Известные учёные-биохимики

Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕРГ (Berg), Пол

род. 30 июня 1926 г.

Нобелевская премия по химии, 1980 г.

(совместно с Уолтером Джилбертом и Фредериком Сенгером)

Американский биохимик Пол Берг родился в Нью-Йорке, в Бруклине. Он был одним из трех сыновей Гарри Берга и Сары (Бродски) Берг. Окончив в 1943 г. среднюю школу Авраама Линкольна, Берг поступил в Пенсильванский государственный колледж, чтобы изучать биохимию, однако ему пришлось прервать обучение из-за службы в военно-морских силах США в 1944 - 1946 гг. В 1946 г. он вернулся в Пенсильванский государственный колледж и окончил его в 1948 г., получив степень бакалавра по биохимии. После окончания колледжа Берг работал в университете Вестерн-Резерв (сейчас это университет Кейз-Вестерн-Резерв) в Кливленде (штат Огайо), где в 1952 г. ему была присуждена докторская степень. В 1952 - 1953 гг. он в качестве постдокторского стипендиата (эта стипендия выделяется на год после защиты докторской диссертации) вел исследовательскую работу в Институте цито-физиологии в Копенгагене, а затем в течение года осуществлял дальнейшие исследования в этом направлении вместе с Артуром Корнбергом в Вашингтонском университете в Сент-Луисе. В 1955 г. он стал ассистент-профессором микробиологии в Вашингтонском университете, в 1959 г. - адъюнкт-профессором Станфордского университета, а в 1969 г. заведовал там кафедрой биохимии.

Работая под руководством Корнберга, Берг изучил химический состав дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и рибонуклеиновой кислоты (РНК). Молекула (полимер) ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, каждая из которых представляет собой линейную последовательность молекул мономеров, называемых нуклеотидами. В свою очередь каждый из нуклеотидов является азотистым основанием, а их комбинация связывает полинуклеотидные цепи. Эта структура связана с другими нуклеотидами и составляет полипептидную цепь. Программы заложены в особые кодоны - сочетания нуклеотидов, стоящих рядом в цепи ДНК, которые включают также «инструкции» по синтезу белков из аминокислот. Различные виды РНК выполняют специфические функции по закладыванию информации в белки. К белкам же относятся и энзимы - катализаторы, которые заканчивают цепь определенным азотистым основанием или вызывают объединение отдельных звеньев цепи.

В Станфорде Берг особенно заинтересовался ролью транспортных рибонуклеиновых кислот (тРНК). Эти вещества переносят аминокислоты в определенное место во время синтеза белка. В процессе синтеза один конец молекулы тРНК соответствует части программной последовательности, а другой несет специальный инструктивный аминокислотный кодон (нуклеотидный триплет). У каждого вида аминокислот имеются свои молекулы тРНК, структуру которых описали в 1965 г. Роберт У. Холли, Хар Гобинд Корана и Маршалл У. Ниренберг. Берг, выделив в чистом виде различные тРНК и энзимы, прояснил роль тРНК в синтезе белка.

К середине 60-гг. были детально изучены гены прокариотов (микробов, не обладающих оформленным клеточным ядром, таких, как бактерии). Большая часть знаний о них была получена благодаря тому, что несколько различных вирусов могут войти в клетку бактерии Escherichia coli и, однажды попав туда, заменить некоторые ДНК бактерии своими ДНК, заставив, таким образом, бактерию вырабатывать вирусный белок. Более того, поскольку каждый вид вируса влияет на специфические белки, они стали необходимы для выделения и оперирования в химических целях генами, которые есть у Escherichia coli. Бергу хотелось знать, может ли быть разработан подобный метод для анализа и оперирования значительно более сложными генами многоклеточных организмов, в т.ч. организмом человека.

Продолжая это направление исследований, Берг взял годичный отпуск для научной работы в Солковском институте, где сотрудничал с Ренато Дульбекко. Дульбекко изучал там незадолго до этого открытый вирус, названный полиомой, который вызывает появление опухолей у грызунов. Полиома представляла для Берга особый интерес не только потому, что она могла передвигаться между клетками млекопитающих в лабораторной ванне, но и потому, что ее ДНК могла «входить» и «выходить» из ДНК клеток того организма, в который попадал этот вирус. Полиома, таким образом, действовала во многих отношениях так же, как и хорошо изученные бактериальные вирусы, но ее можно было использовать для исследования клеток млекопитающих.

Вернувшись в 1968 г. в Станфордский университет, Берг приступил к изучению подобного вируса-40 (SV40) - вируса, вызывающего появление опухолей у обезьян и тесно связанного с полиомой. Вскоре, однако, он понял, что этот вирус мог бы лучше служить в качестве направляющего, если бы был изменен таким образом, что включал бы любой участок спирали ДНК клетки млекопитающего, который бы выбрал экспериментатор. Молекулы ДНК, содержащие материал, взятый из более чем одного типа организма, называются рекомбинантными молекулами ДНК. Несмотря на то что рекомбинантные молекулы ДНК встречаются в природе в живых организмах, Берг полагал, что их можно было бы лучше изучить, если получить в лабораторных условиях.

Берг начал свой первый эксперимент по получению рекомбинантной молекулы ДНК приблизительно в 1970 г., взяв для этого SV40 и хорошо изученный вирус Escherichia coli (бактериофаг ?). Ученый добавил специфические энзимы к этим в обычных условиях не взаимодействующим организмам и разорвал их молекулы ДНК в таких местах, что они могли быть рекомбинированы. Этот способ оказался, однако, весьма спорным. Многие ученые опасались, что искусственные вирусы могут порождать новые, вызывающие рак бактерии, и по этой причине Берг прервал свои опыты с рекомбинантными молекулами ДНК. В течение последующих нескольких лет он сосредоточил свое внимание на разработке более действенного и точного способа оперирования SV40.

В 1974 г. при активном участии Берга, озабоченного потенциальной опасностью, связанной с изучением рекомбинантных молекул ДНК, на их исследования был наложен годичный мораторий. В следующем году ученый был председателем международной конференции, наметившей генеральную линию такого рода исследований. Однако, когда ученые поняли, что технология изучения рекомбинантных молекул ДНК не так опасна, как думали сначала, они перестали строго следовать ранее выработанным правилам. Технология, разработанная Бергом и его коллегами, позволила не только оперировать генами для создания новых фармацевтических средств, таких, как интерферон и гормоны роста, но и впервые так глубоко проникнуть в молекулярную биологию высших организмов.

В 1980 г. Бергу была присуждена половина Нобелевской премии по химии «за фундаментальные исследования биохимических свойств нуклеиновых кислот, в особенности рекомбинантных ДНК». Вторая половина премии была поделена между Уолтером Джилбертом и Фредериком Сенгером. В своей Нобелевской лекции Берг сделал обзор проведенных им исследований, подчеркнув постоянно существующую необходимость решать этические вопросы, которые возникают в связи с опытами с рекомбинантными молекулами ДНК. Тем не менее «прорыв, достигнутый в результате изучения рекомбинантных молекул ДНК, - сказал он в заключение, - обеспечил новый действенный подход к решению вопросов, которые веками волновали человечество».

После получения Нобелевской премии Берг продолжает заниматься научно-исследовательской работой в Станфордском университете, совершенствуя разработанный им метод молекулярного анализа генов высших животных. С 1970 г. он занимает должность профессора биохимии в Медицинском центре Станфордского университета.

В 1947 г. Берг женился на Милдред Ливи. У супругов есть сын. Помимо Нобелевской премии, Берг награжден премией Эли Лилли Американского химического общества (1959), наградой В.Д. Маттиа Института молекулярной биологии Роша (1974), ежегодной наградой Гарднеровского фонда (1980), премией Альберта Ласкера за фундаментальные медицинские исследования (1980) и наградой Нью-йоркской академии наук (1980). Он член американской Национальной академии наук. Американской ассоциации содействия развития науки. Американской академии наук и искусств. Американского общества биохимиков и Американского химического общества. Ученый удостоен почетных степеней Рочестерского и Йельского университетов.

Источник:

1. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.- М.: Прогресс, 1992.

ДЮ ВИНЬО (du Vigneaud), Винсент

18 мая 1901 г. - 11 декабря 1978 г.

Нобелевская премия по химии, 1955 г.

Американский биохимик Винсент дю Виньо родился в Чикаго (штат Иллинойс) в семье Альфреда дю Виньо, изобретателя и конструктора машин, и Мэри Терезы (в девичестве О'Лири) дю Виньо.

Начальное образование он получил в чикагских государственных школах. Проявив довольно рано интерес к наукам, мальчик проводил в домашней лаборатории эксперименты по химии и физиологии. В 1918 г. он поступил в Иллинойский университет, где специализировался по органической химии, и в 1923 г. получил степень бакалавра, а в следующем году - степень магистра по химии за свою научную работу, посвященную синтезу лекарства, обладающего местным анестезирующим и вазопрессорным (вызывающим повышение кровяного давления) действием. Эти его ранние исследования привели к тому, что он позднее называл «непреходящим интересом к взаимосвязи между химической структурой органических соединений и их биологической активностью».

Интерес дю Виньо к инсулину зародился после лекции В.К. Розе, прочитанной на химическом факультете Иллинойского университета вскоре после открытия инсулина Фредериком Г. Бантингом и Джоном Дж.Р. Маклеодом. Позднее дю Виньо вспоминал, как он был «поражен тем фактом, что химическая структура этого соединения может обладать такими удивительными свойствами, описанными Розе. Я и не думал, что инсулин сможет в конечном счете оказаться сернистым соединением».

В 1924 г. дю Виньо в основном работал в джексоновских лабораториях фирмы «Дюпон де Немур» в Уилмингтоне (штат Делавэр), затем стал ассистентом-биохимиком в Высшей медицинской школе при Пенсильванском университете и в лаборатории клинической химии при Филадельфийском главном госпитале, где работал. В 1925 г. он перешел на факультет экономики жизнеобеспечения (в действительности факультет эндокринологии и метаболизма) при вновь созданной медицинской школе Рочестерского университета.

В Рочестерском университете дю Виньо исследовал химический состав инсулина. Через два года он писал, что инсулин, по-видимому, является производным аминокислоты цистина, что сера, обнаруженная в инсулине, находится в форме дисульфидного мостика и что инсулин, по всей вероятности, является пептидом (две или более аминокислоты, связанные вместе). Поскольку в природе известно до 20 аминокислот, химическая структура длинных пептидов и белков чаще всего очень сложна.

В 1927 г. дю Виньо получил в Рочестерском университете докторскую степень по химии. За счет стипендии от Национального исследовательского совета он перешел в медицинскую школу Джонса Хопкинса при факультете фармакологии, где сумел выделить аминокислоту цистин из кристаллов инсулина. Он также открыл, что инсулин содержит только аминокислоты и аммиак, хотя аммиак, как было доказано позднее, является побочным продуктом.

В 1928 г. дю Виньо отправился в Германию, в Дрезден, в лабораторию Макса Бергмана, бывшего когда-то студентом у Эмиля Фишера и являвшегося уже признанным авторитетом в области химии аминокислот и пептидов. Хотя Бергман предложил ему стать его ассистентом, дю Виньо отклонил это предложение, продолжив свою работу с биологами Джорджем Баргером из Эдинбургского университета (Шотландия) и Чарлзом Харрингтоном из Университетского колледжа при Лондонском университете (Англия).

По возвращении дю Виньо приняли в Иллинойский университет на факультет физиологической химии. В 1932 г. он стал профессором биохимии и возглавил биохимический факультет в Медицинской школе Университета Джорджа Вашингтона в г. Вашингтоне (округ Колумбия), где разработал учебную программу по биохимии для студентов-медиков. Кроме того, он проводил исследования о возможности взаимоотношения между гипоглицемическим эффектом инсулина (понижением сахара в крови) и наличием дисульфидных связей цистина. Чтобы это проверить, он синтезировал пептиды, содержащие цистин, и исследовал их в физиологических опытах (пробах) на инсулиновую активность.

В 1936 г. он и его коллеги синтезировали глутатион - трипептид, содержащий аминокислоты - цистеин, глицин и глутаминовую кислоту. Глутатион, обнаруженный во всех тканях животных, действует как восстанавливающий агент (донор электронов). В 1937 г. дю Виньо опубликовал окончательные доказательства, что вся сера инсулина содержится в аминокислоте цистина и что восстановление дисульфидных связей инсулина глутатионом или цистеином делают его физиологически неактивным.

В следующем году дю Виньо стал профессором биохимии и деканом биохимического факультета Медицинского колледжа Корнеллского университета в Нью-Йорке. Там он продолжил свои попытки выделить, очистить и синтезировать гормоны окситоцина (который стимулирует сокращение матки во время родов и вызывает поступление молока из женских молочных желез) и вазопрессина (который стимулирует сужение периферических сосудов крови и способствует реадсорбции воды в почках, т. е уменьшению объема мочи). Во время изучения биологического трансметилирования (переноса метальных групп от одной молекулы на другую) он и его коллеги определили, что метальные группы являются важными факторами диеты. Они также выделили из ткани печени и молока биотин - кофермент, принимающий участие в клеточном дыхании, и доказали, что он идентичен и по структуре, и по свойствам веществу, известному тогда как витамин Н, или кофермент R.

В годы второй мировой войны дю Виньо работал над синтезом пенициллина - грибкового антибиотика, открытого в 1928 г. Александером Флемингом. Однако только после войны, в 1946 г., ему и его коллегам полностью удалось разработать синтез пенициллина.

Дю Виньо и его коллеги продолжили работы по выделению окситоцина из коммерчески доступных экстрактов гипофиза и тканей гипофиза быка и свиньи. Они обнаружили, что независимо от источника окситоцин всегда содержит восемь одних и тех же аминокислот и вызывает одинаковый биологический эффект. Содержание серы в окситоцине полностью совпадало с ее количеством в такой аминокислоте, как цистин. В 1953 г. дю Виньо определил, что окситоцин - это циклический полипептид, структура которого состоит из пентапептидного (пять аминокислот) кольца и трипептидной боковой цепи. Система пентапептидного кольца, двадцатичленная структура которого замкнута дисульфидным мостиком, не была ранее обнаружена среди химических структур известных природных соединений. Дю Виньо и его коллеги первыми получили кристаллический окситоцин, который испытали на женщинах для стимуляции родов, и доказали, что он является эффективным для клинического применения. Это был первый случай синтеза полипептидного гормона в условиях in vitro.

В 1955 г. дю Виньо была вручена Нобелевская премия по химии «за работу с биологически активными соединениями, и прежде всего за впервые осуществленный синтез полипептидного гормона». В Нобелевской лекции он поведал об истории исследования этих серосодержащих пептидов: «Начиная серию экспериментальных работ в лаборатории, точно не знаешь, к чему в конце концов придешь. При этом надо быть уверенным, что у тебя сформулирована цель и ты испытываешь некоторое чувство, находящееся как бы вне конкретной цели, к которой стремишься».

Все эти годы дю Виньо поддерживал тесное сотрудничество как с клиницистами, так и со специалистами, занимающимися, как и он сам, фундаментальными проблемами. С 1967 по 1975 г. он был профессором химии Корнеллского университета в Итаке. Он стал членом совета Рокфеллеровского института медицинских исследований, Национального института артрита и метаболических болезней и совета Исследовательского института здоровья в Нью-Йорке. Он также являлся президентом Гарвеевского общества и Американского общества биологической химии и председателем совета Федерации американских обществ экспериментальной биологии.

В 1924 г. Дю Виньо женился на Зелле Зон-Форд, с которой они воспитали сына и дочь. Высокий мужчина с тонкой щеточкой усов, он любил играть в бридж и кататься верхом. Он умер 11 декабря 1978 г. в г. Скарсдейле (штат Нью-Йорк).

Среди других наград дю Виньо есть медаль Николса Американского химического общества (1945), премия Бордена по медицинским наукам, премии Осборна и Менделя Американского института питания (1953), медаль Чарлза Фредерика Чендлера Колумбийского университета (1956) и медаль Уилларда Гиббса Американского химического общества (1956). Он являлся членом американской Национальной академии наук, Американской академии наук и искусств, Нью-Йоркской академии наук и Американского философского общества.

Источник:

1. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.- М.: Прогресс, 1992.

КЕНДРЮ (Kendrew), Джон Коудери

24 марта 1917 г. - 1997 г.

Нобелевская премия по химии, 1962 г.

(совместно с Максом Ф. Перуцем)

Английский биохимик Джон Коудери Кендрю родился в Оксфорде. Он был единственным сыном Уилфрида Джорджа Кендрю, известного климатолога, который преподавал в Оксфордском университете, и Эвелин Мэй Грэм (Сэндберг) Кендрю, историка искусств, которая занималась итальянскими художниками-примитивистами и опубликовала ряд работ на эту тему. Мальчик сначала учился в Дрэгон-скул в Оксфорде, а затем в Клифтон-колледже в Бристоле. Ко времени окончания Клифтон-колледжа он решил сделать карьеру ученого и поступил в Кембриджский университет, несмотря на то что его отец был связан с Оксфордом. В 1939 г. Кендрю получил степень бакалавра естественных наук, а в 1943 г. - магистра.

Через год после того, как в 1939 г. Великобритания объявила, что находится в состоянии войны с Германией, Кендрю поступил на службу в министерство промышленной авиации в качестве младшего офицера и научного сотрудника. В 1944 г. он стал научным советником главнокомандующего военно-воздушных сил союзников, базирующихся в Юго-Восточной Азии. Ближе к концу второй мировой войны, после знакомства с английским химиком Дж.Д. Берналом и американским химиком Лайнусом К. Полингом, Кендрю заинтересовался молекулярной структурой белков. Оставив государственную службу, он вернулся в 1946 г. в Кембридж и стал работать с Максом Перуцем в Кавендишской лаборатории. В 1949 г. Кендрю получил степень доктора философии, а в 1962 г. стал доктором естественных наук.

В тот период, когда Кендрю стал работать в Кавендишской лаборатории, Перуц вернулся к своим ранним исследованиям молекулярной структуры белков красных кровяных клеток с применением метода рентгеновской кристаллографии. Этот метод состоит в том, что пучок рентгеновских лучей проходит через кристалл и фиксируется на фотографической пластинке. Поскольку лучи отклоняются электронами атомов кристалла, рисунок, который образуется на пластинке, позволяет раскрыть его атомную структуру.

Пока Перуц продолжал изучать гемоглобин, Кендрю попытался установить структуру миоглобина - вещества, которое запасает кислород в мышцах животных и человека. Несмотря на то что структура миоглобина гораздо проще, чем структура гемоглобина, при его изучении тем не менее возникали значительные трудности, поскольку он состоит приблизительно из 50 аминокислот, т.е. примерно из 2600 атомов. Задача определения местоположения этих атомов еще более усложнялась в силу того факта, что метод рентгеновской кристаллографии зависел в значительной степени от правильности интерпретации полученных данных.

В 1947 г. Кендрю вслед за Перуцем перешел работать в группу молекулярной биологии, созданную в том же году при Кавендишской лаборатории Медицинским научно-исследовательским советом. Сначала Кендрю и Перуц работали просто в сарае вдвоем. Позднее к ним присоединились Френсис Крик, Джеймс Д. Уотсон, Фредерик Сенгер и другие ученые.

Работа Кендрю над миоглобином получила решающий импульс, когда в 1953 г. Перуц обнаружил, что введение атомов ртути в кристаллы гемоглобина изменяет дифракционную картину, полученную при рентгеновском излучении. Сравнив первоначально полученную и измененную картины, можно было установить структуру молекулы. Применив метод изоморфного замещения (введения атомов тяжелых металлов в молекулы кристаллических белков) к своим собственным исследованиям, Кендрю обнаружил, что миоглобин «не удерживает» атомов ртути, и был вынужден искать для замещения атомы других тяжелых металлов.

На дифракционной картине пятна, расположенные на пластинке ближе всего к центру, оставлены радиоактивными лучами, отраженными далеко отстоящими друг от друга атомами, и именно на этих пятнах Кендрю и его коллеги сосредоточили свое внимание. К 1957 г. они могли различать объекты, расположенные на расстоянии шести ангстрем (6·10-10 м). Несмотря на то что при таких масштабах дифракционная картина не вскрывает отдельных атомов, они все-таки увидели «нечто, чего никто ранее не увидел, - вспоминал позднее Кендрю - Это была трехмерная структура молекулы белка во всей ее сложности».

Работа Фредерика Сенгера незадолго до того показала, что белки состоят из расположенных в виде цепей аминокислот, связанных химической связью, называемой пептидной. При условии различения объектов на расстоянии в 6 ангстрем Кендрю смог установить спиральный рисунок полипептидной цепи миоглобина. «Наиболее поразительной особенностью этой молекулы, - сообщал он, - была ее упорядоченность и полное отсутствие симметрии». Эти особенности еще больше прояснились в 1959 г., когда Кендрю получил изображение молекулы миоглобина при условии разрешающей способности в 2 ангстрема - достижение, которое стало возможным благодаря использованию мощных компьютеров, необходимых для проведения математических подсчетов.

В 1962 г. Кендрю и Перуцу была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследования структуры глобулярных белков». «Белки уникальны в том отношении, что в них сочетается громадное разнообразие функций и сложность конструкции с относительной простотой и единообразием химического строения», - заметил Кендрю в своей Нобелевской лекции. «Установление структур только двух белков, которого мы достигли, - это не конец, а только начало, - продолжал он. - Перед нами возник берег огромного континента, ожидающего своих исследователей».

С 1953 по 1974 г. Кендрю был заместителем заведующего лаборатории молекулярной биологии (бывшей группы молекулярной биологии) в Кембридже, а в 1975 г. стал первым директором Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге (Германия). Этот пост он занимал до 1982 г. В 1981 г. ученый был избран президентом колледжа св. Иоанна Оксфордского университета. Кендрю не был женат. О нем говорили как о человеке впечатлительном, спокойном и скромном. В свободное время он любил слушать музыку, собрал значительную коллекцию записей классической музыки.

Помимо Нобелевской премии, Кендрю был награжден Королевской медалью Лондонского королевского общества (1965). В 1963 г. он был посвящен в пэры. Ученый - член Британской ассоциации содействия развитию науки, а с 1974 по 1979 г. - попечитель Британского музея. Он являлся почетным членом Американской академии наук и искусств, Германской академии естествоиспытателей «Леопольдина», Гейдельбергской академии наук, Болгарской академии наук и Ирландской королевской академии наук. Кендрю является обладателем почетных степеней университетов Киля, Ридинга, Бэкингема и Эксетера.

Источник:

1. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.- М.: Прогресс, 1992.

ЛЕЛУАР (Leloir), Луис Федерико

6 сентября 1906 г. - 2 декабря 1987 г.

Нобелевская премия по химии, 1970 г.

Аргентинский биохимик Луис Федерико Лелуар родился в Париже, когда его родители, Федерико Лелуар и Ортенсиа (Агуирре) Лелуар, совершали поездку во Францию. Мальчику исполнилось два года, и семья Лелуаров возвратилась в Буэнос-Айрес, где Луис позднее посещал начальную и среднюю школы. По окончании университета в Буэнос-Айресе Лелуар в 1932 г. получил медицинский диплом. Затем он в течение двух лет работал в университетской больнице, однако, чувствуя неудовлетворенность из-за ограниченности доступных тогда возможностей медицинского лечения, начал работать в университетском Институте физиологии под руководством Бернардо Усайи над изучением роли надпочечников в метаболизме углеводов.

Поскольку Лелуара все больше интересовала биохимия, он в 1936 г. поехал в Англию, в биохимическую лабораторию Кембриджского университета - крупный научно-исследовательский центр, возглавляемый Фредериком Гоулендом Хопкинсом. После изучения в течение года биохимии ферментов Лелуар возвратился в Институт физиологии в Буэнос-Айресе, где он занимался метаболизмом этанола и окислением жирных кислот в бесклеточном печеночном экстракте. Такое исследование было необычным, поскольку в то время считалось, что для этого процесса необходимы неразрушенные клеточные структуры. Затем Лелуар присоединился к группе ученых, которые изучали роль почки в регулировании кровяного давления. Эта работа привела к получению ангиотензина пептида (который может расщепляться ренином, вырабатываемым почкой ферментом) из ангиотензиногена, создаваемого печенью белка.

После укрепления политического влияния Хуана Перона в 1943 г. в Аргентине Усай был уволен, а его научно-исследовательская группа распущена. Уехав в США, Лелуар работал в качестве ассистента-исследователя в биохимических лабораториях Карла Ф. Кори в Вашингтонском университете в Сент-Луисе (штат Миссури), а затем под руководством Дэйвида Э. Грина в Колледже врачей и хирургов Колумбийского университета в Нью-Йорке. Вернувшись два года спустя в Аргентину, Лелуар проводил исследования в Институте биологии и экспериментальной медицины, частном институте, работавшем в Буэнос-Айресе под руководством Усайи. Благодаря финансовой поддержке Хаиме Кампомара, владельца текстильной компании, в 1947 г. был создан Институт биохимических исследований, директором которого стал Лелуар. Первоначальная задача научных исследований, которые проводились в этом институте, состояла в синтезе молочного сахара (лактозы). В то время биохимики знали, что происходящий в живом организме процесс распада углеводов (полисахаридов и крахмала) на более простые сахара служит источником энергии, необходимой для жизни. Значительно меньше было, однако, известно о том, каким образом эти комплексные органические молекулы синтезируются живыми системами.

В поисках фермента для катализа обратимого синтеза лактозы Лелуар и его коллеги обнаружили, что этот процесс требует наличия двух неустойчивых к нагреванию коферментов, которые он идентифицировал как глюкозо-1, 6-дифосфат и нуклеозид уридиндифосфатглюкоза. Как позднее сказал Лелуар, «присутствие в качестве кофермента уридина было в своем роде новшеством, так как в других соединениях... встречался нуклеозид аденина. Появление производных сахаров в сочетании с нуклеозидом было также новым фактором».

Лелуар и его помощники догадывались, что уридиндифосфатглюкоза должна обладать и другими функциями, помимо действия в качестве кофермента в метаболизме галактозы. И действительно, они обнаружили, что уридиндифосфатглюкоза является также донором глюкозы при образовании трегалозфосфата дисахаридов и сахарозофосфата. Сотрудники различных лабораторий вскоре открыли множество других сахарных нуклеотидов и показали их две основные функции: во-первых, они участвуют в процессе взаимопревращения простых сахаров и, во-вторых, действуют в качестве доноров в реакциях превращения глюкозы, ведущих к синтезу ?1- и полисахаридов. В 1959 г., после того как Лелуар и его коллеги обнаружили, что гликоген (основной запасной углевод человека и животных) образуется из уридиндифосфатглюкозы, они проанализировали синтез крахмала в растениях и доказали, что участвующий в этом процессе сахарный нуклеотид представляет собой аденозиндифосфатглюкозу.

Когда в 1955 г. диктатура Перона была свергнута, новое правительство предоставило Институту биохимических исследований большее помещение. В 1962 г. институт был присоединен к университету в Буэнос-Айресе в качестве его филиала, а Лелуар назначен руководителем биохимического отделения. От этой административной должности он впоследствии отказался, чтобы проводить больше времени в лаборатории.

В 1970 г. Лелуару была присуждена Нобелевская премия по химии «за открытие первого сахарного нуклеотида и изучение его функций в превращении сахара и в биосинтезе сложных углеводов». «Лелуар установил, что реакция превращения происходит не в сахарах как таковых, - сказал Карл Мирбак, представляя Лелуара от имени Шведской королевской академии наук, - а в соответствующих сахарных нуклеотидах». «Другие ученые быстро осознали фундаментальное значение открытия Лелуара, - продолжал он. - На сегодняшний день известны и подробно охарактеризованы более сотни сахарных нуклеотидов, участие которых в различных реакциях является решающим». После получения Нобелевской премии Лелуар стал национальным героем Аргентины, была даже выпущена почтовая марка с его портретом.

Продолжая проводить биохимические исследования, Лелуар в последние годы изучал роль липидов - промежуточных химических соединений в синтезе полисахаридов из сахарных нуклеотидов, а также участие долихола (вещества полиизопрена) в синтезе гликопротеидов, которые являются компонентами биологических мембран и иммунологических веществ групп крови.

Лелуар, о котором его студенты и коллеги отзывались как о человеке обходительном и участливом, славился умением проводить важные научные исследования при ограниченных финансовых возможностях. В 1943 г. Лелуар женился на Амелии Зухербухлер. У супругов родилась дочь. Ученый и его жена жили в Буэнос-Айресе, здесь же Лелуар умер 2 декабря 1987 г.

Лелуар принимал активное участие в работе Аргентинского общества биохимических исследований и Панамериканской ассоциации биохимических обществ. Ему присуждены награды и почетные степени университетов разных стран. Ученый был членом американской Национальной академии наук, Американской академии наук и искусств, Американского философского общества, Папской академии наук и Лондонской королевской академии.

Источник:

1. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.- М.: Прогресс, 1992.

МАРТИН (Martin), Арчер

1 марта 1910 г. - 2002 г.

Нобелевская премия по химии, 1952 г.

(совместно с Ричардом Сингом)

Английский биохимик Арчер Джон Портер Мартин родился в Лондоне. Он был младшим из четырех детей и единственным сыном в семье медицинской сестры Лилиан Кейт (Браун) и врача Уильяма Арчера Портера Мартина. В 19 лет Мартин поступил в Кембриджский университет, получив стипендию, которая позволяла ему приобрести специальность инженера-химика. Однако после знакомства с биологом Дж.Б.С. Холдейном Мартин заинтересовался биологией и, изменив направление своих научных занятий, получил в 1932 г. степень бакалавра по биохимии, а в 1936 г. - докторскую степень.

Будучи студентом Кембриджского университета, Мартин работал в «Данн ньютришнл лаборатри» (лаборатории питательных веществ компании «Данн») над разделением и выделением витаминов. Благодаря этой работе он приобрел значительный опыт в разделении тесно связанных между собой химических компонентов с помощью таких методов, как фракционная перегонка, экстракция растворителем, и других аналогичных технологий, связанных с распределением компонентов между двумя фазами. При распределении методом противотока смесь, которую предстоит разделить, вновь и вновь растворяется в двух несмешивающихся растворителях, которые, минуя друг друга, движутся в противоположных направлениях. Поскольку компоненты смеси обладают разными средствами с растворителями, они в конце концов разделяются на два потока. При хроматографическом методе одна фаза проходит через другую, неподвижную твердую фазу, которая обладает особым сродством с анализируемыми веществами. Смеси разделяются на составляющие их компоненты в зависимости от того, какие из анализируемых веществ сильнее удерживаются определенной фазой. Поскольку в случае, когда анализу подвергаются окрашенные вещества, отдельные полосы можно видеть, эта технология получила название хроматографии. Бесцветные же вещества обнаруживаются с помощью ультрафиолетовых лучей или химических индикаторов, которые дают цветную реакцию с компонентами смеси.

В 1906 г. русский ботаник Михаил Цвет разработал технологию, названную адсорбционной, или колоночной, хроматографией, в соответствии с которой сложные смеси пропускаются через длинную стеклянную трубку, наполненную тщательно измельченными веществами. Скорость прохождения этой смеси от верхней части трубки к нижней зависит от притяжения молекул наполнителем и от скорости пропускания растворителя. Несмотря на то что этот метод был удобен для разделения пигментов растений, он был ограничен выбором наполняющих материалов. Еще будучи школьником, Мартин сконструировал колонну для фракционной перегонки из спаянных вместе банок из-под кофе в своей размещенной в подвале дома лаборатории. Позднее Чарлз Мартин, научный руководитель Мартина, предложил ему работать в сотрудничестве с выпускником Кембриджского университета Ричардом Сингом над разделением аминокислот, представляющих собой основу белковых молекул. Попытки создать приспособления для противоточной экстракции с целью анализа этих компонентов не увенчались успехом, поскольку не удалось добиться удовлетворительной смеси двигающихся навстречу друг другу подходящих растворителей.

Мартин и Синг применили принцип противоточной перегонки к колоночной хроматографии. При этом методе колонны силикагеля, который очень хорошо удерживает воду, служат в качестве неподвижной фазы, хлороформ используется для подвижной фазы, а метилоранж является индикатором. Анализ разделенных аминокислот реакцией с нингидрином (кристаллическим окислителем) и сравнение индивидуальных полос с аналогичными данными для чистых соединений позволяли определить состав смеси аминокислот. Этот аналитический подход был назван распределительной хроматографией, поскольку, хотя в нем и используется технология хроматографии, он зависит еще и от химического распределения растворенного вещества между двумя растворителями, используемыми в колонне. Носитель, применяемый для насадки колонны, инертен и служит лишь для удержания одного из потоков. В отличие от адсорбционной хроматографии распределительная хромотография позволила расширить выбор растворителей и насадочных материалов.

В 1938 г. Мартин занял должность биохимика в лаборатории Научно-исследовательской ассоциации шерстяной промышленности, где позднее стал работать и Синг. Продолжая сотрудничать, эти двое ученых обнаружили, что целлюлоза представляет собой хорошую водоудерживающую среду для колоночной хроматографии. Это открытие привело их к разработке в 1944 г. метода бумажной хроматографии, при котором в качестве носителя применяется фильтровальная бумага. В соответствии с этим методом капля подвергаемой анализу смеси помещается на один конец полоски фильтровальной бумаги, которая затем закладывается в стеклянное углубление в цилиндре, содержащее органический растворитель, насыщенный водой. Бумага связывает воду, в то время как другие вещества перемещаются вдоль бумаги под действием капиллярных сил. Аминокислоты, более растворимые в органической фазе, движутся вместе с органическим растворителем, а те вещества, которые более растворимы в водной фазе, остаются ближе к стартовой точке. После того как бумага удалена и высушена, ее можно «проявить» химическим индикатором, чтобы увидеть местоположение каждого компонента, чья миграция представляет собой характерную константу для каждой системы растворителей.

Двухмерная бумажная хроматография (хроматография происходит последовательно в двух направлениях под правильным углом в различных системах растворителей) обеспечивает также дальнейшее разделение и позволяет проводить анализ сложных смесей без высоких материальных затрат и усилий. Бумажная хроматография была быстро принята на вооружение во многих отраслях химии и привела к важным открытиям, касающимся структуры белков, антибиотиков, вакцин, полисахаридов и редкоземельных элементов. В 1946 г. Мартин стал руководителем отдела биохимических исследований «Бутс пьюар драг компани» в Ноттингеме. В течение последующих двух лет он изучал распределительную хроматографию жирных кислот, работая в медицинском научно-исследовательском совете Листеровского института в Лондоне, затем занял должность биохимика и руководителя отдела физической химии Национального института медицинских исследований в Милл-Хилле (Лондон).

В 1952 г. Мартину и Сингу была присуждена Нобелевская премия по химии «за открытие метода распределительной хроматографии». Во вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук Арне Тиселиус сказал: «Открытие вами метода распределительной хроматографии дало науке новый инструмент, который уже доказал свою полезность при проведении огромного количества важных научных изысканий. Он предоставил возможность исследователям в области химии, биологии и медицины не только приступить к разрешению, но и успешно разрешать проблемы, ранее казавшиеся безнадежно запутанными». В 1953 г. Мартин совместно с Э.Т. Джеймсом разработал метод газожидкостной хроматографии. При этом методе инертный газ, такой, как аргон, гелий или азот, служит мобильной фазой, которая протекает над инертным твердым веществом, пропитанным нелетучей жидкостью (силиконовым маслом или спиртами с высокой молекулярной массой). Этот метод оказался особенно полезным для характеристики жирных кислот и стероидных смесей, имеющихся в количестве, измеряемом микрограммами.

С 1959 по 1970 г. Мартин был директором «Эбботсбари лаборатриз, лимитед», затем в течение трех лет консультантом «Уэлком фаундэйшн, лимитед», после чего вошел в Совет по медицинским исследованиям в качестве профессора химии Сассекского университета.

В 1943 г. Мартин женился на учительнице Джудит Бейджнал. У супругов три дочери и два сына. В молодости ученый с удовольствием занимался альпинизмом, планеризмом и джиу-джитсу.

Многочисленные награды Мартина включают: медаль Берцелиуса Шведского медицинского общества (1951), награду Джона Скотта, присужденную г. Филадельфия (1958), медаль Джона Прайса Уэзтерилла (1959) и медаль Франклина Франклинского института (1959), японский правительственный орден Восходящего Солнца (1972) и медаль Рэндолфа Мейджора Коннектикутского университета (1979). Он является членом Лондонского королевского, а также многих других научных обществ.

Источник:

1. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.- М.: Прогресс, 1992.

МЕРРИФИЛД (Merrifield), Роберт Брюс

род. 15 июля 1921 г.

Нобелевская премия по химии, 1984 г.

Американский биохимик Роберт Брюс Меррифилд родился в Форт-Уэрте (штат Техас). Он был единственным сыном в семье Лоурэн (Льюкас) Меррифилд и Джорджа Меррифилда. Через два года после его рождения семья Меррифилдов переехала в Калифорнию и в период Великой депрессии 30-х гг. продолжала часто переезжать с места на место, т.к. отец Меррифилда (продавец мебели) постоянно искал работу. Меррифилд однажды подсчитал, что он посещал около 40 школ, прежде чем его семья осела в Монтебелло (штат Калифорния). Здесь, учась в средней школе, будущий ученый заинтересовался химией. Здесь же он, занимаясь в школьном астрономическом клубе, сконструировал небольшой телескоп.

Окончив в 1938 г. среднюю школу, Меррифилд поступил в Джуниор-колледж в Пасадене, но в следующем году перешел в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, где начал изучать химию. Одновременно он подрабатывал в лаборатории Макса Данна, где в это время синтезировали дегидроксифенилаланин - аминокислоту, которая участвует в передаче нервных импульсов и применяется для лечения болезни Паркинсона. Получив в Калифорнийском университете в 1943 г. степень бакалавра, Меррифилд в течение года работал химиком в Научно-исследовательском фонде Филипа Р. Парка, а затем опять вернулся в университет. Стипендия от «Анхейзер-Буш инкорпорейшн» позволила ему продолжить учебу: Меррифилд поступил в аспирантуру. Позднее, работая ассистентом-исследователем в медицинской школе Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (1948 - 1949), Меррифилд изучал дрожжевые пурины и пиримидины и разработал систему биологического качественного анализа для проверки того, как они способствуют росту бактерий. (Пурины и пиримидины представляют собой циклические азотные органические основания, которые входят в состав биологически важных соединений - таких, как нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.) После того как в 1949 г. Меррифилду была присуждена докторская степень по химии, он был назначен ассистентом-биохимиком в Рокфеллеровский институт медицинских исследований (теперь это Рокфеллеровский университет) в Нью-Йорке. В этом институте ученый оставался до конца своей научной карьеры. Он стал здесь научным сотрудником (1953), потом адъюнкт-профессором (1958) и, наконец, полным профессором (1966).

В 1953 г. Меррифилд занялся химией белков. «Белки - это ключевые компоненты всех живых организмов, - объяснял он впоследствии. - Все ферменты, являющиеся катализаторами биологических реакций, и многие регулирующие их гормоны - белки. Если мы хотим понять и научиться контролировать то, что происходит в организме, мы должны прежде всего узнать состав, структуру и функции каждого отдельно взятого белка».

Белковая молекула представляет собой цепи аминокислот, связанных пептидными цепями. Стремясь понять структуру этих больших и очень сложных органических молекул, ученые пытаются синтезировать их из их химических компонентов. Два классических способа связывания аминокислот отражены в ступенчатой и фрагментационной моделях. Согласно ступенчатому методу (разработанному в начале XX в. Эмилем Фишером), аминокислоты по одной добавляются к растущей пептидной цепи. По фрагментационному методу, аминокислоты сначала связываются в короткие пептидные фрагменты, которые затем соединяются с образованием больших пептидов. При любом из этих двух методов на каждой ступени последовательного синтеза необходимо защищать (или укрывать) все химически активные группы в растущей пептидной молекуле, чтобы взаимодействовали только нужные участки. Более того, открытую или незащищенную группу тоже приходится активировать для того, чтобы смогла образоваться пептидная связь.

Последовательность защиты, активации, синтеза и удаления защищающей группы должна повторяться до тех пор, пока не образуется законченная пептидная молекула нужного состава. Побочные продукты каждой предыдущей реакции и реагенты (протекторы, депротекторы и активаторы), которые использовались на каждой стадии, нужно было вымывать, а полученный в результате пептид - очищать, прежде чем добавить следующую аминокислоту. Поскольку на каждой стадии неизбежно терялась небольшая часть нужного продукта, конечный пептид представлял собой лишь небольшую фракцию потенциально возможного. Несмотря на то что эти классические методы позволили Винсенту дю Виньо синтезировать окситоцин и вазопрессин, а Меррифилду - приготовить пептиды от 20 и 40 аминокислот в выбранной наудачу последовательности, эти методы были неэффективны, отнимали много времени и труда.

В 1959 г. Меррифилд записал в своем исследовательском блокноте: «Необходим быстрый, количественный, автоматизированный метод синтеза длинных пептидных цепей». Он исходил из того, что если первая аминокислота формируется нерастворимым носителем, то нежелательные побочные продукты и реагенты могут вымываться из реакционного сосуда после каждой стадии, а растущий пептид остается при этом незатронутым. Если это так, то конечный выход продукции значительно увеличился бы. А когда процесс синтеза завершится, конечный пептид может быть отделен от своего носителя и очищен обычными методами. При поддержке Дилуорта Вулли из Рокфеллеровского института Меррифилд посвятил следующие три года разработке более совершенного метода синтеза пептида.

Наиболее эффективным носителем для первой аминокислоты оказался полимер стирола и дивинилбензола. В 1962 г. Меррифилд сообщил, что в относительно короткий период времени новый метод, названный твердофазным пептидным синтезом, обеспечил большой выход искусственных пептидов - почти 100 процентов предсказанного количества. Применив этот метод, Меррифилд и его коллеги синтезировали нонапептидный (состоящий из 9 аминокислот) гормон брадикинин - сильнодействующее средство, вызывающее расширение сосудов. Следующая их задача заключалась в конструировании аппарата, способного автоматизировать пептидный синтез. Работая вместе с помощником Джоном Стюартом в подвале своего дома и при содействии Нилса Джернберга из мастерской по изготовлению аппаратуры при Рокфеллеровском институте, Меррифилд в 1965 г. создал первую работающую модель автоматизированного устройства для твердофазного пептидного синтеза. Это устройство представляло собой контейнер для аминокислот и реагентов - реакционный сосуд с автоматическими впускным и выпускным клапанами и программным механизмом, который регулировал последовательность процесса.

С помощью сконструированного аппарата Меррифилд и его коллеги синтезировали несколько пептидных гормонов, включая брадикинин, окситоцин и ангиотензин (октапептид, который регулирует артериальное давление). Они также получили белок инсулин (содержащий 51 аминокислоту в двух цепях) всего лишь за 20 дней, в то время как раньше этот процесс занимал несколько месяцев. Противники новой технологии жаловались, что полученные с ее помощью пептидные продукты не были чистыми. Признавая, что проблема чистоты существовала с самого начала их работы над исследованием пептидного синтеза, Меррифилд отдал предпочтение прагматическому подходу в «использовании лучших из доступных в настоящее время методов синтеза, изоляции и характеристики продуктов реакции». «Усовершенствования в методах разделения появляются постоянно, - говорил он. - И то, что сегодня кажется недостижимым, завтра может оказаться на удивление простым». Проблему очистки продукта реакции вскоре помогла решить разработка метода высокоэффективной жидкостной хроматографии.

В 1969 г. вместе с Берндом Гутте Меррифилд завершил первый успешный синтез встречающегося в природе фермента рибонуклеазы. Рибонуклеаза, последовательность чередования аминокислот в которой была установлена Станфордом Муром и Уильямом Х. Стайном в 1960 г., являлась предметом исследований в Рокфеллеровском институте уже более 30 лет. Метод Меррифилда предусматривал осуществление 369 химических реакций и 11 931 отдельной стадии, для чего требовалось несколько недель непрерывной работы твердофазного синтезатора.

Разработанная Меррифилдом технология твердофазного синтеза, которую ни он сам, ни Рокфеллеровский университет никогда не патентовали, широко применяется в других институтах и коммерческих лабораториях для получения пептидных гормонов, нейропептидов, токсинов, белковых факторов роста, антибиотиков, нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Чаще всего эта технология используется при синтезе пептидов, содержащих до 50 аминокислот. Жена Меррифилда (в девичестве Элизабет Ферлонг), работающая в лаборатории ученого в Рокфеллеровском университете, применяет автоматизированную твердофазную технологию, исследуя возможность синтеза белка интерферона. Интерферон, содержащий 166 аминокислот, может служить ценным терапевтическим средством для лечения вирусных заболеваний и опухолей.

В 1985 г. Меррифилд был награждён Нобелевской премией по химии за предложенную им методологию химического синтеза на твердых матрицах. «Совершенно новый подход [Меррифилда] к органическому синтезу создал новые возможности в области пептидно-белковой химии и химии нуклеиновых кислот, - сказал Бендт Линдберг во вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук. - Он в значительной мере стимулирует развитие биохимии, молекулярной биологии, медицины и фармакологии, а также имеет большое практическое значение для разработки новых лекарственных препаратов и для генной инженерии».

У супругов Меррифилдов, заключивших брак в 1948 г., шесть детей. Живут они в Кресскилле (штат Нью-Джерси).

Часть своего свободного времени ученый уделяет бойскаутскому движению. В 1968 г. Меррифилд был приглашенным нобелевским профессором в Упсальском университете в Швеции. С 1969 г. он работает заместителем главного редактора «Международного журнала по исследованию пептидов и протеинов («International Journal of Peptide and Protein Research»). В число большого количества наград, которых удостоен ученый, входят: премия Альберта Ласкера за фундаментальные медицинские исследования (1969), международная награда Гарднеровского фонда (1970), награда за творческую работу в области синтеза органических соединений (1972) и медаль Николса (1973) Американского химического общества. Меррифилд - член американской Национальной академии наук. Ему присвоены почетные степени университета Колорадо, а также Йельского и Упсальского университетов.

Источник:

1. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.- М.: Прогресс, 1992.

МИТЧЕЛЛ (Mitchell), Питер Деннис

29 сентября 1920 г. - 1992 г.

Нобелевская премия по химии, 1978 г.

Английский биохимик Питер Деннис Митчелл родился в Митчеме (графство Суррей), в семье служащего Кристофера Гиббса Митчелла и Беатрис Дороти (Тэплан) Митчелл. Он окончил Королевский колледж в Тонтоне, где занимался у Ч.Л. Уайзмана, математика и музыканта. Однако вступительные экзамены в колледж Иисуса Кембриджского университета Митчелл сдал так плохо, что, если бы не рекомендательное письмо Уайзмана, не был бы принят туда в 1939 г.

В Кембридже Митчелл изучал химию, физиологию, математику и биохимию и в 1943 г. получил степень бакалавра с отличием. В том же году он приступил к подготовке докторской диссертации по биохимии под руководством Дж.Ф. Даниэлли, в лаборатории которого занимался исследованием процесса переноса биохимических субстанций через клеточные мембраны, одновременно продолжая изучение биохимии. В 1950 г. ему была присуждена докторская степень за диссертацию о механизме действия пенициллина - открытого в 1928 г. Александером Флемингом антибиотика, который воздействует на клеточные мембраны, подвергнувшиеся «нападению» бактерий.

После получения докторской степени Митчелл был назначен демонстратором биохимической кафедры в Кембридже. Здесь Митчелл исследовал механизм окислительного фосфорилирования (таким путем образуется 95 процентов энергии у аэробных организмов) и очень похожий на него механизм фотосинтетического фосфорилирования (при котором большое количество необходимой для своей жизнедеятельности энергии растения получают от солнца). В то время эти два механизма относились к числу крупных нерешенных проблем биохимии.