НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1975 г. / ХИМИЯ / ДЖОН КОРНФОРТ

Джон Корнфорт (John Cornforth)

7 септември 1917 г. – 8 декември 2013 г.

Нобелова награда за химия (заедно с Владимир Прелог)

(За работата му върху стереохимията на ензимните каталитични реакции.)

Австралийският химик органик Джон Уоркъп Корнфорт е роден в Сидни, в семейството на англичанина Дж. У. Корнфорт и австралийката Хилда (Ейпър) Корнфорт, чиито родители са по произход германци. В детството си Корнфорт живее в Сидни и в селска местност на щата Нов Южен Уелс. Когато е на десет години, се проявяват първите признаци на загуба на слух в резултат от отосклероза - заболяване, свързано с разрастване на костната тъкан в средната и вътрешната част на ухото, и след десет години Корнфорт загубва изцяло слуха си. Сериозен интерес към химията се появяват у бъдещия учен, още докато учи в средно училище в Сидни. И “виновен” за това е един от неговите учители.

През 1933 г. Корнфорт постъпва в университета в Сидни и след четири години го завършва с отличие, като получава университетски медал. След дипломната работа по химия той и Рита Х. Харадънс, студентка по органична химия в университета в Сидни, печелят стипендия, която им позволява да продължат образованието си в Оксфордския университет. През 1939 г., когато двамата заминават да учат в Англия, започва Втората световна война. В Лондон, в лабораторията на Робърт Робинсън, те проучват синтеза на стероидите, чиито органични молекули съдържат плоска четиричленна циклична структура с различни странични вериги. Сред срещащите се в природата стероиди на млекопитаещите са: холестеролът, мъжките и женските полови хормони (андрогените и естрогените), адренокортикостероидите (като кортизона) и жлъчните киселини. През 1941 г. Корнфорт и Рита Харадънс се женят, а през същата година и на двамата е присъдена от Оксфордския университет докторска степен по химия.

През годините на войната Корнфорт продължава да проучва стероидния синтез и химичния строеж на пеницилина, открит от Александър Флеминг. Пеницилинът е извънредно ефективен при лечение на инфектирани рани и пневмония. Резултатите от изследванията на Корнфорт по въпроса са отразени в излезлия през 1949 г. отчет “Химия на пеницилина”, засягащ работата на учени от различни страни по света върху синтезирането на антибиотика. Съпрузите Корнфорт работят в лабораторията на Съвета за медицински изследвания от 1946 до 1962 г.

Холестеролът, срещащ се в природата стероид, е компонент на биологичните мембрани и основа на стероидните хормони в жлъчните киселини. Молекулата на холестерола съдържа 27 атома въглерод, 19 от които образуват тетрациклична пръстенова система, а 8 - странична въглеродна верига. През 40-те години Конрад Блох доказва, че синтезът на холестерол в биологичните системи започва с молекула ацетилкофермент А (биологично активирана форма на оцетната киселина), откъдето идват всичките въглеродни атоми на холестерола (в синтеза на холестерола участват само 2 атома ацетилкофермент А). Три молекули ацетилкофермент А се съединяват и образуват молекула ХМГ-КоА редуктаза, в чиято основа лежи фрагмент от 6 атома въглерод, който се възстановява до мевалонова киселина, притежаваща молекула от шест въглеродни атома. Мавалоновата киселина се превръща след това в петвъглероден изопентенилпирофосфат, който, преминавайки през серия кондензационни стадии, образува сквален. Този тридесетчленен въглеводород преминава в ланостерин и със загуба в крайна сметка на три въглеродни групи образува холестерол. Като използват метода на белязаните атоми, Корнфорт и неговият колега Джордж Попжак посочват структурното положение на всяка молекула на оцетната киселина в холестерола и освен това идентифицират 24 междинни стадия между мевалоновата киселина и сквалена. А Рита Корнфорт синтезира белязани предшественици на мевалоновата киселина.

През 1962 г. Корнфорт и Попжак са назначени за директори на лабораторията по ферментология на компанията “Шел рисърч лимитейд” в Ситингбърн (графство Кент), близо до Лондон. От 1965 до 1971 г. Корнфорт работи едновременно и като адюнкт-професор в училището за молекулярни науки към университета “Уоруик”.

Корнфорт и Попжак съсредоточават вниманието си върху стереохимията (тримерния атомен модел) на молекулярното взаимодействие между ферментите и техните субстрати при синтеза на сквален от мевалоновата киселина. Те маркират систематично всеки от шестте метиленови водорода в мевалоновата киселина с деутерий или тритий (изотопи на водорода). Съчетавайки използването на радиоизотопите, ферментологията, методите за синтезиране, метода на химичната деструкция и чувствителното измерване на физичните параметри, Корнфорт и Попжак доказват в края на краищата, че всичките взаимодействия фермент-субстрат между мевалоновата киселина и сквалена са стереоспецифични, иначе казано - в резултат от тяхното взаимодействие се образува определен стереоизомер. Освен това те откриват, че взаимодействията фермент-субстрат (промеждутъчни в биосинтеза на терпеноидните съединения) също са стереоспецифични. Терпеноидите са производни на терпените - вещества, които лежат в основата на смолите и маслата. Терпеноидите, подобно на сквалена, се образуват от мевалоновата киселина.

Корнфорт и Попжак идентифицират и водородния атом на кофермента NADN (възстановен никотинамидадениндинуклеотид), който се пренася от молекулярния кислород към биологичните окислително-възстановителни реакции. Двадесетгодишното сътрудничество на Корнфорт с Попжак завършва през 1968 година, когато Попжак приема поканата да работи в Калифорнийския университет в Лос Анджелис.

Стереохимичният феномен на молекулярната симетрия и асиметрия може да бъде илюстриран със следните примери. Валентността (способността за химично свързване) на въглеродния атом е равна на 4 (може да се свързва с 4 други атоми или молекули). Ако въглеродният атом се свърже с 4 нормални атома водород (Н), образувалата се молекула метан (СН₄ или СНННН) има геометричната структура на симетричен тетраедър, в който централният атом въглерод е заобиколен от 4 атома водород, при което всеки от тях е разположен в един от ъглите на тетраедъра. Ако деутерият, или тежкият водород (D), замени една от водородните позиции в метана, СНННН се превръща в CDNNN. Смята се, че деутерираният метан е изкуствено асиметричен около въглеродния атом. Водородните позиции на метана могат да бъдат заменени и от по-големи молекулярни групи. Правилото за симетрия и асиметрия запазва силата си и при по-големи органични молекули.

Според думите на Корнфорт целта на неговата работа се състои в това “да разкрие скритата асиметрия, хиралността и стереоспецифичността при жизнените процеси чрез изследване на тази асиметрия, която е достъпна за проучване”. Хиралността е стереохимично свойство, означаващо несъвместимост на обекта с огледалното си изображение. От 1967 г. Корнфорт в сътрудничество с немския химик Херман Егерер работи над проблем, свързан с хиралната метилова група - метилова група с нормални, деутерирани и тритирани водородни атоми. Те осъществяват технически сложен синтез и ферментен анализ на съединенията, съдържащи хирална метилова група. След това Корнфорт и неговите колеги използват хирална метил белязана оцетна киселина за по-нататъшно проучване на стереохимията на реакциите фермент-субстрат. Те установяват не само какъв именно водороден атом се пренася при кондензацията на молекулите на изопентенил пирофосфата (промеждутъчен стадий при биологичния синтез на холестерола), но и произхода на всичките 50 атома в сквалена. Освен това учените доказват, че стереоспецифичността има решаващо значение за активността на фермента, че тя може да бъде неявна и се открива само при стереохимичен анализ, и накрая, че стереоспецифичността на реакциите фермент-субстрат не зависи от структурната връзка на субстрата с продукта.

Като излиза в оставка през 1975 г., Корнфорт е назначен за професор в Съсекския университет. Този пост ученият заема седем години. Съпрузите Корнфорт работят заедно дълги години в лабораторията по химична ферментология. Те имат син и две дъщери. Корнфорт обича да си почива, като играе тенис и шах или като работи в градината.

Корнфорт е удостоен с много награди. Сред тях са медалът Кордей-Морган (1953 г.) и медалът Флинтъф (1966 г.) на Британското химично дружество, медалът Сиба на Британското биохимично дружество (1966 г.), медалът Дейви (1968 г.), Кралският медал (1976 г.) и медалът Копли (1982 г.) на Лондонското кралско дружество. Ученият има присъдени почетни степени от Оксфордския университет, от университетите в Дъблин, Ливърпул, Уорик, Абърдийн и Сидни.

Превод от руски: Павел Б. Николов