Кристиан Бемер Анфинсен

Американский химик К. Б. Анфинсен, посвятивший многие годы своей исследовательской деятельности изучению структуры молекулы универсального фермента нуклеинового обмена - рибонуклеазы и разделивший честь получения Нобелевской премии 1972 г. за ее расшифровку с С. Муром и У. Стейном, своими работами не только заложил основы решения проблемы ферментативной активности на молекулярном уровне, но, главное, наметил программу применения биохимического подхода к проблемам эволюции.

Кристиан Бемер Анфинсен родился 26 марта 1916 г. в Моннесене (штат Пенсильвания, США) в семье инженера, выходца из Норвегии. В 1927 г. он окончил Свартемон-колледж и получил степень бакалавра, а в 1939 г., окончив Пенсильванский университет, стал магистром наук по органической химии. В студенческие годы он, по собственному признанию, "мало занимался чистой биологией, в том числе и генетикой", изучение этих областей, к необходимости которого привела ученого логика развития науки, было для него "и откровением и борьбой".

Первая настоящая встреча с биохимией произошла в Карлсбергской лаборатории в Копенгагене в 1940 г., где он стажировался в течение года под руководством Линдерштрём-Ланга. Вернувшись на родину, он изучал биологическую химию в Гарвардской медицинской школе, где в 1943 г. получил степень доктора философии. В 1943-1950 гг. он проработал в этой школе сначала в качестве инструктора, а затем ассистента профессора химии. Сотрудничество с X. Теореллом, работавшим в Нобелевском медицинском институте, способствовало избранию Анфинсена в члены Американского ракового общества (1947-1948).

В 1950 г. К. Анфинсен был приглашен в качестве заведующего лабораторией цитофизиологии и метаболизма в Национальный институт сердца, входящий в состав комплекса институтов здоровья (Бетезда близ Вашингтона). Приглашение в научный центр, где работают ученые с мировыми именами, было большой честью для Анфинсена. Здесь протекли последующие 20 наиболее продуктивных лет его творческой деятельности.

В центре внимания биохимиков Бетезды в это время были структурные изменения белков. Разработка программы этих исследований была начата в США еще во время второй мировой войны в связи с фракционированием белков плазмы крови. После войны биохимические подходы стали играть большую роль в изучении целого ряда заболеваний: нарушения обмена веществ, сердца, сосудов (рак, аллергия сердечно-сосудистая патология).

Рибонуклеаза не случайно стала одним из первых белков, подвергнутых тщательному изучению. Во-первых, этот фермент занимает одно из центральных мест в метаболизме живой клетки, и нарушение ее функционирования сопровождается целым рядом заболеваний. Налицо был четкий социальный заказ, доказательство чего - инициатива пищевой корпорации фирмы "Аrmur Inc." в Чикаго, изготовившей в начале 1950-х гг. около 1 кг высокоочищенного препарата панкреатической рибонуклеазы и предложившей его биохимикам всего мира. Во-вторых, объективная логика развития биохимии поставила на повестку дня изучение первичной структуры белков. Начало работ по рибонуклеазе совпало с блестящими достижениями прежде всего Ф. Сэнгера, предложившего метод динитрофенилирования для определения N-концевых групп в полипептидных цепях, что позволило преодолеть значительные трудности в разделении и исследовании продуктов гидролиза белков. Этот метод дал возможность самому Сэнгеру расшифровать строение инсулина, а В. дю Виньо - вазопрессина (1953-1954). В-третьих, в этот период (1952) Линдерштрём-Ланг выступил с принципиально новой концепцией об иерархической структуре белков (первичная, вторичная и третичная структуры белковой молекулы). И, наконец, сам фермент рибонуклеаза представляет чрезвычайно удобный объект для подобного исследования - ее молекулярная масса всего 15 000.

Стажировка еще до войны в Карлсбергской лаборатории позволила Анфинсену вновь приехать в лабораторию Линдерштрём-Ланга в этот "горячий" период. Здесь, в частности, появилась первая работа Анфинсена по анализу первичной структуры рибонуклеазы. К тому же периоду относится одна из первых публикаций Анфинсена о зависимости между структурой и функцией белков, написанная им совместно с Р. Редфильдом.

Вернувшись в Бетезду в 1956 г., Анфинсен приступает к углубленному исследованию фермента. Так как Стейн и Мур еще в 1954 г. опубликовали данные об аминокислотном составе фермента, то Анфинсен основное свое внимание концентрирует на 8 полуцистеиновых остатках и их роли во вторичной структуре фермента. Он обнаруживает, что молекула его состоит из одной длинной полипептидной цепи, образующей "складки", скрепленные дисульфидными мостиками. В ходе исследований в лаборатории Анфинсена разрабатываются новые методы. Широкую известность получил метод гидролиза окисленной рибонуклеазы трипсином с предварительным блокированием -аминогрупп лизина, метод развертывания полипептидной цепи с помощью восстановления S-S-связей тиогликолевой кислотой, а также широко используемый ныне метод хроматографии ферментов на фиксированных аналогах субстратов.

Предварительные результаты исследований структуры рибонуклеазы были опубликованы Анфинсеном в 1956 г. Учитывая эти данные, У. Стейн и С. Мур в 1960. г. опубликовали полную схему первичной структуры фермента. Научные достижения К. Анфинсена получили широкое признание: в 1958 г. он избирается в Национальную Академию искусств и наук США. Теперь ученого занимает новая проблема: зависимость активности фермента от пространственной структуры его молекулы. Концепция Линдерштрём-Ланга - "путеводная звезда" при поиске. Природный дар натуралиста-наблюдателя позволяет ему заметить спонтанное восстановление активности у обработанного тиогликолевой кислотой фермента при длительном стоянии его на воздухе. Но вновь возникает проблема: вся молекула фермента или только ее часть отвечает за активность? Новые эксперименты и их углубленный анализ приводят ученого к окончательному выводу: "... нативность фермента, выражающаяся в его способности катализировать некую определенную реакцию, не следует связывать со всей его структурой".

Этот последний тезис лег в основу совершенно новых исследований химика Анфинсена, превративших его в основоположника нового направления в биохимии - молекулярной эволюции. Структура белков теперь рассматривается Анфинсеном как прямое отражение структуры генов, и сравнительная биохимия белков может дать, по мнению ученого, представление о генетическом сходстве и различии особей разных видов. Выступив с перспективным утверждением о том, что "полное объяснение процесса видообразования следует искать в структуре белков", он предлагает совершенно новую трактовку процесса биологической эволюции: одна аминокислотная последовательность строго необходима для выполнения определенной каталитической функции и жестко сохраняется в эволюции, другая же - не имея столь важного функционального значения, сохраняется лишь как химический рудимент ранее существовавших молекул. К. Анфинсен может считаться одним из основоположников эволюционной биохимии молекул.

Короткий период (1962-1963) Анфинсен вновь работает в Гарвардской медицинской школе. В это время он избирается в Национальную Академию наук США (1963). Затем, получив в Бетезде лабораторию химической биологии Национального института артрита и заболеваний обмена, возвращается в научный центр уже руководителем Объединенной исследовательской программы в Национальных институтах здоровья США. В 1964г. Датское Королевское общество избирает его в свой состав; в последующие годы ряд университетов и институтов удостаивает его звания почетного доктора.

ЛИТЕРАТУРА

1. К. Анфинсен. Молекулярные основы эволюции. М., Изд-во иностр. лит., 1962.
2. Les Prix Nobel en 1972. Stockholm, 1973, p. 103.
3. В. М. Степанов. Природа, № l, 109 (1973).
4. Ch. B. Anfinsen. In: Modern Men of Science. Vol. II. New York, mc. Graw-Hill, 1958, p. 10.

К. Б. СЕРЕБРОВСКАЯ, Б. Д. КОМИССАРОВ