Аксель Хуго Теодор Теорелль

Биография

В возрасте 3 лет Хуго заболел полиомиелитом. Хотя в результате этой болезни у него была парализована левая нога, произведенная спустя шесть лет операция по трансплантации мышцы дала ему возможность передвигаться. Во время выздоравливания он научился играть на скрипке и, поступив в государственную среднюю школу в Линкопинге, стал дирижером студенческого оркестра; он также был председателем школьного научного общества.

Летом 1920 г. Т., мечтавший стать гражданским инженером, проходит обучение инженерному делу на шведской железной дороге. В следующем году, после окончания средней школы, он, однако, решает идти по стопам своего отца и заняться медициной.

В 1921 г. Т. поступает в Каролинский институт в Стокгольме; он завершает программу обучения за три года и в 1924 г. получает степень бакалавра медицины. Проведя лето в Пастеровском институте в Париже, где он занимался бактериологией, Т. возвратился в Стокгольм, где был назначен ассистентом по медицинской химии в Каролинском институте. Одним из его первых исследований было изучение влияния липидов (жиров) на новый разработанный клинический тест – скорость оседания эритроцитов (красных кровяных телец), или СОЭ. Эта работа показала, что липиды способствуют снижению СОЭ. В то же время Т. занимался совершенствованием электрофореза – лабораторного метода, применяемого для разделения белков плазмы (альбуминов и глобулинов), который он впоследствии использовал для выделения и очистки ферментов и коферментов (устойчивых к нагреванию, водорастворимых компонентов ферментов). После получения звания профессора в 1928 г. Т. защитил диссертацию по липидам плазмы (жирным кислотам) и получил в 1930 г. степень доктора философии.

В следующем году он женился на Элин Маргит Элизабет Алениус, пианистке, выступавшей также с концертами клавесинной музыки, которая обучалась игре на музыкальных инструментах с одной из сестер Т. в Стокгольме. У супружеской пары родились дочь и три сына. Во время медового месяца Т. с женой совершили путешествие на велосипедах в Англию, а затем отправились в Париж, где встретили клавесинистку Ванду Ландовску. Пока его жена в течение пяти месяцев занималась музыкой с Ландовской в Париже, Т. вернулся в Каролинский институт, где работал врачом и читал лекции по биохимии.

В это же время он продолжал исследования физико-химических свойств миоглобина, содержащегося в мышечной ткани и состоящего из белковой части – глобина и небелковой группы – тема, который впервые был обнаружен в 1897 г. учеными Каролинского института. Как и гемоглобин, переносчик кислорода в эритроцитах, миоглобин хранит кислород в мышцах животных и человека.

В то время не было ясно, являются ли молекулы миоглобина и гемоглобина идентичными, и Т. намеревался выполнить экспериментальную работу с целью разрешения этой проблемы. Сначала он выделил белковую часть миоглобина методами ультрацентрифугирования (высокоскоростного вращения в центрифуге) и электрофореза (перемещения коллоидных частичек под влиянием электрического поля). Затем определил физические и химические характеристики этого белка, включая скорость седиментации (осаждения), диффузии, сродство к кислороду и влияние pH на сродство к кислороду. И наконец, он сравнил характеристики двух молекул и таким образом продемонстрировал, что миоглобин и гемоглобин не идентичны. Однако он неточно определил, что молекулярная масса миоглобина составляла половину от массы гемоглобина. (Позднее было доказано, что молекулярная масса миоглобина составляет одну четвертую от массы гемоглобина.) Более низкая молекулярная масса объясняет факт экскреции (выделения) миоглобина почками при миоглобинурии, состоянии, при котором миоглобин обнаруживается в моче.

В 1932 г. Т. назначается адъюнкт-профессором медицины и физической химии Упсальского университета, а в течение последующих двух лет он – стипендиат Рокфеллеровского фонда в Институте клеточной физиологии кайзера Вильгельма (в настоящее время – Институт Макса Планка) в Берлине. Там, в лаборатории Отто Варбурга, он выполнил эксперименты с целью выделения и идентификации ферментов, катализирующих клеточное дыхание или клеточные окислительные реакции. К тому времени, когда Т. начал изучение окислительных ферментов, биохимическая модель биологического окисления и биоэнергетики только создавалась. В XIX в. французский физиолог Клод Бернар обнаружил гликоген в клетках печени экспериментальных животных, а Луи Пастер и другие исследователи описали метаболизм гликогена и глюкозы в живых клетках.

Гликоген, сложный углевод, представляет собой форму хранения основного источника клеточной энергии – глюкозы – в клетках. Гликоген и продукт его расщепления (глюкоза) метаболизируются одним из двух возможных биохимических путей: аэробным гликолизом, который требует присутствия кислорода, или анаэробным, происходящим в отсутствие кислорода. В последнем случае глюкоза превращается в молочную кислоту, или лактат. Аэробный путь метаболизма глюкозы представляет собой более естественный механизм получения клеточной энергии, чем анаэробный.

Альберт Сент-Дьёрдьи обнаружил, что окисление углеводов до углекислого газа и воды катализируется определенными ферментами из группы карбоксилаз и окислительные процессы используют как присоединение кислорода, так и удаление водорода и электронов, восстановление. К середине 30-х гг. становится ясно, что превращение пирувата (соли или эфира пировиноградной кислоты) в углекислый газ и воду представляет собой циклический процесс, в ходе которого образуются богатые энергией молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), основного источника энергии для различных биохимических процессов клетки. Т. заинтересовался цитохромом С, ферментом, катализирующим окислительные реакции на поверхности митохондрий, «энергетических станций» клетки.

Возвратившись в 1935 г. в Стокгольм, Т. продолжил свои исследования цитохрома С. В этом году он разделил кристаллический цитохром С на два компонента: коэнзим (катализатор) и апофермент (чистый белок), которые совместно обеспечивали течение окислительных реакций. После создания в 1937 г. медицинского Нобелевского института Т. был назначен туда профессором и руководителем отдела биохимии. С одним из сотрудников он посетил лаборатории Европы и изучил их техническое оснащение, чтобы организовать самые современные исследовательские структуры в стенах только что созданного, но еще не построенного института. Начавшаяся вторая мировая война отсрочила дальнейшую работу над его проектом. Хотя нейтралитет Швеции давал возможность Т. продолжать исследования, сотрудничество с иностранными учеными было ограничено.

В 1939 г. Т. провел три месяца в США, изучая биохимию белков с Лайнусом К. Полингом в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. По возвращении в Стокгольм он снова сконцентрировал свое внимание на биохимии гемопротеина, особенно на трехмерных пространственных взаимоотношениях между гемом (небелковой, нерастворимой, содержащей железо протопофириновой части гемоглобина), белковыми компонентами цитохрома С и субмолекулярными механизмами биологических окислительно-восстановительных реакций. Во время войны он также исследовал другую группу гемопротеиновых ферментов, относящихся к пероксидазокаталазной системе. Пероксидазы, представляющие собой окислительные ферменты, встречаются в клетках печени, а также участвуют в дыхании растений.

После войны Т. очистил и получил в кристаллическом виде миоглобин из мочи и мышцы сердца двух братьев, умерших от паралитической миолобинурии, заболевания, характеризующегося миопатией и наличием миоглобина в моче. В период этих многолетних исследований он и его коллеги на основе новых биофизических методов разработали экспериментальные способы изучения гемопротеинов, которые требовали относительно малых количеств биологического материала и были значительно усовершенствованы по сравнению с существующими.

Медицинский Нобелевский институт был открыт в Стокгольме в 1947 г., что отчасти стало возможным благодаря поддержке Рокфеллеровского общества и Национального института здравоохранения США. Поскольку Т. не стремился к преподавательской деятельности, он организовал работу в исследовательских лабораториях с учетом своих научных интересов. В частности, он руководил исследованиями ряда выдающихся ученых, включая Суне Бергстрёма.

В конце 40-х гг. Т. в содружестве с Брайтоном Чансом из Пенсильванского университета обратили внимание на отдельную группу окислительных ферментов, алкогольдегидрогеназ, существующую в разнообразных формах. Алкогольдегидрогеназа – фермент, катализирующий окисление алкоголя (этанола) в альдегид (ацетальдегид) в клетках печени. Поскольку Т. и Чане определили последовательность реакций в этом процессе, то механизм этих реакций был назван механизмом Теорелля – Чанса.

Нобелевская премия по физиологии и медицине 1955 г. была присуждена Т. «за открытия, касающиеся природы и механизма действия окислительных ферментов». В Нобелевской лекции при вручении премии Т. описал конечную цель исследований ферментов как «заполнение зияющей пропасти между биохимией и морфологией».

В 60-х гг. и в начале 70-х гг. Т. выполнял административные обязанности в Центральном фонде Общества Веннер-Грина, занимавшегося финансированием и организацией исследований приглашенных в Стокгольм ученых. После ухода Т. из Каролинского института в 1970 г. симпозиумы Веннер-Грина по окислительно-восстановительным ферментам проводились в его честь.

Известный среди своих коллег как добрый, дружелюбный человек с большим чувством юмора, Т. в течение многих лет являлся председателем Стокгольмского филармонического общества. После перенесенного в 1974 г. инсульта его здоровье начало ухудшаться, и спустя два года Т. отказался от своих обязанностей в Веннер-Грин-центре. Во время путешествия на остров Люстерё летом 1982 г. он скончался в возрасте 79 лет.

Награды Т. включают медаль Пауля Карреры по химии Цюрихского университета, медаль Шеле Ассоциации немецких фармакологов, медаль Сиба Лондонского биохимического общества, юбилейную медаль в честь 150-летия Каролинского института. Он был членом Шведской химической ассоциации, Шведского общества врачей и хирургов, Шведской королевской академии наук, Международного биохимического общества, Датской королевской, Норвежской и Американской академий наук и искусств, Американского философского общества и Лондонского королевского общества. Он был удостоен почетных степеней университетов Парижа, Пенсильвании, Кентукки, Мичигана и Брюсселя.