Питър Мичъл (Peter Mitchell)
29 септември 1920 г. – 10 април 1992 г.
Нобелова награда за химия
(За приноса му в схващането на процесите с пренос на биологична енергия чрез формулирането на неговата химиосмотична теория.)
Английският биохимик Питър Денис Мичъл е роден в Мичъм (графство Съри) в семейството на служителя Кристофър Гибс Мичъл и Кейт Беатрис Дороти (Тейплин) Мичъл. Завършва Кралския колеж в Тонтън, където се занимава под ръководството на Ч. Л. Уайзмън, математик и музикант. Но на приемните изпити за колежа „Джизъс“ към Кеймбриджкия университет Мичал се представя толкова лошо, че го приемат там през 1939 г. само заради препоръчителното писмо, написано от Уайзмън.
В Кеймбридж Мичъл учи химия, физиология, математика и биохимия и през 1943 г. получава степента бакалавър с отличие. През същата година пристъпва към подготовка на докторска дисертация по биохимия под ръководството на Дж. Ф. Даниели, в чията лаборатория се занимава с изследване на процеса на пренасяне на биохимичните субстанции през клетъчните мембрани, а едновременно с това продължава да учи биохимия. През 1950 г. му е присъдена докторска степен за дисертация, разглеждаща механизма на действието на пеницилина, открит през 1928 г. от Александър Флеминг антибиотик, който въздейства върху клетъчните мембрани, подложени на „нападения“ от бактерии.
След получаването на докторска степен Мичъл е назначен за демонстратор в биохимичната катедра на Кеймбридж. Там изследва механизма на окислителното фосфорилиране (така се образуват 95 % от енергията при аеробните организми) и много приличащия на него механизъм на фотосинтетичното фосфорилиране (при който голямо количество от необходимата за жизнената им дейност енергия растенията получават от слънцето). По това време тези два механизма се отнасят към големите нерешени проблеми на биохимията.
Въпросът по какъв начин организмите генерират енергия, как я преобразуват и използват при движението и биосинтезата, занимава не само Мичъл, но и други учени. Към 1955 г. биохимиците признават теорията на Фриц Липман, според която аденозинтрифосфорната киселина (АТФ) служи за универсален източник на енергия. Функциите на обменните процеси, такива като дишането, ферментацията и фотосинтезата, са невъзможни без АТФ, тъй като именно тя поддържа различните енергийни процеси с помощта на своите богати на енергия фосфорилни връзки. Така се очертават ясно главните контури на биоенергетиката (науката за предаването на енергия при живите организми), остава само да се обработят детайлите на молекулярно равнище.
Тази задача обаче е извънредно трудна, тъй като ферментите на окислителното и фотосинтетично фосфорилиране са тясно свързани с липопротеините на мембраната на митохондриите (малки кръгли или пръчковидни структури в цитоплазмата на клетките) и с хлоропластите (съдържащи хлорофила на органелите на растителните и животинските клетки). Тази тясна връзка е пречка за провеждането на какъвто и да е молекулен анализ в разтвор.
Цяла редица изследователи се занимават с описанието на главните структури на механизма на окислителното фосфорилиране. Те откриват, че в процеса на дишане електроните от различни субстрати (вещества, подлагащи се на действието на фермент) се пренасят към кислорода от своеобразна ферментна каскада. Синтезът на АТФ следва след каталитичното действие на ферментен комплекс, известен като АТФ-аза (аденозинтрифосфатаза). Що се отнася до хлоропластите, електроните, освобождавани при поглъщането на светлината от хлорофила, се придвижват през серия от носители към крайната си цел – водата. Синтезът на АТФ се осъществява от комплекса АТФ-аза с молекулярна структура, напомняща много структурата на митохондрийните мембрани. В хода на това изследване възниква важният въпрос: по какъв начин енергията, освободена по време на пренасянето на електроните, „подтиква“ АТФ-азата към синтез на АТФ.
Търсенето на молекулярни механизми се опира на теорията, според която веригата от реакции, протичащи в процеса на дишането, и АТФ-азата са свързани помежду си с високоенергийни междинни продукти, подобни на тези, които възникват в процеса на реакциите, при които за катализатори служат разтворими ферменти. Мичел не проучва специално митохондриите. Той се занимава с изследване на метаболичния пренос, който се осъществява през цитоплазмовите мембрани на бактериите. Тази тема го увлича още когато е студент в Кеймбридж. През 1958 г. Мичел и неговият колега Дженифър Мойл достигат до извода, че ферментните реакции са по правило векторни. Двамата учени предполагат по-нататък, че направлението на подобни реакции (въпреки че то остава неясно в разтворите) би трябвало да стане ясно, когато ферментите се включат в мембраната. Всъщност ферментният комплекс може така твърдо да се закрепи в мембраната, че „маршрутът“ на реакцията да пресече тази бариера, катализирайки веднага дислокация на химична група. Учените наричат този процес векторен метаболизъм.
В преиода между 1961 и 1966 г. Мичел формулира така наречената от него химиосмотичната хипотеза – радикално решение на проблема за енергийната връзка в механизмите на окислителното и фотосинтетично фосфорилиране. Той предполага, че веригата от реакции, протичащи в процеса на дишането, се състои от последователно сменящи се носители на водород и електрони. Тези носители са организирани така във вътрешната митохондриева мембрана, че пренасят протони (трипептиди) през мембраната. Тъй като митохондриеваат мембрана не допуска пасивен поток от протони, в процеса на дишането се генерира електрохимична потенциална разлика на водородните йони в електрически отрицателното вътрешно междуклетъчно вещество и алкалната корелация във външно междуклетъчно вещество. Протоните от външната повърхност се насочват назад към вътрешноклетъчното вещество. Именно този поток от протони, който може да се сравни с потока на електроните в батерия, е вършител на цялата работа.
Според химеосмотичната хипотеза е невъзможно съществуването на химична взаимна връзка между веригата реакции, осъществяващи се при процеса на дишането, и АТФ-азата. Този извод прави представената от Мичъл теория непопулярна сред мнозина биохимици, като някои от тях подлагат на съмнение обосновката на предположенията на учения. Непрекъснатият скептицизъм при възприемането на тази радикална концепция и водещите се около нея дискусии убеждават Мичъл, че трябва да се заеме с нейната защита, като докаже истинността на съдържащите се в нея принципи с конкретни факти. Да се получат подобни данни не е лесно. За тази цел трябва да се разработят нови методи за изследване. В края на краищата Мичъл и Мойл създават комплекс от количествени и визуални методи. И с тяхна помощ им предстои да подложат на внимателна проверка заложените в химиосмотичната хипотеза научни прогнози.
Изследователската работа, стимулирана от дебатите в малкото обкръжение на биоенергитиците, се води изключително продуктивно както в експериментален, така и в теоретичен план. Основният въпрос, който вълнува учените, се състои в това съответстват ли принципите на химиосмотичната хипотеза и практическите резултати, които могат да бъдат получени с нейна помощ, на приетите стандарти. Към 1970 г. чашата на везните се накланя в полза на създадената от Мичъл концепция и в нейна подкрепа се изказват редица учени от Великобритания, САЩ и СССР.
От 1964 г. Мичел ръководи научноизследователската работа в лабораториите „Глин“ в Корнуел. През 1958 г. се жени за Хелен Френч. Семейството има трима синове и една дъщеря. Ученият работи много, но отделя време за участие в обществения живот. Той се бори за запазването на природните ресурси и възстановява здания на ферми от периода на средновековието.
Освен с Нобелова награда Мичъл е удостоен с наградата Луис и Берта Фридман на Нюйоркската академия на науките (1976 г.), с наградата Луис Розенстил за изключителната му работа в областта на фундаменталните медицински изследвания на университета „Брандайс“ (1977 г.), с медала Копли на Лондонското кралско дружество (1981 г.) и с почетния медал на Атинския градски съвет (1982 г.). Член е на Лондонското кралско дружество, чуждестранен член е на американската Национална академия на науките и на Кралското дружество на Единбург. Има присъдени почетни степени от Техническия университет в Берлин, от университетите в Чикаго, Източна Англия, Ливърпул, Бристъл, Единбург и много други.
Превод от руски: Павел Б. Николов
Няма коментари:
Публикуване на коментар
Анонимни потребители не могат да коментират. Простащини от всякакъв род ги режа като зрели круши! На коментари отговарям рядко поради липса на време за влизане във виртуален разговор, а не от неучтивост. Благодаря за разбирането.