НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1971 г. / ФИЗИОЛОГИЯ ИЛИ МЕДИЦИНА / ЪРЛ СЪДЪРЛАНД

Ърл Съдърланд (Earl Sutherland)

19 ноември 1915 г. – 3 септември 1974 г.

Нобелова награда за физиология или медицина

(За откритията му, свързани с механизмите на хормоналното въздействие.)

Американският биохимик Ърл Уилбър Съдърланд е роден в малкото градче Бърлингейм в Източен Канзас. Той е петото от шестте деца в семейството. Баща му, който носи същото име като сина си, в продължение на десет години работи като фермер в Ню Мексико и Оклахома, след това се установява в Бърлингейм, където с помощта на съпругата си Едит Съдърланд (Харштън) и децата си поставя началото на производствен бизнес. В детството си Ърл има възможността да се разхожда на воля по горите и полетата и оттогава за цял живот запазена любов към природата. В училище той се занимава активно със спорт, особено с баскетбол, футбол и тенис. Книгата на Пол де Крайф "Ловци на микроби", разказваща в достъпна форма за дейността на Луи Пастьор и на други известни учени медици, пробужда интереса на младия Ърл към биологията и медицината.

През 1933 г. Съдърланд постъпва в колежа "Уошбърн" в град Топика (щат Канзас), но по време на Голямата депресия неговите родители се разоряват напълно. Прибавяйки към стипендията си средствата, които печели като санитар в местната болница, Съдърланд успява да продължи образованието си и през 1937 г. получава диплома на бакалавър. През същата година той започва да учи медицина в медицинското училище на Вашингтонския университет в Сейнт Луис. Курсът по фармакология там се води от Карл Кори и Съдърланд става негов студент. Той прави добро впечатление на Кори със своята работа и Кори му предлага длъжността на студент лаборант. Благодарение на това Съдърланд не само придобива представа за научната работа, но и установява трайни дружески отношения с Кори.

През 1942 г. Съдърланд получава медицинска диплома и, желаейки да се занимаваш с практическа медицина, постъпва като интернист в болницата "Барнс" в Сейнт Луис. В края на Втората световна война той е мобилизиран в армията и работи отначало като батальонен хирург, а след това като лекар във военна болница в Германия.

През 1945 г. Съдърланд е демобилизиран и се връща в Сейнт Луис. Там пред него се изправя проблемът да избере между медицинската практика и научната работа. След време той пише: „Кори ме убеди - не толкова с думи, колкото с конкретния си пример, че трябва да се заема с изследователска работа“. През следващите осем години Съдърланд работи във факултета по биохимия към Вашингтонския университет, първоначално като преподавател, а след това като адюнкт-професор. През това време той съсредоточава своите усилия върху две направления. Първо, заема се с изследване на фосфорилазата - фермент, който катализира деленето на гликогена в черния дроб и мускулите (гликогенът, когато е необходимо, се дели в организма до глюкоза – въглехидрат, който служи за източник на енергия). Второ, Съдърланд се опитва да определи по какъв начин хормоните адреналин (синтезиращ се в надбъбречната медула) и глюкагон (хормон на панкреаса) предизвикват освобождаване на глюкоза от черния дроб.

През 1953 г. Съдърланд оглавява факултета по фармакология в университета "Уестърн Ризърв" в Кливланд. По това време той установява, че първият етап от разпадането на гликогена в екстракти от черен дроб се стимулира от адреналина или от глюкагона, а след това се катализира от фосфорилазата. Изучавайки подробно фосфорилазата, Съдърланд открива, че в екстрактите от черен дроб има още два фермента: единият от тях превръща активната фосфорилаза в неактивна (при което се отделя неорганичен фосфат), а вторият реактивира неактивната фосфорилаза, като неорганичният фосфат се включва в нейната молекула. Този цикъл на фосфорилиране-дефосфорилиране е един от най-важните процеси, отговарящи за отделянето на енергия в организма.

По това време биохимиците от университета в Сиатъл (щат Вашингтон) Ъруин Кребс и Едмънд Фишер откриват същият фермент в мускулите и доказват, че реактивацията на фосфорилазата в мускулната тъкан протича в присъствието на нуклеотида аденозинтрифосфат (АТФ) и на специален фермент, който днес е известен под наименованието киназа на фосфорилазата. Основавайки се на тези данни, Съдърланд и неговият сътрудник Тиъдър Рол опитват да добавят към препаратите с неактивна фосфорилаза и АТФ хормони, за да установят кой е стимулаторът на активационните реакции. В резултат от това те да доказват, че в безклетъчните екстракти както адреналинът, така и глюкагонът предизвикват образуването на активна форма на фосфорилазата. Тъй като преди това се смята, че хормоните оказват пряко въздействие върху цялата клетка, това изследване довежда до нов поглед върху механизма за въздействие на хормоните - по-специално доказва, че влиянието на хормоните е молекулярен процес.

Продължавайки своите изследвания, Съдърланд открива неизвестно по-рано вещество: цикличния 3`, 5`-аденозинмонофосфат (ц-АМФ). Това вещество съдейства за превръщането на неактивната фосфорилаза в активна и отговаря за освобождаването на глюкоза в клетките. Откриването на ц-АМФ позволява на Съдърланд да формулира хипотезата за вторичните посредници при въздействието на хормоните, обясняваща по какъв начин хормоните предават сигнали на тъканите. Съдърланд предполага, че адреналинът и глюкагонът са първични посредници, които се отделят от местата на тяхното образуване и се пренасят с кръвта до тъканите. Там те се свързват с рецепторите на външната клетъчна повърхност и тази реакция служи за сигнал на клетките да повишат активността на аденилатциклазата - фермент, който се намира на вътрешната клетъчна повърхност. На свой ред активацията на аденилатциклазата предизвиква образуване на ц-АМФ, служещ за вторичен посредник (медиатор), стимулиращ специфичните функции на много вече налични в клетката ферменти. Подобни представи обясняват защо глюкагонът и адреналинът оказват върху клетките на черния дроб еднакво в качествено отношение въздействие.

Отначало изолирането на ц-АМФ не привлича особено вниманието на учените, но по-нататък те признават, че Съдърланд е открил нов биологичен принцип - общия механизъм за въздействието на много хормони. Нещо повече, той открива, че аденилатциклазата може да се активира не само от адреналина и глюкагона и че ц-АМФ въздейства не само върху фосфорилазата, но и върху други ферментни системи.

През 1963 г. Съдърланд става професор по физиология в университета "Вандербилт" в Нашвил (щат Тенеси) и там получава възможността да отделя цялото си време за научни изследвания. Като се съсредоточават изключително върху проучването на ц-АМФ, той и неговите колеги доказват, че това вещество служи за вторичен посредник (медиатор) при повече от дванадесет хормона на млекопитаещите. Освен това се оказва, че ц-АМФ участва в регулирането на активността на нервните клетки при бактериите. При някои амеби ц-АМФ служи като сигнал за обединяване на отделни клетки в репродуктивни агрегати. Присъствието на ц-АМФ както в многоклетъчните, така и в едноклетъчните организми свидетелства, че това вещество е започнало да играе ролята на регулатор в клетъчните процеси още от много ранни стадии на еволюцията.

По времето, когато Съдърланд получава Нобеловата награда, повече от две хиляди изследователи проучват ц-АМФ. Неговото откриване води до появата на нови области в най-различни дисциплини: от ендокринологията до онкологията и дори психиатрията, тъй като, по думите на Съдърланд, това вещество "влияе върху всичко - от паметта до краищата на пръстите". От 1971 г. Съдърланд започва да проучва цикличния 3`, 5`-гуанозин-монофосфат (ц-ГМФ), който, също като ц-АМФ, е широко разпространен в тъканите на млекопитаещите и на нисшите животни. През 1973 година Съдърланд се мести в университета "Маями". Една година по-късно умира след силен кръвоизлив в хранопровода.

През 1937 г. Съдърланд се жени за Милдред Райс. Този брак завършва с развод. През 1963 г. той се жени за Клаудия Себесте. Семейството има четири деца. За Съдърланд говорят като за отворен, общителен и добродушен човек. Според Карл Кори няколко черти определят научните успехи на Съдърланд: "Първо, и вероятно най-главното, е, че той е надарен с интуиция. Той може да осъществи нужния експеримент в най-подходящото време, без да разбира добре защо прави точно така. Второ, неговата интуиция е развита дотолкова, че ражда удивително упорство... Трето, той е прекрасен лабораторен изследовател, който може да си спомни всеки експеримент, направен някога от него или от неговите сътрудници". Към тези черти трябва да се добавят, казва Кори, "честолюбието, огромната енергия и яркостта и оригиналността на решенията".

Освен с Нобелова награда Съдърланд е удостоен с наградата Торалд Солмен за фармакология на Американското дружество по фармакология и експериментална терапия (1969 г.), с награда Диксън за медицина на Питсбъргския университет (1970 г.), с награда Албърт Лакстър за фундаментални медицински изследвания (1970 г.) и с наградата за научни постижения на Американската кардиологична асоциация (1971 г.). Той е член на Американското дружество на биохимиците, на Американското химическо дружество, на Американското дружество по фармакология и експериментална терапия и на Американската асоциация за съдействие на научното развитие. Присъствали са му научни степени от Йейлския и Вашингтонския университет.

Превод от руски: Павел БорлаугНиколов