Кристиан Анфинсен

Биография

Американский биохимик Кристиан Бемер Анфинсен родился в Монессене (штат Пенсильвания), маленьком промышленном городке близ Питтсбурга. Его отец, в честь которого он был назван, иммигрировал в США из Норвегии, и мать, София Анфинсен (в девичестве Расмуссен), была тоже по происхождению норвежкой. По окончании местной школы А. поступил в Свортмор-колледж, где в 1937 г. ему была присвоена степень бакалавра. Затем он изучал органическую химию в Пенсильванском университете, одновременно выполняя обязанности помощника преподавателя по данному предмету. В 1939 г. он получил степень магистра наук, а в следующем году переходит в Карлсбергскую лабораторию в Копенгагене (Дания) в качестве стипендиата Американо-Скандинавского фонда.

Вернувшись в 1940 г. в США, А. получает стипендию в Гарвардском университете. Три года спустя там же ему присуждается степень доктора по биохимии, и он становится преподавателем факультета биологической химии в Гарвардской медицинской школе в Бостоне. В 1944...1946 гг. он служит на гражданском положении в Управлении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ США. В течение академического 1947/48 г. он был младшим исследователем Американского онкологического общества при биохимическом отделении Нобелевского института в Швеции, где работал под руководством А. Хуго Теорелля. После возвращения в США А. стал адъюнкт-профессором в Гарварде, но в конце года оставляет этот пост и возглавляет лабораторию клеточной физиологии при Национальном кардиологическом институте, входящем в состав Национального совета здравоохранения (НСЗ) в Бетезде (штат Мэриленд).

В докторской диссертации А. описал свои исследования по разработке методов измерения активности ферментов, находящихся в сетчатке глаза. Ферменты – это цепочки аминокислот, управляющих химическими реакциями в живых организмах. Так как ферменты в большей степени каталитические, а не структурные белки (аналогичные мышечным белкам), то они управляют реакциями, сами не вступая в них. Когда А. приступил к этой работе, было известно, что цепочка из аминокислот скручена в трехмерную сферическую форму. Предполагалось, что каждый тип белка скручен, хотя и неизвестно, каким образом, и принимает определенную, только для него характерную форму, которая связана с его функцией. Однако никто в то время еще не определил полную аминокислотную последовательность какого-либо фермента и ничего не знал о том, как ферменты контролируют огромный набор известных биохимических реакций.

А. считал, что для понимания взаимосвязи структуры и функции ферментов необходимо изучить процесс их собирания в живых организмах. В середине 40-х гг. он и его коллега Дэвид Штейнберг начали исследовать процесс включения аминокислот, меченных изотопами, в белки. Ранее Фредерик Сенгер в Кембриджском университете в Англии определил последовательность из 51-й аминокислоты белка инсулина. Применив методы Сенгера в своих исследованиях, А. предположил, что если он синтезирует цепочку аминокислот, присоединяя их одну за другой, и будет измерять ее активность после каждой стадии, то он сможет точно определить взаимосвязь между свойствами фермента и аминокислотной последовательностью. Для своих исследований он выбрал рибонуклеазу быка – фермент, состоящий из 124 аминокислот и синтезирующийся в поджелудочной железе. Расщепляя нуклеотидную цепочку рибонуклеиновой кислоты (РНК) в пище, рибонуклеаза делает возможным повторное использование в организме компонентов этой цепочки.

Почти в то же самое время исследовательская группа Рокфеллеровского института (ныне Рокфеллеровский университет), возглавляемая Станфордом Муром и Уильямом Х. Стайном, приступила к работе над аналогичной проблемой. Вскоре А. понял, что эта группа может определить аминокислотную последовательность фермента раньше, чем это сделает он сам.

Присуждение Рокфеллеровской премии позволило А. взять отпуск в НСЗ и провести академический 1954/55 г. в Карлсбергской лаборатории, работая под руководством Кая Линдерстрема-Ланга. Будучи физикохимиком, Линдерстрем-Ланг помог А. в изучении ферментов, «лишив эти органические соединения, – как писал впоследствии сам А. – эти большие некристаллические макромолекулы, завесы таинственности». Планируя вначале заняться только синтезом фермента, он тем не менее решил приступить к изучению всей молекулы рибонуклеазы, наблюдая за ней в различных условиях.

В то время было известно, что белки денатурируют (теряют свою активность) в различных химических условиях. Денатурация наблюдается, когда силы, поддерживающие цепочку из аминокислот (первичная структура) в определенной, плотно упакованной конфигурации (третичная структура), разрушаются, переводя белки в состояние неупорядоченного клубка. Одним из факторов, поддерживающих третичную структуру, является наличие дисульфидных связей-мостиков, которые образуются между серосодержащими аминокислотами-цистинами. А. частично раскрутил рибо-нуклеазу, денатурируя ее и химически разрушая содержащиеся в ней четыре дисульфидные связи, для получения единственной хаотически скрученной (и потому неактивной) цепочки аминокислот. Затем он обнаружил, что, когда эту неупорядоченную структуру переводят в химическую среду, напоминающую ту, в которой рибонуклеаза находится в организме, первоначальная активная третичная структура постепенно восстанавливается.

К 1962 г. А. завершил физико-химическое исследование, которое продемонстрировало его «термодинамическую гипотезу». В соответствии с его точкой зрения, третичная структура активной рибонуклеазы формируется в результате перегруппировки аминокислот при физиологических условиях, причем эта конфигурация обладает наименьшей энергией и, следовательно, является наиболее стабильной. Только одна аминокислотная последовательность определяет и третичную структуру фермента, и его функциональную активность.

В 1962 г. А. покинул НСЗ и стал профессором биохимии в Гарвардской медицинской школе, но в следующем году он вернулся и возглавил лабораторию химической биологии в Национальном институте артрита, метаболизма и заболеваний пищеварительной системы. Здесь в течение 60-х гг. он изучал структурно-функциональные взаимосвязи многих белков. Поняв, что может упростить свою работу, использовав фермент, не содержащий дисульфидных связей, А. исследовал молекулу нуклеазы из бактерии Staphylococcus aureus. К 1970 г. фермент был окончательно синтезирован исследователями из Рокфеллеровского университета.

«За работу по исследованию рибонуклеазы, особенно взаимосвязи между аминокислотной последовательностью и ее биологически активными конферментами», А. была вручена половина Нобелевской премии по химии за 1972 г. Мур и Стайн разделили вторую часть премии за аналогичную работу. В речи при презентации член Шведской королевской академии наук Бо Г. Мальмстрем поздравил трех лауреатов, которые вооружили других исследователей «подходом для решения проблем ферментативной активности на молекулярном уровне». Мальмстрем отметил, что особый интерес А. был сконцентрирован на механизме, ответственном за конфигурацию пептидной цепочки. «В серии изящных экспериментов он показал, что необходимая информация заключена в линейной последовательности аминокислот пептидной цепочки, что никакой дополнительной генетической информации, большей, чем та, которая заключена в ДНК, не требуется».

После получения Нобелевской премии А. заинтересовался интерфероном – белком, который играет ключевую роль в защите организма против вирусов и рака. После выделения этого вещества он предпринял серию исследований по изучению его структуры и свойств. В 1982 г. он получает пост профессора биологии в Университете Джонса Хопкинса.

В 1941 г. А. женился на Флоренс Бернайс Кененджер; у них трое детей – две дочери и сын. В 1978 г. они развелись.

В следующем году А. женился на Либби Эстер Шульман-Эли. На досуге он занимается парусным спортом и слушает музыку.

А. является членом совета Вейцмановского института наук в Реховоте (Израиль) и членом Американского общества биохимиков, американской Национальной академии наук и Датской королевской академии. В 1954 г. он получил премию гражданской службы Рокфеллеровского фонда. Ему присвоены почетные ученые степени Сортмор-колледжа, Провиденс-колледжа, Нью-Йоркского медицинского колледжа, а также Джорджтаунского. Пенсильванского и Брансдейского университетов.