dokumentuje, jak důležité je pochopit vztah mezi strukturou biopolymerů a jejich funkcí pro naše porozumění základním procesům, které probíhají v živé hmotě. Nukleární magnetická rezonance je dnes jedním ze dvou základních nástrojů studia struktury a dynamiky proteinů a nukleových kyselin – a na této skutečnosti má Kurt Wüthrich rozhodující podíl. o Text má vysokú odbornú úroveň, čo možno pokladať pri takom erudovanom autorovi, akým Zbyněk Roček je, za samozrejmé. V použitom systéme sa mu v maximálnej miere podarilo zohľadniť najaktuálnejšie poznatky o fylogenéze stavovcov, a pritom zachovať jeho prehľadnosť a použiteľnosť. Ako sám uvádza, predložený systém musí byť kompromisom, vzhľadom na zložitosť vzťahov medzi recentnými a fosílnymi skupinami stavovcov a nemôže zohľadniť všetky dosiahnuté evolučné úrovne a stupne pri požiadavke na zachovanie akej-takej prehľadnosti. Vynikajúci text dopĺňa množstvo obrázkov (až 780!) zväčša veľmi dobrej kvality, na niektorých však pozorné oko zaznamená „stopy“ skenovania (vyskytujú sa ojedinele). Farebná príloha obsahuje ďalších 46 veľmi kvalitných fotografií. Vysoko hodnotím, že mnohé zobrazujú štruktúry, o ktorých sa síce bežne dočítame aj v iných učebniciach, ale zvyčajne nebývajú dokumentované ani čierno-bielymi kresbami alebo schémami, a už vonkoncom nie fotografiami. Pri zostavovaní monografie autor spracoval množstvo podkladov, zoznam použitej literatúry obsahuje 1107 citácií, na ktoré v texte odkazuje. Orientáciu v knihe uľahčuje bohatý register taxonomických názvov a vecný register. Celkové spracovanie knihy je výborné, za čo patrí pochvala a vďaka aj vedeckým redaktorkám. Publikáciu možno považovať po všetkých stránkach za výnimočné dielo v danej oblasti. Autorovi sa podarilo výborne vykresliť históriu tejto významnej skupiny živočíchov na pozadí zmien ekosystémov našej planéty, od ich objavenia sa na scéne života až po súčasnosť. Knihu vrelo odporúčam všetkým profesionálnym záujemcom o evolúciu stavovcov, vertebratológom, zoopaleontológom, paleoekológom, ale aj pedagogickým pracovníkom a širšej laickej verejnosti. Predpokladám, že sa nadlho stane základným kompendiom, vyčerpávajúco zhŕňajúcim poznatky evolúcie, fylogenézy a systému stavovcov. Kniha získala hlavnú cenu Nadácie Českého literárného fondu za rok 2002. Vladimír Kubovčík, Technická univerzita vo Zvolene

Hmotnostní spektrometrie a velké molekuly

Recommend Documents