НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1972 г. / ХИМИЯ / КРИСТИАН АНФИНСЕН

Кристиан Анфинсен (Christian Anfinsen)

26 март 1916 г. – 14 май 1995 г.

Нобелова награда за химия (заедно със Станфорд Мур и Уилям Стайн)

(За изследването на рибонуклеазата и особено на взаимната връзка между аминокиселинната последователност и нейната биологично активна конформация.)

Американският биохимик Кристиан Бумер Анфинсен е роден в Монесън (щат Пенсилвания), малко промишлено градче близо до Питсбърг. Баща му, в чест на когото е наречен, емигрира в САЩ от Норвегия, а майка му, София (Расмунсен) Анфинсен, е също от норвежки произход. След като завършва местното училище, Анфинсен постъпва в колежа „Суъртмор“, където през 1937 г. му присъждат степента бакалавър. След това учи органична химия в Пенсилванския университет, изпълнявайки едновременно с това длъжността помощник-преподавател по същия предмет. През 1939 г. получава степента магистър на науките, а през следващата година отива в Карлсбергската лаборатория в Копенхаген (Дания) като стипендиант на Американско-скандинавския фонд.

Като се връща през 1940 г. в САЩ, Анфинсен получава стипендия за Харвардския университет. Три години по-късно там му присъждат степента доктор по биохимия и той става преподавател във факултета по биологическа химия в Харвардското медицинско училище в Бостън. През 1944-1946 г. служи като цивилен в Управлението на научно-изследователските и опитно-конструкторските дейност на САЩ. През академичната 1947/48 година е младши изследовател в Американското онкологично дружество към биохимичния отдел на Нобеловия институт в Швеция, където работи под ръководството на Аксел Хуго Теорел. След завръщането си в САЩ става адюнкт-професор в Харвард, но в края на годината напуска поста си и оглавява лабораторията по клетъчна физиология към Националния кардиологичен институт, влизащ в състава на Националния съвет по здравеопазването (НСЗ) в Бетезда (щат Мериленд).

В докторската си дисертация Анфинсен описва своите изследвания, свързани с разработването на методи за измерване на активността на ферментите, намиращи се в ретината на окото. Ферментите са вериги от аминокиселини, управляващи химичните реакции в живите организми. Тъй като до голяма степен са каталитични, а не структурни протеини (аналогични на мускулните протеини), ферментите управляват реакциите, без да участват в тях. Когато Анфинсен пристъпва към своята работа, е известно, че веригата от аминокиселини е усукана в тримерна сферична форма. Предполага се, че всеки протеин е усукан, макар да не е известно по какъв начин, и че приема определена, характерна само за него форма, която е свързана с неговите функции. Но никой по това време не е определил пълната аминокиселинна последователност на някакъв фермент и не знае нищо за това как ферментите контролират огромния комплект от известни биохимични реакции.

Анфинсен смята, че за разбирането на връзката между структурата и функциите на ферментите е необходимо да се проучи процесът на тяхното свързване в живите организми. В средата на 40-те години той и неговият колега Дейвид Щайнберг започват да изследват процеса на включването на аминокиселини, белязани с изотопи, в протеините. Преди това Фредерик Сангър определя в Кеймбриджския университет, Англия, последователността на аминокиселините в инсулина. Като прилага методите на Сангър в своите изследвания, Анфинсен предполага, че ако синтезира верига от аминокиселини, свързвайки ги една след друга, и измерва активността на веригата след всеки стадий, ще може да определи точно връзката между свойствата на фермента и аминокиселинната последователност. За своите изследвания той избира рибонуклеазата – фермент, състоящ се от сто двадесет и четири аминокиселини и синтезиращ се в панкриаса. Разделяйки нуклеотидната верига на рибонуклеиновата киселина (РНК) в храната, рибонуклеазата прави възможно повторното използване на компонентите на тази верига в организма.

Почти по същото време изследователска група от института „Рокфелер“ (днес университета „Рокфелер“), оглавявана от Станфорд Мур и Уилям Стайн, започва да работи по аналогичен проблем. Скоро Анфинсен разбира, че тази група може да определи последователността на фермента по-рано от него.

След като му е присъдена наградата „Рокфелер“, Анфинсен си взема отпуск и прекарва академичната 1954/55 година в Карлсбергската лаборатория, работейки там под ръководството на Кай Линдестрьом-Ланг. Линдестрьом-Ланг, който е физикохимик, помага на Анфинсен да изследва ферментите, „разтваряйки пред тези органични съединения – както пише по-късно ученият, - пред тези големи некристални макромолекули, завесите на тайнствеността“. Анфинсен планира да се заеме отначало само със синтезирането на фермента, но след това решава да започне изследване на цялата молекула на рибонуклеазата, наблюдавайки я в различни условия.

По това време е известно, че протеините денатурират (губят своята активност) при различни химични условия. Денатурация се наблюдава, когато силите, поддържащи веригата от аминокиселини (първичната структура) в определена, плътно опакована конфигурация (третична структура), престават да действат. Един от факторите, крепящи третичната структура, е наличието на дисулфидни съединителни връзки, които се образуват между цистините, съдържащи сяра аминокиселини. Анфинсен "разплита" частично рибонуклеазата, като я денатурира и разрушава химически съдържащите се в нея четири дисулфидни връзки, за да получи хаотично сплетена (и поради това неактивна) верига от аминокиселини. След това той открива, че когато тази неподредена структура се постави в химична среда, подобна на средата, в която рибонуклеазата се намира в организма, първоначалната активна третична структура постепенно се възстановява.

Към 1962 г. Анфинсен завършва физико-химичното си изследване, което демонстрира неговата „термодинамична хипотеза“. Според нея третичната структура на активанта рибонуклеаза се формира в резултат от прегрупирането на аминокиселините при определени физиологични условия, като тази конфигурация има най-малка енергия и следователно е най-стабилна. Една аминокиселинна последователност определя и третичната структура на фермента, и неговата функционална активност.

През 1962 г. Анфинсен напуска НСЗ и става професор по биохимия в Харвардското медицинско училище, но на следващата година се връща и оглавява лабораторията по химическа биология към Националния институт по артрита, метаболизма и заболяванията на храносмилателната система. Там през 60-те години той проучва структурно-функционалните връзки на много протеини. Като разбира, че може да облекчи своята работа, използвайки фермент, който не съдържа дисулфидни връзки, Анфинсен изследва молекулите на нуклеазата, взети от бактерията Staphylococcus aureus. Към 1970 г. изследователите от университета „Рокфелер“ синтезират окончателно фермента.

След получаването на Нобеловата награда Анфинсен започва да се интересува от интерферона – протеин, който играе ключова роля в защитата на организма от вирусите на рака. След синтезирането на това вещество той предприема серия от изследвания за проучване на неговата структура и неговите свойства. През 1982 г. заема поста професор по биология в университета „Джонс Хопкинс“.

През 1941 г. Анфинсен се жени за Флоранс Бърнайс Кененджър; семейството има три деца – две дъщери и един син. През 1978 г. двамата се развеждат. На следващата година Анфинсен се жени за Либи Естър Шулман-Или. В свободното си време ученията се занимава с ветроходство и слуша музика.

Анфинсен е член на съвета на института „Вайцман“ в Реховот (Израел), на Американското дружество на биохимиците, на американската Национална академия на науките и на Датската кралска академия. Присвоени са му почетни степени от колежа „Суъртмор“, от колежа „Провиданс“, от Нюйоркския медицински колеж, а също така от Джорджтаунския и Пенсилванския университет.

Превод от руски: Павел Б. Николов