Biochemici - Asie

OPVK CZ.1.07/2.2.00/28.0184
Historie biochemie
KBC/HIBC
prof. Mgr. Marek Šebela, Ph.D.
LS 2014/2015
Biochemici z asijských zemí
Zheng Ji (Libin T. Cheng)
(6.5. 1900 - 29.7. 2010)
Čínský odborník na výživu a průkopník oboru
biochemie. Byl považován za zakladatele moderní
vědy o výživě. Stal se nejstarším profesorem na
světě, dožil se 110 let.
Pocházel z farmářské rodiny v Nanxi, Sečuánské
čínské provincie. V roce 1924 úspěšně zvládl
přijímací zkoušky na oddělení biologie na
Southeast National University (Nanjing Advanced
Normal School v originále), kde v roce 1928
absolvoval bakalářské studium (tehdy již National
Central University, později Nanjing University.).
V roce 1930 odešel studovat biochemii do USA na Ohio State University,
kde absolvoval magisterské studium (1931). Poté navštěvoval Yale a Indiana
University, kde obdržel titul Ph.D. (1936). V roce 1945 založil na Central
Medical School výzkumný institut biochemie. Jednalo se o první formální
organizaci k výuce biochemie a školení postgraduálních studentů v Číně. Ve
svých 70ti letech se začal věnovat studiu biochemie stáří a s ním spojených
metabolických nerovnováh, čímž položil základ pro geriatrickou biochemii v
Číně. Podílel se na vytvoření společnosti čínské výživy (Chinese Nutrition
Society) a později i Biochemické společnosti (Biochemistry Society).
Po návratu do Číny působil úspěšně na různých vedoucích a výzkumných
pozicích:
• Vědecký pracovník na Scientific Research Institute of China
• Profesor na Central Medical School
• Profesor biochemie a zároveň vedoucí oddělení na Eastern Military
Medical School
• Profesor na Military Medical College Number 4
• Profesor biologie a zároveň vedoucí oddělení výuky a výzkumu biochemie na
Nanjing Medical School
• Předseda Central University Professor Association
• První rada Čínské společnosti pro výživu (Chinese Nutrition Society)
Celý svůj život s láskou zasvětil čínskému lidu a vědě. Dokonce, rozprodal
rodinný majetek, aby mohl finančně přispět univerzitě a společnosti a
podpořit chudé studenty ve studiu. K sobě byl skromný, ale k lidu velkorysý.
Vyučoval studenty, absolventy vysokých škol, mladé asistenty, stážisty. A
mnoho z nich se stalo uznávanými experty v Číně i po celém světě.
Významně také přispěl množstvím svých psaných děl - učebnice, monografie,
výzkumné práce, biografie, historie biochemie, populární věda, např.:
• The Lipids of Bone Marrow, Ohio State University, 1931
• Biocolloids of Soy Beans, Indiana University, 1934
• A Laboratory Manual of Biochemistry, Nat'l Central Univ. Med. Coll.
Department of Biochemistry, 1939
• Biochemical education in China: Past and present, Biochemical
Education, 14(3), 1986.
V květnu, v roce 2010 zemřel ve svých 110ti letech a doposud je považován
za nejstaršího profesora na světě. Větší část svého života strávil výukou na
lékařské škole a oddělení biologie Nanjing University.
"Maintaining a positive and optimistic attitude
and living in an active manner are the main
factors contributing to a long life."
Reiji Okazaki
(8.10. 1930 – 1.8. 1975)
Průkopník molekulární biologie v Japonsku. Známý
pro svůj výzkum replikace DNA, zvláště za
popsání role Okazakiho fragmentů, které objevil
se svou ženou Tsuneko.
Narodil se v Hirošimě, v roce 1953 absolvoval
genetiku na Nagoya University s titulem Ph.D.
Od roku 1963 zde působil jako profesor. Později,
na téže univerzitě, vytvořili se svou ženou
výzkumný tým studující mechanismy replikace
DNA objevené Arthurem Kornbergem.
V době pádu první atomové bomby na Hirošimu, ve věku teenagera, byl těžce
ozářen. Svou kariéru ukončil velice brzy, zemřel na leukemii ve 44 letech,
která mohla souviset s radioaktivním ozářením
Objev Okazakiho fragmentů (1968)
Na počátku všeho stál Watson-Crickův model DNA jako dvojšroubovice, kde
jednotlivá vlákna jsou k sobě antiparalelní. Na základě dalších studií bylo
také potvrzeno, že replikace DNA probíhá rozvolněním těchto dvou vláken, do
tzv. replikační vidličky, z nichž každé zvlášť slouží jako templát pro tvorbu
dceřinného vlákna. Doposud však byly objeveny DNA polymerázy startující
syntézu komplementárního vlákna na 3‘ konci. Nikdo nebyl doposud schopen
vysvětlit, jak je tedy druhé vlákno, mající volný 5‘ konec, syntetizováno.
Okazakiho experiment
V roce 1968 provedl Reiji
Okazaki s kolegy experiment:
DNA E.coli byla během replikace
vystavena
krátkým
pulsům
(kolem
5
s)
tritiových
(radioaktivních)
nukleotidů.
Následoval přídavek nadbytku
neradioaktivních
nukleotidů.
Tento postup měl za následek
vznik značených DNA vláken,
které byly během těchto pulsů
nově vytvořeny.
Okazakiho experiment
Ihned poté byla DNA izolována a
vlákna od sebe oddělena v
alkalickém prostředí. Následně,
pomocí vertikální centrifugy v
sacharosovém gradientu, byly
různě vzniklé segmenty DNA
separovány podle velikosti. Vědci
poté
sledovali
přítomnost
radioaktivní
značky
na
rozdělených
fragmentech
a
pozorovali ji na dvou velikostech:
velmi dlouhém vlákně a na
fragmentech o velikosti 1000 –
2000
nukleotidů.
Vznik
fragmentů degradací DNA byl
vyloučen. Prodloužením doby
inkubace po přídavku nukleotidů
se počet fragmentů snížil a
délka vlákna prodloužila.
Okazakiho fragmenty
Popsaný experiment tudíž odhalil tzv. Okazakiho fragmenty, které vznikají
činností normální 5‘-3‘ DNA polymerasy syntetizující DNA od 3‘ konce.
Izolace vzniklých fragmentů a jejich štěpení 3-exonukleasou potvrdilo
syntézu fragmentů činností 5‘-3‘ DNA polymerasy, značené nukleotidy byly
totiž přidávány na 3‘ konec.
Experiment také ukázal na přítomnost DNA ligasy, která vzniklé Okazakiho
fragmenty spojuje v jedno vlákno – v přítomnosti mutantní DNA ligasy,
postrádající tuto vlastnost, totiž delší vlákna nevznikala.
•Okazaki, R.; Okazaki, T.; Sakabe, K.; Sugimoto, K.; Sugino, A. (1968). "Mechanism of DNA chain growth. I.
Possible discontinuity and unusual secondary structure of newly synthesized chains". Proceedings of the
National Academy of Sciences of the United States of America 59 (2): 598–605. doi:10.1073/pnas.59.2.598.
•Sugimoto, K.; Okazaki, T.; Okazaki, R. (1968). "Mechanism of DNA chain growth, II. Accumulation of newly
synthesized short chains in E. Coli infected with ligase-defective T4 phages". Proceedings of the National
Academy of Sciences of the United States of America 60 (4): 1356–1362. doi:10.1073/pnas.60.4.1356.
• Sugimoto, K.; Okazaki, T.; Imae, Y.; Okazaki, R. (1969). "Mechanism of DNA chain growth. 3. Equal annealing
of T4 nascent short DNA chains with the separated complementary strands of the phage DNA". Proceedings
of the National Academy of Sciences of the United States of America 63 (4): 1343–1350.
doi:10.1073/pnas.63.4.1343.
•Okazaki, T.; Okazaki, R. (1969). "Mechanism of DNA chain growth. IV. Direction of synthesis of T4 short DNA
chains as revealed by exonucleolytic degradation". Proceedings of the National Academy of Sciences of the
United States of America 64 (4): 1242–1248. doi:10.1073/pnas.64.4.1242.
Ananda Prasad
(1928)
Indický biochemik, specializoval se na úlohu zinku
v lidském metabolismu.
Narodil se v Buxar, Bihar, v Indii. Bakalářský titul
získal na Patna Science College (1946), a později
také na Patna Medical College v Biharu (1951).
Nějakou dobu zde působil jako domácí lékař, poté
rok sídlil na patologii v nemocnici Sv. Pavla, v
Dallasu, Texasu (St. Paul‘s Hospital). Poté odešel
studovat doktorát na Univerzitu v Minnesotě
(1953-1957), kde se také stal výzkumným členem.
Před odstěhováním do USA působil jako hostující profesor a předseda na
oddělení medicíny University of Shiraz v Iránu (1958 – 1960), jako
odborný asistent medicíny ve výživě (Vanderbilt University, Nashville,
Tennessee) a jako ředitel Nutričního programu (Nutrition program)
Navalské lékařské výzkumné jednotky, č.3, v Cairu, Spojených arabských
republikách (US Naval medical research unit No. 3, Cair, UAR).
V roce 1963 nastoupil na oddělení medicíny na Wayne State University
Detroit v Michiganu. Působil zde jako ředitel oddělení hematologie,
výzkumný pracovník, docent. Později, jako ředitel výzkumu na Oddělení
vnitřní medicíny (Department of Internal medicine).
Hlavní oblastí studia byla role stopových prvků v lidském těle. Díky jeho
výzkumu nyní známe důležitost stopových prvků kovů – zvláště zinku – v
lidském metabolismu. Je považován za předního vědce úlohy metabolismu
zinku. Učinil důležité kroky v jeho výzkumu, přispěl významně do oboru
hematologie a problematiky srpkovité anémie. Získal několik významných
hodnocení. V roce 2007 byl jmenován na převzetí ceny American College
of Physicians za vynikající práci v oblasti vědy se zaměřením na
medicínu.
Vzal si kolegyni, Aryabalu Ray, která mu pomáhala ve výzkumu. Navzdory
odchodu do důchodu, stále přednáší a drží titul Uznávaného profesora
medicíny (Distinguished professor of Medicine) na Wayne State.
Studium zinku
Práce se zinkem začala na stáži v Iránu, kde
doprovázel svého profesora, aby mu pomohl
zavést lékařské osnovy na University of
Shiraz Medical School (na přání tehdejšího
Šáha).
Během pobytu se zde setkal s častým
případem extrémní anémie, zpomaleného
růstu, snížené imunity. Začal se touto
problematikou více zabývat. Měl podezření,
že v důsledku stravy, chudé na červené maso,
ryby, mléčné výrobky, mají tito lidé
nedostatek železa, jenž způsobuje anemii.
Domníval se také, že nedostatek jiného
stopového prvku kovu je příčinou zpomalení
růstu a dalších častých příznaků. Přišel na
hypotézu, že stejně tak jako u rostlin, i u lidí
by mohl být zinek esenciálním prvkem
důležitým pro jejich růst. K tomu navíc
zjistil, že jídelníček chorého lidu sestával
zejména z chleba a obilí obsahující fytáty,
látky, které vážou kovy jako železo a zinek a
zabraňují tak jejich vstřebání organismem.
V roce 1961 publikoval v časopise American Journal of Medicine článek,
kde poprvé naznačuje, že nedostatek zinku by mohl způsobovat zpomalení
růstu u lidí. V následujícím článku založeném na studiích podobné populace v
Egyptě prokázal, že studovaní lidé trpěli nedostatkem zinku. Článek byl
vydán v časopise The Journal of Laboratory and Clinical Medicine v roce
1963, o 27 let později byl znovu v tomto časopise vydán jako přelomová
studie.
Po zveřejnění jmenovaných publikací, začal prostřednictvím klinické studie
podávat zinek pacientům, a ti začali růst a normálně se vyvíjet v dospělé
jedince. Studium role zinku ve vývoji člověka pokračovala.
V roce 1975 navrhl Radě pro státní výzkum uzákonit doporučenou denní
dávku zinku na 15 mg na den.
V přehledných článcích:
- Zinc: role in immunity, oxidative stress and chronic inflammation
Ananda S. Prasad, Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care
2009, 12:646–652
- Zinc in Human Health: Effect of Zinc on Immune Cells
Ananda S Prasad, Molecular Medicine 2008 May-Jun; 14(5-6): 353–357.
popsal a shrnul důležité funkce zinku jako signální molekuly pro buňky
imunitního systému, a látky s protizántětlivými a antioxiadčnmií účinky.
Schéma vlivu účinku zinku na imunitní systém
Prasad AS. Zinc: mechanisms of host defense. J
Nutr 2007; 137:1345–1349.
Zinek jako antioxidant a protizánětlivá látka
Prasad AS. Clinical, immunological, antiinflammatory and antioxidant roles of zinc. Exp
Gerontology 2008; 43:370–377.
Gopalasamudram Narayana Ramachandran
(8.10. 1922 – 7.4. 2001)
Indický fyzik. Je znám pro tzv. Ramachandranův
plot (neboli diagram), který pomáhá lepšímu
porozumění peptidové struktury. Byl první, kdo
navrhl trojšoubovicový model kolagenu.
Narodil se v Ernakulam, ve státě Kerala,
jihozápadním cípu Indie jako nejstarší syn G.R.
Narayana Iyer a Lakshmi Ammal. V roce 1945 se
oženil a měl 3 děti. Základní a střední školu
absolvoval v Ernakulam, už tehdy byl vynikající
student, zvláště velmi dobrý v matematice.
Bakalářské studium fyziky na St. Joseph‘s College v Tiruchirappalli
absolvoval v roce 1939. Nastoupil na oddělení elektrotechniky (Electrical
Engineering) na Indian Institute of Science v Bangalore (1942). Velice rychle
si však uvědomil, svůj zájem o fyziku a přešel na oddělení fyziky, kde
pokračoval své magisterské a posléze i doktorské studium pod vedením
laureáta Nobelovy ceny – Sira C. V. Ramana.
V roce 1942, na Madras University (institut v Bangalore neuděloval
tituly), obdržel M.Sc titul za fyziku za svou práci z Institutu v Bangalore
„Optics of heterogeneous media“. Následně obdržel i titul D.Sc (1947).
Zde především studoval krystalovou fyziku a krystalovou optiku, vytvořil
zrcadlo zaostřující RTG paprsky a RTG mikroskop.
Poté strávil 2 roky na Cavendish Laboratory v Cambridge, do laboratoří
Sira Lawrence Bragga. V té době zde také působil Max Perutz, J.C.
Kendrew a další, kteří tehdy významně ovlivnili dnešní podobu strukturní
biologie. Ironií je, že se s nimi Ramachandran nijak zvlášť profesně
nestýkal, i když se pak ukázal jako průkopník na poli strukturní biologie.
Primárně se zde, pod vedením
profesora Williama Alfreda
Woostera, (předního odborníka
krystalografie
na
světě),
zabýval
studiem
difúzního
rozptylu RTG a jeho aplikaci na
určení elastických konstant,
za což pak získal titul Ph.D.
Stará Cavendishova laboratoř fyziky v Cambridge
Po absolvování studia v Cambridge se vrátil na Indian Institute of Science
do Bangalore (1949) jako odborný asistent a spolu s Gopinathem Kartha a
dalšími zde založili Laboratoř RTG-krystalografie.
V roce 1952 byl na doporučení Sira C. V. Ramana pozván vícekancléřem,
Dr. A. Lakshmanaswamy Mudaliarem, na Madras University, aby zde
založil Oddělení fyziky, kde následně působil jako profesor a hlava celého
oddělení již ve svých 29 letech. Začalo mimořádně produktivní období v
jeho kariéře a výzkumu krystalografie a biofyziky trvající 20 let.
Po odchodu Mudaliara do důchodu se Ramachandran vrátil do Bangalore
(1971), kde založil jednotku Molekulární Biofyziky, která vyrostla v
mezinárodně uznávané centrum pro přední výzkum strukturní biologie.
Většinu svého života strávil ve dvou městech, Bangalore a Madras (dnešní
Chennai), kde vytvořil světově uznávaní vědecká centra.
V pozdních 70. létech velice zvolnil v profesním životě, trpěl Parkinsonovou
chorobou a později měl mrtvici. S manželkou se přestěhovali za nejmladším
synem Harim (1997). Po smrti manželky (1998) to však s Ramachandranem
šlo z kopce, byl převezen do nemocnice v Chennai, kde byl v neustálé péči
sester až do jeho smrti v roce 2001.
Kolagen a jeho struktura
Po příchodu do Madras (1952) si nebyl jistý, kam
se bude jeho výzkum ubírat, jeho zájem však
směroval ke struktuře biomakromolekul, a na
návrh J.D. Bernala, začal hlouběji studovat dosud
nevyřešenou strukturu kolagenu. V roce 1954,
spolu s Gopinathem Kartha, s pomocí RTGdifrakce, navrhli a publikovali v Nature model
trojité helikální struktury kolagenu.
Odhalil, že 1/3 struktury tvoří glycin, dále obsahuje velkou část prolinu a
hydroxyprolinu. První navržený model nebyl však zcela kompatibilní s
výsledky získanými později detailnější studií difrakčních obrazců vlákna.
Zjistili, že na 1 otočku každého helixu připadá 3.3 AK zbytku a jsou
na rozdíl od prvního modelu pravotočivé okolo společné osy. V roce 1955
byla tato modifikovaná struktura znovu publikovaná v Nature. Dále
pokračoval se svým studentem Manju Bansalem, v Bangalore, ve studiu
vodíkových můstků mezi jednotlivými řetězci kolagenu (na rozdíl od
jiných vědců se domnívali, že se ve struktuře nachází vždy 2 H-můstky na
tripeptid). Později se zajímali o roli hydroxyprolinu ve struktuře
kolagenu a přišli na fakt, že jeho hlavní role spočívá ve tvorbě můstků
vody mezi dvěma řetězci. A tím se prokázalo, že se v kolagenu nachází
vždy 1 H-můstek a 1 H2O-můstek na jeden tripeptid.
Ramachandrnův plot (diagram)
Práce na kolagenu pomohla odhalit další nesrovnalosti
spojené se strukturou a konformací proteinů a peptidů. Na
základě předešlých sporů o H-můstcích se se svým
studentem V. Sasisekharanem zaměřil na studium
nevazebných vzdáleností mezi atomy. Objevili skutečnost,
že existují 2 limitní vzdálenosti: normální a extrémní
(některé atomy se k sobě mohou ve výjimečných případech
přiblížit víc než je součet jejich van der Waalsových
poměrů).
Nastalo
období
výpočtů.
Ramachandran,
Sasisekharan a Ramakrishnan začali studovat všechny
možné kombinace torzních úhlů (úhly mezi dvěma rovinami)
φ (fí) a ψ (psí) v peptidovém řetězci, s ohledem na limitní
nevazebné vzdálenosti. Úhel φ reprezentuje rotaci kolem
vazby atomů N1 a Cα , úhel ψ reprezentuje rotaci kolem
vazby Cα a C1. Vypočtené kombinace vazebných úhlů pak bylo
možno rozdělit podle četnosti výskytu na: přednostně
zaujímané, povolené, výjimečně povolené a zakázané. Na
základě těchto výsledků byl sestrojen Ramachandranův
diagram zobrazující všechny kombinace torzních úhlů, které
jsou v peptidovém řetězci možné. A poskytuje tak popis a
predikci studované proteinové struktury.
Torzní úhly φ a ψ
hlavního řetězce peptidu
Ramachandranův plot (diagram)
Ramachandranův digram, konkrétní příklad
Červené, hnědé a žluté oblasti představují
přednostně zaujímané, povolené a výjimečně
povolené kombinace vazebných úhlů.
Původní náčrt diagramu podle
G. N. Ramachandrana
Plné čáry – standardní van der Waals. poloměry
a přednostně zaujímané kombinace vazebných
úhlů; Přerušované čáry - oblasti se sníženými
van der Waals. poloměry a povolené kombinace
vazebných úhlů; tečkované čáry - oblasti
povolené uvolněním úhlu (N-Calpha-C) výjimečně povolené kombinace vazebných úhlů
Přestože převážně pracoval na struktuře proteinů a peptidů, věnoval se i
studiu struktury sacharidů a nukleových kyselin. S Ramakrishanem publikoval
článek o chitinu (1962), v další publikované práci (1963) popisuje ustanovená
pravidla, která řídí konformaci u polysacharidů. Například byli schopni
ukázat, že struktura celulosy a chitinu, obsahující β(1-4) glykosidickou vazbu
mezi jednotkami glukosy a N-acetylglukosaminu mají omezenou konformaci
stabilizovanou intra-řetězcovým H-můstkem. V této práci pak pokračoval V.
S. R. Rao.
Vodíkové můstky ve struktuře celulosy
Vodíkové můstky ve struktuře chitinu
Studium konformací nukleových kyselin převzal Sasisekharan a později
Manju Banssal.
Mimo analýzu konformací, pracoval také na několika aspektech v
krystalografii
- anomální disperze a odvození správného vzorce pro
výpočet fázových úhlů, který byl pak použit při řešení několika struktur.
Další oblast je spojená s Fourierovou transformací, publikoval také knihu
Fourier methods in crystallography.
V 70. létech navrhl s Lakshminarayananem novou metodu konvoluce pro
rekonstrukci obrazu, která byla využívána zvláště u počítačové tomografie.
Také pracoval na konformačních vlastnostech peptidů obsahujících D- a Lzbytky, což mělo veliký význam ve vztahu s peptidovými antibiotiky.
V pozdějších 70. létech svou pozornost směřoval k matematické filozofii a
logice. V roce 1990 se vrátil ke krystalografií s publikací v časopise Acta
Crystallographica, kde navrhuje novou metodu strukturní analýzy využívající
amplitudy bez výpočtu fázových úhlů.
Ramachandran se velice zasloužil o vývoj a rozkvět makromolekulární
krystalografie v Indii, rozšířené skrz několik vědeckých center.
Členství ve společnostech a akademiích, ocenění a vyznamenání, kterých Ramachandran dosáhl
Roger Y. Tsien
(1.2. 1952)
Čínsko-americký biochemik. Byla mu udělena
Nobelova cena za chemii (2008) za objev
zeleného fluorescentního proteinu (GFP), kterou
sdílí s Martinem Chalfie (Columbia University) a
Osamu Shimomura (Boston University and Marine
Biological laboratory).
Je 34. generačním potomkem krále Qian Liu z
království Wuyue ze starověké Číny. Narodil se v
New Yorku a vyrůstal v Livingstonu, New Jersey,
kde navštěvoval Livingston High School. Mnoho členů jeho rozsáhlé rodiny
jsou absolventi technických oborů (inženýři). Jako dítě trávil svými
chemickými experimenty ve sklepní laboratoři spoustu času . Z neustálého
pobytu vevnitř trpěl astmatem. V 16 letech vyhrál svou první cenu v
celostátní soutěži Westinghouse talent search za projekt studující vazbu
kovů na thiokyanát. Následně, díky Národnímu prospěchovému stipendiu,
studoval Harvard University, kde byl také jedním z nejmladších členů spolku
Phi Beta Kappa. Bakalářské studium chemie a fyziky absolvoval s
vyznamenáním (1972). Jeho tehdejší spolubydlící o něm říkal, že je to
nejchytřejší člověk, kterého kdy potkal.
Po bakaláři dostal Marshallovo stipendium a šel studovat na University of
Cambridge do fyziologických laboratoří (1977). Na Churchill College získal
titul Ph.D. ve fyziologii za práci „The design and use of organic chemical tools
in cellular physiology“, pod vedením Prof. Jeremy Sanderse. Byl také
výzkumným členem na Gonville and Caius College University of Cambridge
(1977 – 1981). V letech 1982 – 1989 byl pozván na fakultu University of
California, Berkeley. Od roku 1989 stále pracuje na University of California v
San Diegu jako profesor farmakologie a profesor chemie a biochemie, taktéž
jako vědec na Howard Hughes Medical Institutu.
Roger Y. Tsien je proslulý revolucí v buněčné biologii a neurologii svým
objevem geneticky programovatelných značek, čímž umožnil vědcům
sledovat chování molekul v živých buňkách, v reálném čase. Také vyvinul
fluorescentní indikátory vápenatých a jiných iontů důležitých v biologických
procesech.
V roce 2004 obdržel cenu Wolf Prize za Medicínu za zásadní přispění
návrhu a aplikace nových fluorescentních a fotolabilních molekul k analýze
buněčných signálových drah.
V roce 2008 sdílí Nobelovu cenu za zelený flourescentní protein: objev
expresi a vývoj.
Fluorescentní proteiny
Mnohobarevné fluorescentní proteiny se používají k vizualizaci exprese genu,
a in vivo sledování lokalizace v buňce nebo celém organismu. Obvykle je gen
kódující protein zájmu sfúzován s genem pro fluorescentní protein, což
způsobí fluorescenci studovaného proteinu po jeho ozáření UV světlem.
Tudíž, umožní mikroskopicky sledovat místo v reálném čase.
Green fluorescent protein (GFP) – Nobelova cena za objev, expresi a
vývoj
Byl objeven a izolován v roce 1962 jako doprovodný protein aequorinu v těle
medúzy skupinou Shimamura et al., kdy popsali také jeho fluorescenční
vlastnosti.
Martin Chalfie následně popsal jak lze tento protein využít ke sledování
genové exprese a navázat na jiné proteiny.
Roger Y. Tsien podrobněji popsal fluorescenční působení GFP a dále vyvinul
podobně působící proteiny.
GFP
Protein o velikosti 238 AK, 26.9 kDa, při UV
ozáření, vykazuje jasně zelenou fluorescenci.
Jako první byl izolován z medúzy Aequorea
victoria. Hlavní excitační maximum má při vlnové
délce 395 nm, vedlejší při 475 nm. Emisní
maximum je 509 nm. Vykazuje typickou strukturu
beta-barelu skládající se z 11 β-sheet vláken se 6
α-helixy, které kovalentně vážou chromofor uvnitř
barelu. Ten vzniká cyklizací a následnou oxidací
postranních zbytku AK Ser65, Tyr66 a Gly67.
Struktura GFP z Aequora
victoria
Model tvorby chromoforu na GFP proteinu (s mutací S65T – serin nahrazen threoninem)
Tripeptidový chromofor s rozvolněnou konformací je reprezentován v denaturovaném stavu, složení do nativního
stavu podporuje cyklizaci, pravděpodobným přiblížením karboxylové skupiny Thr 65 k amidové skupiny Gly 67.
Heim R, Cubitt AB, Tsien RY. 1995. Nature 373:663–64.
Roger Y. Tsien a jeho práce s fluorescenčními a fotolabilními molekulami
1994: popsal, mechanismus, kterým je
GFP chromofor vytvořen pomocí chemické
reakce, vyžadující kyslík, bez pomoci
dalších proteinů
Mechanismus pro intramolekulární biosyntézu GFP
chromoforu
Tento návrh ukazuje, že k oxidaci chromoforu je třeba
dodávka kyslíku
(převzato z: Cubitt AB, Heim R, Adams SR, Boyd AE,
Gross LA, Tsien RY. 1995. Trends Biochem. Sci. 20:448–
55)
1995: první významný krok vpřed – popis a publikace jednobodové mutace
S65T (místo serinu se exprimuje threonin) v Nature: Zlepšení fluorescence
(intenzita a fotostabilita), posun excitačního maxima na 488 nm, při stejném
emisním maximu =»zvýšení praktického využití ve vědě (možnost využívání
FITC filtrů při mikroskopii)
Roger Y. Tsien a jeho práce s fluorescenčními a fotolabilními molekulami
1994 – 1998: spolupráce na různých typech GFP mutantů s jasnější
fluorescencí v různých barvách
2000 – 2002: produkce různých monomerních variant červeného
fluorescentního proteinu (DsRED, Discosoma sp. Red) izolovaného z korálů
a mořských hub rodu Discosoma, nalezení strukturních rozdílů mezi GFP a
DsRed – nadbývající dvojná vazba v chromoforu zesiluje konjugaci a tím
posouvá spektrum do červených barev, byla také vyvinuta monomerní
varianta DsRed (mRFP) =» vysoký koeficient excitace, vysoká odolnost
vysvěcování a k extrémním hodnotám pH
Ilustrace diverzity genetických mutací.
Pláž v San Diegu je vytvořena naočkováním bakterií, které
exprimují 8 různých barev fluorescentních proteinů
odvozených od GFP a dsRED.
Roger Y. Tsien a jeho práce s fluorescenčními a fotolabilními molekulami
2009: objev a vývoj nových fluorescentních proteinů odvozených od
bakteriálních fytochromů – infrared-fluorescent proteins (IFPs)
Za normálních podmínek absorbují a
detekují tyto fotoreceptory světlo a
spouští důležité signální dráhy. Pomocí
mutace (vymazání části signálních drah)
je možno tyto dráhy přepnout na
fluorescenci,
která
vyžaduje
tetrapyrolový
kruh
(dostatečně
zastoupen u živých organismů).
Na rozdíl od předešlých fluorescenčních
proteinů, tento absorbuje světlo v
infračervené oblasti a proto je lépe
využitelný pro studium orgánů zvířat a
lidí, neboť infračervené světlo lépe
penetruje dovnitř organismů a není
pohlcováno hemoglobinem jako světlo v
UV oblasti.
Struktura IFP
Jaterní buňky myši obsahující IFP
Po ozáření IR světlem vyzařující červenou
fluorescenci.
Zobrazování vápníku
Fura-2AM
Tsien je také průkopníkem ve vývoji různých
Fura-2
typů barviv, které fluoreskují v přítomnosti
určitých iontů, např. vápníku. Fura-2 je široce
využíván ke sledování pohybu vápníku v buňkách.
Fura-2AM, je acetoxymethyl ester derivát,
který je propustný membránou. Indo-1, další
fluorescentní indikátor vyvinut Tsienovou
Indo-1
skupinou v roce 1985.
Aequorin protein, který taktéž indikuje hladinu
vápníku v buňkách, má však svá omezení. Jeho
prostetická skupina (coelenterazin) je nevratně
spotřebována během emise světla, a tak vyžaduje neustálé dodávání do media.
Tento problém byl vyřešen vývojem proteinu Cameleon, který využívá kalmodulin
k vazbě vápníku.
Aequorin
Cameleon - schéma
mechanismu
FlAsH-EDT2 (Fluorescein arsenical helix binder, bis-EDT adduct)
je biochemická metoda pro specifické kovalentní značení uvnitř živých
buněk. FlAsH-EDT2 je organoarseničná sloučenina sloužící jako
fluorescenční značka. Má strukturu odvozenou od fluoresceinu, je to
světlě-žlutá až narůžovělá fluorogenní pevná látka. Po vazbě na proteiny
obsahující tetracysteinový motiv fluoreskuje. Nabízí méně toxické a
specifičtější značení, které je průchozí skrz membránu. Je dobrou
alternativou GFP s výhodou, že je mnohem menší.
FlAsH-EDT2
Tvorba FlAsH-TC (tetracystein) aduktu
Operace rakoviny s pomocí fluorescenčních peptidů
Experimenty na myších prokázaly, že fluorescenční peptidy mohou být
použity jako próby při operacích nádoru. Pro živé tkáně a orgány jsou
neškodné. Životnost v těle je pak 4 – 5 dní. Jsou v plánu klinické studie.
Tsien je významný biochemický inventor. Do roku 2010 je držitelem a
spoluautorem asi 100 patentů. V roce 1996 založil Aurora Biosciences
Corporation. Poté (2001) byla Aurora získána společností Vertex
Pharmaceuticals. Je také spoluzakladatel firmy Senomyx (1999). Mimo jiné
pomáhá podporovat vzdělání ve vědě pro mladé nadějné studenty
prostřednictvím San Diego Science Festivalu (Festival vědy v San Diegu).
Vedle Nobelovy ceny a již zmíněných ocenění, byl vyznamenán řadou
dalších, z posledních let např.:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
E.B. Wilson Medal, American Society for Cell Biology (2008)
Honorary Fellow of the Royal Society of Chemistry (HonFRSC), UK (2008)
Honorary Academician, Academia Sinica (2008)
February 18, 2009, Roger Tsien Day, in the City of San Diego, California, USA
Distinguished Science and Technology Award, The 2009 Asian American
Engineers of the Year (AAEoY) Award (April 2009)
Lifetime Innovation Award, UC San Diego (May 20, 2009)[
AHA Distinguished Scientists, American Heart Association (2009)
Molecular Imaging Achievement Award, Society of Molecular Imaging (2009)
Doctor of Science honoris causa, The University of Hong Kong (2009)
Doctor of Science honoris causa, Chinese University of Hong Kong (2009)
General President Gold Medal, the 97th Indian Science Congress India (January
3, 2010)
Spiers Memorial Award, Royal Society of Chemistry, UK (2010)
Choh Hao Li
(21.4. 1913 – 28.11. 1987)
Americký biochemik narozený v Číně. Jeden z
prvních chemiků zajímající se o izolaci a
identifikaci hypofyzárních hormonů. Je znám za
objevení lidského růstového hormonů a jeho
syntézu.
Narodil se v Cantonu, Číně (Guangzhou) jako čtvrtý
ze 14 dětí. Absolvoval střední školu Pui Jing v
Cantonu a poté studoval Univerzitu v Nanking, kde
získal titul B.S. za chemii (1933).
Zde 2 roky učil chemii a vedl výzkum, který vyústil v první publikaci (1935).
Následně studoval doktorát na University of California (UC), Berkeley. Li
získal titul Ph.D. za chemii v roce 1938. V říjnu tohoto roku se oženil s
kolegyní, studentkou chemie z Cantonu, Annie Lu of Nanchang, měli spolu
tři děti. Annie absolvovala magisterské studium zemědělské ekonomiky na
UC v Berkeley, když jejich prvnímu dítěti byly dva roky. Li se po doktorátu
stal výzkumným asistentem na Institutu Experimentální biologie, pod
vedením Herberta M. Evanse, jež mu sám nabídl malý pracovní prostor v
suterénu jeho laboratoří v Life Sciences Building v Berkeley.
Zde začala jeho práce a studium hypofyzárních hormonů. V roce 1950 se
stal profesorem a působil až do roku 1967 jako ředitel Hormone Research
laboratory v Berkeley.
Od roku 1967 do jeho důchodu (1983) působil jako ředitel na University of
California v San Franciscu (UCSF). Jako emeritní profesor odcházející do
důchodu však nezůstával neaktivní, naopak, založil zde Laboratoř
Molekulární endokrinologie, kterou vedl až do své smrti (1987).
Izolace a studium hormonů hypofýzy (podvěsku mozkového)
Stal se průkopníkem oblasti biochemie, svůj život zasvětil odhalování tajů
hypofýzy. Byl jedním z prvních, kdo identifikoval a izoloval osm z devíti
hormonů předního laloku hypofýzy. Mezi největší a neznámější úspěchy
patří identifikace, purifikace a později i syntéza lidského růstového
hormonu (somatotropinu) a identifikace β-endorfinu.
Také však pracoval na adrenokortikotropním hormonu (ACTH,
kortikotropin), gonadotropinech - luteinizační hormon (LH) a folikuly
stimulující hormon (FSH), thyrotropin, prolaktin, melanocyty stimulující
hormon (MSH) a lipotropin. Jeho posledním úspěchem byla identifikace a
izolace insulin-like faktoru I.
Ačkoliv nebyl lékařem ani se přímo nepodílel na klinickém výzkumu, jeho
objevy měly přímý klinický dopad, zejména v oblasti růstu a plodnosti.
Luteinizační hormon (LH)
První hormon, který Li izoloval z předního laloku
hypofýzy (1940). Je produkován gonadotropními
buňkami. Tento hormon podporuje tvorbu
pohlavních hormonů (u žen tvorbu estrogenů a
progesteronu ve vaječnících, u mužů tvorbu
testosteronu
ve
varlatech.
Jedná
se
o
heterodimerní glykoprotein- každá monomerní
jednotka je glykoproteinová molekula, tvořící alfa
a beta podjednotku. Obě podjednotky pak tvoří
funkční protein.
Luteinizační hormon (LH)
Adrenokortikotropní hormon (ACTH)
První hormon, který byl chemicky identifikován a částečně syntetizován.
Nejdříve byl izolován homogenní proteinový preparát vykazující ACTH
aktivitu. Následné experimenty však vedly k domněnce, že se nejedná o čistý
ACTH hormon, nýbrž jeho nosič nebo prekurzor. Izolace mnohem menší
molekuly z ovčí hypofýzy (1954), tzv. α-ACTH, která vedle ACTH aktivity
vykazovala i jiné, např. melanocyt stimulační (MSH) nebo tuky mobilizující,
vedla k dalším studiím. Ty prokázaly, že α-ACTH je 39-AK peptid, a jelikož
vykazuje různé aktivity, jednotlivé části molekuly s odlišnou aktivitou byly
podrobeny identifikacím. Po úspěšné identifikaci byl syntetizován 19-AK
peptid se silnou ACTH aktivitou
Při čistějším postupu izolace byl Li schopen izolovat dvě látky odlišné od
předešlého ACTH i MSH, obě byly větší než ACTH a obsahovaly lipolytickou a
MSH aktivitu. Větší molekula izolovaná v roce 1964 byla pojmenována βlipotropin (β-LPH). Po dlouholetém porovnávání izolovaných hormonů z různých
živočišných druhů úspěšně izoloval fragment β-LPH, peptid o 31 AK. Dále zjistili,
že jak celý β-LPH, tak jeho fragment mají silné opioidní účinky a peptidová
sekvence se shoduje s jednou opioidní látkou – methionin-enkefalin. Tento
peptid byl testován a shledán látkou proti bolesti silnější než morfin. Nazvali jej
β-endorfin (endogenní morfin). Později byl nalezen v mnoha různých živočišných
druzích a jeho primární struktura zůstala v průběhu evoluce velmi konzervovaná.
α-MSH
β-endorfin
Celá práce na studiu různých hormonálních aktivit látek spojených s ACTH byla
základem vedoucím k přesvědčení, že hypofýza produkuje velkou molekulu,
prekurzor zmíněných hormonů, proopiomelanokortin (POMC), který může být
dále zpracováván na menší peptidy s různou aktivitou.
Schématický diagram prekurzoru POMC a hlavní peptidové produkty od něj odvozené
JP - spojující peptid (joining peptide), CLIP- kortikotropinu podobný peptid (cotricotropin-like intermediate
peptide) neboli ACTH fragment 18-39
Růstový hormon (somatotropin, GH)
Jedná se o peptidový hormon stimulující růst buněčnou reprodukci a regeneraci.
Je to polypeptidový řetězec o 191 AK syntetizován, uložen a vylučován
somatotropními buňkami adenohypofýzy.
V brzkých 40. létech získal Li vysoce přečištěný preparát hovězího růstového
hormonu. Byl to doposud nejaktivnější izolovaný hormon na světě. Od té doby
započala dlouhá éra výzkumu AK sekvencí různých druhů zvířat. Zásadní význam
měla izolace lidského růstového hormonu (1956) a pozdější určení jeho
struktury. Již tehdy bylo známo, že lidé nereagují na jiný růstový hormon, pouze
na lidský nebo vyšších primátů. V roce 1972 byla odhalena biochemická struktura
a naskytla se možnost vyvinout rekombinantní DNA-GH. Až ve chvíli, kdy byl GH
syntetizován jak chemicky, tak pomocí rekombinantních
technologií bylo odhaleno, že lidská GH se liší od
ostatních tím, že vykazuje prolaktinovou aktivitu a oba
hormony jsou si velice chemicky podobné. I synteticky
připravený GH vykazuje prolaktinovou aktivitu, a takto
se dá odlišit od GH izolovaných z jiných obratlovců.
Později se zjistilo, že jak GH, tak prolaktin jsou vysoce
homologní hormony s růstovou a laktogenní aktivitou.
somatotropin
Insulinu podobný růstový faktor (somatomedin C)
Jedním z posledních úspěchů Choh Hao Li, byla
identifikace a purifikace růstového faktoru
somatomedinu. Vlivem působení růstového hormonu
(GH) se v játrech, svalech a tukové tkáni vylučuje
peptidový hormon, který má AK sekvenci podobnou
inzulinu (inzuline-like growth faktor, IGF).
somatomedin
Za svou vědeckou práci byl Li odměněn mnoha oceněními a vyznamenáním. Je
držitelem 10 čestných doktorátů, z USA i ze zahraničí. Získal 28 vyznamenání
a ocenění, mezi nimiž například Kochova Cena z Endocrine Society, Luft Medal
ze Swedish Society of Endocrinology, Laskerova Cena. Byl členem 14
společností, z nich šest bylo zahraničních. Mezi nimi například :
- Čestné členství v Harvey společnosti v New Yorku
- Členství v Národní akademii věd
Nejen, že publikoval více než 1000 vědeckých prací, byl i editorem mnoha
časopisů a řady knih, jako jsou The Academic Press Hormonal Proteins and
Peptides.
Viswanathan Sasisekharan
(28.6. 1933)
Indický vědec, specialista na strukturu a funkci
biomolekul. Ph.D titul získal na University of
Madras (1959). Stal se profesorem Molecular
Biophysics Unit na Indian Institute of Science,
Bangalore. V letech 1963 – 1964 pobýval v
Laboratoři molekulární biologie, Národního
Institutu zdraví v Bethesdě, USA. Později byl
lektorem a profesorem na oddělení fyziky na
Madras University. V letech 1970 – 1971 pobýval
ve Freick Chemical laboratory Princeton
University, USA.
Odvedl pozoruhodnou práci na studiu konformace biopolymerů. Zvláště
polynukleotidů a polypeptidů. Spolupracoval s Ramachandranem na studiu
nevazebných vzdáleností v peptidových řetězcích a podílel se na vývoji
Ramachandranova plotu.
Spolupodílel se na vývoji metod k naleznutí optimálních konformací
makromolekul, na základě nichž navrhl Watsonovi a Crickovi nový alternativní
model struktury DNA. Tento model umožňuje oddělení polynukleotidů bez
odvíjení dvojšroubovice a nabízí nové řešení pro nevyřešený paradox v biologii.
Pohled na model struktury DNA typu I B-formy (A).
(B) Pohled na model z obrázku (A) z 90° úhlu.
Sasisekharan V., Pattabiraman N., Gupta G. Some implications of an alternative structure of DNA. Proc.
Natl. Acad. Sci. USA 75: 4092 – 4096 1978.
Sasisekharan byl členem redakční rady časopisů:
•
•
•
•
International Journal of Biological Macromolecules
Indian Journal of Biochemistry and Biophysics
Journal of Bimolecular Structure and Dynamics
Journal of Bioscience and Current Science
Obdržel mnoho významných ocenění:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
SS Bhatnagar Prize (1978)
FICCI Award (1981)
JC Bose Medal (INSA) (1983)
ASTRA Chair in Biological Sciences (1985)
Watumull Honor Summus Medal (USA) (1987)
Fogarty Scholar in Residence, NIH (USA) (1988-90)
Om Prakash Bhasin Foundation Award (1989)
JC Bose Award (Hari Om Ashram - UGC) (1985)
Je členem Indian Academy of Sciences (Indická akademie věd)
Samuro Kakiuchi
(1882- 1967)
Japonský biochemik. Zakladatel časopisu
Journal of Biochemistry (1922) a Japonské
biochemické společnosti (JBS, 1925).
•V roce 1906 vystudoval biochemii
na
lékařské fakultě univerzity v Tokyu (Faculty
of Medicine, University of Tokyo) pod
vedením profesora Kumagawy. Po studiích v
US se vrátil zpět do Tokya a působil zde jako
profesor biochemie. Jeho studenty byli
například profesor Keizo Kodama a Norio
Shimamozo.
Dne 4. dubna 1925 založil Japonskou Biochemickou Společnost (JBS),
jejíž hlavní náplní bylo organizovat meetingy, vydávat publikace,
poradenství pro japonskou vědeckou radu a mezinárodní spolupráce.
Publikace v časopisu Journal of Biochemistry (založen roku 1922) byly také
jednou z náplní organizace. Časopis byl vydáván do roku 1944, přerušen
ztrátou komunikace Japonska se světem díky 2. světové války. Po válce byl
přesunut do JBS (1950) Keizem Kodamou, následníkem Samura Kakiuchi.
Studoval a popsal například fyzikálně-chemické vlastnosti fosfolipinu, zvláště
efekt precipitace působením roztoků různých elektrolytů.
Nebo vliv elektrolytů na turbiditu roztoku albuminu
•
Yoshito Kaziro. The Japanese Biochemical Society and its International Activities.
Life 58:259-260, 2006.
Kóiči Tanaka
(*3.8. 1959)
Tanaka je japonský vědec, který získal
Nobelovu cenu za chemii v r. 2002 (spolu
s Američanem Fennem), a to za vývoj
nových metod měkké ionizace pro
hmotnostní spektrometrii biomolekul.
Narodil se v Tojamě, Honšú. Jeho
maminka záhy zemřela, vychováván byl
strýcem a tetou, kteří byli drobnými
živnostníky (tesařské nástroje). Na
základní školu chodil v Tojamě, v té době
na něj zanechala velký dojem výstava
EXPO v Ósace (1970, věda a technika).
Po prestižní střední škole (Tojama Čubu)
studoval na Technologické fakultě
univerzity Tohoku v Sendai, obor
elektrotechnické inženýrství.
zdroj: nobelprize.org
Po skončení studia (1983) začal pracovat ve společnosti Shimadzu,
která se zabývala mj. výrobou rentgenových medicínských zařízení.
Dostal se do oddělení výzkumu a vývoje analytických přístrojů
(„Central Research Laboratory“).
Společnost se zabývala využitím Nd-YAG laseru pro mapování
povrchových elementů polovodičů a kovů. Téma se rozvinulo k
hmotnostně spektrometrické analýze biologických molekul (od r.
1984). Tanaka prováděl chemické experimenty s laserovou desorpcí.
Zvláštním úkolem bylo najít matrici, která by umožnila
nedestruktivní ionizaci makromolekul díky účinné absorpci energie
laseru. Bez blížšího proniknutí do podstaty teorie ionizace testoval
Tanaka řadu látek, které byly ve skladu, metodou pokus-omyl.
V r. 1985 použil namísto jemného kobaltového prášku jeho směs
s glycerolem (glycerol omylem namísto acetonu jako rozpouštědla).
Glycerol chtěl vysušit laserem, při desorpci zazanamenal signál.
Výsledky byly poprvé zveřejněny na výroční konferenci Japonské
společnosti pro hmotnostní spektrometrii v Kjótu v květnu 1987.
V září 1987 byly výsledky poprvé
prezentovány v angličtině na čínskojaponském symposiu. V té době bylo takto
možné měřit molekuly s molekulovou
hmotnostní až 70 kDa.
První komerční přístroj byl uveden na trh
v r. 1988, prodal se jediný kus do
Spojených států. V r. 1989 Tanaka spolu s
Jošikazu Jošidou (konstruktér hardwaru)
získal ocenění Japonské společnosti pro
MS, jediné ocenění předtím, než v r. 2002
dostal Nobelovu cenu.
Od r. 1992 pracoval krátce ve společnosti KRATOS v Manchesteru
(dceřinná společnost Shimadzu), kde se podílel na vývoji MALDI
přístrojů („KRATOS Compact“). V l. 1997 – 2002 se v Manchesteru
podílel na vývoji přístroje MALDI-QIT-TOF MS, který byl představen
poprvé na ASMS konferenci v r. 1999.
Ultrajemný kobaltový prášek (UFMP) měl posloužit k rychlému
přenosu tepla získaného z laserové energie ke vzorku, aby došlo k
přechodu iontů do plynné fáze bez dekompozice.
zdroj: nobelprize.org
Čandrasechara Venkata
Raman
(*7.11.1888 - 1970)
Raman byl prvním nositelem
Nobelovy ceny z Asie, zakladatelem
výzkumu v Indii.
Je po něm pojmenována Ramanova
spektroskopie; Ramanův rozptyl –
vzorek je ozařován intenzivním
monochromatickým světlem (laser).
Je-li vzorek průsvitný, většina světla prochází, část je rozptýlena.
Rozptýlené světlo má většinou stejnou frekvenci (Rayleighův
rozptyl). Ramanovy pásy – vibrační frekvence vzorku, dáno
rozptylem, ne absorpcí.
Nobelovu cenu získal v r. 1930 za fyziku.
Narodil se na jihu Indie (stát Tamil Nada), druhý z osmi dětí.
Chandrasekhara – jméno po otci, Venkataraman – křestní jméno
Matka byla ze vzdělané rodiny (sanskrt), otec z rodiny zemědělců, ale
byl učitelem na střední škole a posléze přednášel na
univerzitě(Vizagatapam). Raman absolvoval obě tyto školy a pak
studoval v Madrasu na Prezidentské koleji.
V r. 1904 v 16ti letech získal bakalářský titul. Navrhli mu studium v
Anglii, na doporučení lékařů zůstal v Indii. V r. 1906 (18ti letý!)
publikoval první práce (difrakce světla na hranolu, měření
povrchového napětí) jako jediný autor. To bylo důležité pro formování
jeho osobnosti.
Po ukončení magisterského studia pracoval 10 let ve státních
službách (Kalkata), oženil se s dívkou, která měla 13,5 roku.
O dalším působení rozhodlo pouliční označení, které viděl z tramvaje
(„The Indiana Association of Cultivation Science“).
Byla to organizace placená ze soukromých zdrojů, pracoval zde pak
ráno a večer, mezitím byl v kanceláři.
V r. 1917 získal profesorské místo v oboru fyzika na Kalkatské
univerzitě, měl první studenty a dvě laboratoře (1917-1933). V r.
1921 se na konferenci v Oxfordu seznámil s Thompsonem,
Rutherfordem a Braggem.
K objevu Ramanova rozptylu byl inspirován modrým světélkováním
Středozemního moře. Rayleigh předtím vysvětlil, proč je obloha
modrá – světelný rozptyl ve vzduchu. Raman prokázal
experimentálně, že i barva moře je modrá kvůli rozptylu. V l. 19191945 na téma rozptyl světla publikoval 95 prací.
Objev Ramanova rozptylu byl v roce 1928. Experiment byl proveden
následovně: z heliostatu šel sluneční paprsek do baňky s čistou
bezbarvou kapalinou, předtím bylo přes filtr propuštěno jen modré
světlo. Z boku byl průchod světla baňkou pozorován jako modrá
stopa. Bylo třeba vyloučit fluorescenci v důsledku nečistot.
Journal of Chemical Education 66, 795-801 (1989).
Na základě jevu odvodil posun vlnové délky – ztráta energie
interakcí s molekulami. Publikováno bylo v Nature spolu s
Krishnanem.
Modrou dráhu v baňce pozoroval pomocí spektroskopu pouhým okem
a prokázal, že kromě modré barvy dopadajícího světla byl ve spektru
tmavý pás a oblast s delšími vlnovými délkami a jinou barvou. Pro
potvrzení, vyzkoušel Raman rtuťový oblouk jako zdroj světla. Byly
pozorovány dvě čáry, které nebyly v dopadajícím světle. Aby si
zajistil prvenství, informoval o objevu místní noviny.
Později měřil vzdálenosti nových čar od excitační linie a zjistil, že
odpovídají vibračním frekvencím měřeným v IR světle.
Jeho soupeři, kteří se blížili k obdobným výsledkům, byli v Paříži
(Rocard, Cabannes) a v Rusku (Landsberg. Mandelstam). V Rusku z
toho důvodu neužívali slovo Ramanův rozptyl až do 70.let 20. stol.
Jen v roce 1928 bylo publikováno 58 souvisejících prací, v r. 1929 pak
plných 175. Používání se díky jednoduchosti rozšířilo. V r. 1962 byl
poprvé použit jinými laser jako zdroj světla.
Raman byl v r. 1929 povýšen do rytířského stavu, o rok později získal
Nobelovu cenu. Překvapivé je, že udělení ceny předpokládal a jízdenku
na parník si zamluvil půl roku předem. Neformálně se zabýval
spektroskopickou analýzou diamantů (Ramanův pík 1332 cm-1).
V r. 1933 přešel do Bengalúru jako ředitel Indického vědeckého
ústavu (založen 1909 průmyslníkem J.N. Tatou). Po neshodách se
správní radou v r. 1937 rezignoval, jako profesor fyziky zde působil do
r. 1948.
Spolu s příspěvky od dárců a penězi z vlastní továrny na lampové
punčošky založil a provozoval Ramanův výzkumný ústav, kde prováděl
nezávislý výzkum. Spektroskopicky např. studoval květy rostlin,
minerály, ptačí peří, brouky. Konec života prožíval jako samotář,
výzkumný ústav nechal obehnat zdí a zakázal do něj vstup.