НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ – 1970 ГОДИНА – ФИЗИОЛОГИЯ ИЛИ МЕДИЦИНА – БЕРНАРД КАЦ

Бернард Кац (Bernard Katz)

26 март 1911 г. – 20 април 2003 г.

Нобелова награда за физиология или медицина (заедно с Улф фон Ойлер и Джулиъс Акселрод)

(За откритията му в областта на хуморалните медиатори в нервните окончания и механизма за тяхното запазване, освобождаване и инактивиране.)

Английският биофизик Бернард Кац е роден в Лайпциг. Той е единственото дете в семейството на Евгения Кац (Рабинович) и Макс Кац. През 1929 г. завършва гимназията „Алберт“ (подготвително училище за колеж) и постъпва в Лайпцигския университет, където учи медицина. По време на студентските си години проявява особен интерес към проблема за функциите и електрическите свойства на нервните клетки. През 1933 г., една година преди да вземе медицинската си диплома, Кац получава наградата „Зигфрид Гартен“ за физиологични изследвания. По това време на власт в Германия идва Хитлер и нацисткото правителство започва да гони евреите от университетите, изследователските лаборатории и други заведения. Понеже е евреин и за него е опасно да остане в Германия, през 1935 г. Кац заминава за Англия. Там продължава изследванията си в областта на неврохирургията в Лондонския университет под ръководството на Арчибалд В. Хил и през 1938 г. получава докторска степен.

По това време става ясно, че Втората световна война е неизбежна, и затова Кац приема предложението на Джон К. Екълс да се премести в Австралия, където ще бъде в безопасност. Кац постъпва на работа в болница в Сидни и през 1941 г. получава гражданство на Общността на нациите. След една година, когато Австралия е заплашена от нахлуване на японските войски, Кац се записва в Кралските военновъздушни сили на Австралия и до края на войната служи като радиолокационен офицер в Тихоокеанския регион.

В началото на 40-те години Кац, Екълс и техният колега Стефан Кафлер изследват предаването на възбудите от нервните клетки на мускулните влакна. До Първата световна война повечето неврофизиолози предполагат, че нервните клетки възбуждат мускулните влакна или други нервни клетки чрез пряко електрическо въздействие, както електрическите импулси се разпространяват по отделните нервни клетки. Но изследванията, направени от Ото Льови и Хенри Х. Дейл през 20-те и началото на 30-те години, доказват, че възбудите се разпространяват чрез синапсите (специализирани структури, в които възбудата преминава от нервно влакно към нервно влакно или от нервно влакно към мускулно влакно или някаква друга клетка) с помощта на химични посредници – медиатори.

Сред изследователите, които се придържат към електрическата теория за синаптично предаване, до 40-те години най-ярък последовател е Екълс. Но след изследванията на Кац и Кафлер, посветени на влиянието на химичните вещества върху предаването в нервно-мускулния синапс, неговите възгледи се променят. След края на Втората световна война Екълс заминава за Нова Зеландия, където прави експерименти, окончателно разрушаващи хипотезата му.

След завръщането си в Лондон през 1946 г. Кац постъпва отново на работа в лабораторията на Хил в Университетския колеж. Тъй като познава прекрасно електрофизиологичните методи да изследване на нервните клетки, но не е специалист в областта на биохимията, той прекъсва временно работата си по изучаване на химичните процеси в синапсите и се присъединява към изследванията на Алън Ходжкин и Андрю Хъксли, които проучват свойствата на импулсите (потенциалите на действие) в отделните нервни клетки. Учените откриват, че този процес се подчинява на чисто биологични закономерности.

През 1950 г. Кац се връща към изследването на нервно-мускулните съединения и заедно със своя колега Пол Фет прилага нови методики за регистриране на електрическите импулси в отделните неврони. Изследователите се интересуват от електрическата активност на така наречените крайни пластинки на мускулното влакно, която регистрират чрез синапса. По това време Дейл установява, че тази активност се появява при отделяне от нервните окончания на медиатора ацетилхолин. Именно взаимодействието между ацетилхолина и мускулните влакна довежда до електрическо възбуждане и свиване на мускула. Както пише по-късно Кац, в хода на тези експерименти изследователите „се сблъскват със съвсем неочаквано явление. Оказва се, че дори без каквото и да е възбуждане крайната пластинка на мускулното влакно не се намира в състояние на покой, а напротив – в нея се регистрира електрическа активност във вид на отделни и възникващи случайно слаби потенциали“.

При по-нататъшните си изследвания, някои от които заедно с Хосе дел Кастильо, Кац открива, че „всеки слаб потенциал на крайната пластинка е обусловен от едновременното действие на голямо количество молекули ацетилхолин, отделящи се във вид на квант от краищата на еферентните нервни влакна“. Резултатите от работата на двамата учени са публикувани през 1954 г. и през същата година редица специалисти по електронна микроскопия, сред които и Джордж Е. Паладе, описват за първи път ултраструктурата на синапсите. При това е открита удивителна особеност – в пресинапсната област (окончанието на еферентните влакна) се съдържат множество малки мехурчета. Две години по-късно Кац и Дел Кастильо предполагат, че тези мехурчета съдържат ацетилхолин. Когато подобно мехурче се слее със синаптичната мембрана, се отделя един квант медиатор; молекулите медиатори дифундират през синаптичната цепнатина, взаимодействат с мускулната клетка и в нея се появява единичен слаб. Така, както пише по-късно Кац, е установено, че „обикновеният потенциал на крайната пластинка се образува в резултат от статистичното сумиране на отделните кванти, аналогични на спонтанно възникващите слаби потенциали“.

Скоро Кац си задава важния въпрос: „По какъв начин импулсът, идващ в нервното влакно... увеличава вероятността за едно квантово събитие?“ През следващите десет години ученият и колегата му Рикардо Миледи се опитват да отговорят в своите изследвания на този въпрос с помощта на методики, подобни на тези, които прилагат Ходжкин и Хъксли при проучването на потенциала на действие. По това време вече е установено, че потенциалът на действие е обусловен от преминаването на натриеви и калиеви йони през мембраната на нервните клетки. През 1967 г. Кац и Миледи доказват, че отделянето на медиатор е свързано с калциевите йони.

С помощта на точни методики, позволяващи да се изследват много слаби сигнали, Кац и неговите колеги измерват количествено електрическите промени, предизвиквани от въздействието на една молекула ацетилхолин, и доказват, че всеки слаб потенциал на крайната пластинка съответства на ефекта на няколко хиляди такива молекули, иначе казано – на точно това количество, което трябва да се намира в едно синаптично мехурче.

От 1946 г. Кац работи в Университетския колеж в Лондон – отначало като заместник-директор по биофизичните изследвания, а след това, през 1950-1951 г. - като преподавател по физиология. През 1952 г. заема длъжността професор по по биофизика и завеждащ катедрата по биофизика.

През 1945 г. Кац се жени да Маргарет Бенли. Семейството има две деца.

През 1969 г. Кац получава дворянско звание. Удостоен е с медала Бейли на Кралското дружество на лекарите (1967 г.) и с медала Копли на Кралското научно дружество (1967 г.). Член е на Италианската национална академия на науките, на Датската кралска академия на науките и изкуствата, на Американската академия на науките и изкуствата и на Националната академия на науките на САЩ. Освен това има почетни звания от Кеймбриджкия университет и от института „Вайцман“ (Израел).

Превод от руски: Павел Б. Николов