История химии

Нобелевская премия по химии 2002

Нобелевскую премию по химии 2002 года присудили трем ученым ‑ американцу Джону Фенну (John B. Fenn), японцу Коити Танака (Koichi Tanaka) и швейцарскому химику Курту Вютриху (Kurt Wuthrich).

JOHN B. FENN	Родился 1917 Место рождения: New York City, U.S.A. Гражданство: U.S.A. Место работы: Virginia Commonwealth University Адрес:   Dept. of Chemistry 1001 W. Main St. P.O. Box 842006 Richmond, VA 23284-2006 USA Образование: Yale University, Ph. D. 1940
KOICHI TANAKA	Родился: 1959 Место рождения: Toyama City, Japan Гражданство: Japan Место работы: Shimadzu Corp. Адрес:   1. Nishinkokyo Kuwabaracho Nakagyou-ku Kyoto 604-8511 Japan Образование: Tohoku University, B. Eng. 1983
KURT WÜTHRICH	Родился: 1938 Место рождения: Aarberg, Switzerland Гражданство: Switzerland Место работы: Swiss Federal Institute of Technology Zürich The Scripps Research Institute Адрес:   Swiss Federal Institute of Technology Zürich ETH Hvnggerberg, HPK CH-8093 Zürich Schweizand The Scripps Research Institute 10550 North Torrey Pines Rd, La Jolla, CA 92037 USA Образование: University of Basel, Ph. D. 1964

Нобелевский комитет отметил работы, позволившие увидеть, как устроены крупные биологические молекулы. На основании работ этой тройки химиков, как говорится в заявлении Нобелевского комитета, появилась возможность делать трехмерное изображение белковых молекул, а это, в свою очередь, позволило понять, как работает в клетке тот или иной белок. По сути дела, эти ученые дали жизнь новому научному направлению - протеомике (науке исследования белков, их функций, их взаимодействия и роли в поддержании жизни), - которая сегодня быстро приобретает громадное значение и становится даже более важной, чем популярная геномика.

Джон Фенн и Коити Танака усовершенствовали метод масс-спектрометрического анализа, известный уже около ста лет, позволив применить его к большим молекулам.

Масс-спектрометр измеряет массу атомов или молекул, переводя их в газообразное состояние, превращая в ионы и разгоняя в электрическом и магнитном полях. Измеряя скорость полета иона, можно вычислить его массу. До недавних пор такие измерения удавалось провести только на отдельных атомах или на небольших и средних по размерам молекулах, превышающих массу атома водорода не более чем в тысячу раз. Неясно было, как перевести в газообразную фазу и ионизировать крупную молекулу, например, белка, не изменив при этом коренным образом ее строение, что исказит результат измерения. Типичные молекулы белков превышают массу атома водорода в десятки или сотни тысяч, а то и в миллионы раз.

Джон Фенн предложил распылять раствор исследуемого белка в сильном электрическом поле. Когда вода мелких капелек испаряется, одноименный электрический заряд расталкивает молекулы, содержащиеся в капельке. В камере спектрометра остаются витать электрически заряженные молекулы белка, которые можно подвергнуть обычной процедуре разгона.

Другой способ предложил инженер Коити Танака: распылять и ионизировать крупные молекулы ударом лазерного луча. Если метод Фенна применим к растворам, то японский - к белкам, находящимся в твердом или полутвердом состоянии. Обе методики уже широко применяются в биохимии, медицине, фармакологии.

В интервью газете "Нью-Йорк Таймс" Фенн сказал об этих изобретениях: "Мы научили слонов летать".

Третий лауреат 2002 года, Курт Вютрих, показал, что к биологическим макромолекулам можно применить метод ЯМР - явление ядерного магнитного резонанса. Оно известно уже более полувека и состоит в том, что атомы, помещенные в сильное постоянное магнитное поле с наложенным на него слабым переменным электромагнитным полем, резонируют на определенной частоте. Эта частота зависит от свойств самого атома и от того, какими атомами он окружен. Интерпретируя данные ядерного магнитного резонанса, можно понять, из каких атомов состоит молекула, и рассчитать, каким образом они соединены. Но делать такие расчеты долгое время можно было только для небольших и сравнительно простых молекул.

В 1985 году К. Вютрих сумел разработать способ определения того, от какого именно атома большой молекулы идет каждый резонансный сигнал. Метод Вютриха позволяет также рассчитать расстояние между соседними атомами одной молекулы, то есть, в конечном счете, представить ее структуру. Сейчас известно строение нескольких тысяч белковых молекул, и 15-20 % данных получены методом Вютриха. До этого открытия единственным способом расшифровки структуры крупных молекул служил рентгеноструктурный анализ, но для него исследуемое вещество должно находиться в кристаллической форме. Получение кристаллического белка - дело сложное и не всегда удающееся, а ЯМР-метод позволяет изучать белок в растворе, в наиболее естественной его форме. Комбинация двух методов дает более точные результаты. К. Вютрих широко известен в научных кругах своими исследованиями "неправильных белков" - прионов, ответственных за возникновение страшного заболевания <коровьего бешенства>, смертельно опасного не только для скота, но и для людей.

По материалам журнала <Наука и жизнь> и <Независимой газеты>