Кристиан Анфинсен и структура белков¶

Кристиан Анфинсен (Christian Boehmer Anfinsen; 26 марта 1916 — 14 мая 1995) — американский биохимик, лауреат Нобелевской премии по химии 1972 года, которую он разделил с Стенфордом Муром и Уильямом Стайном. Основной вклад Анфинсена связан с изучением связи между первичной структурой белка (последовательностью аминокислот) и его пространственной конформацией. Сформулированный им принцип получил название «термодинамическая гипотеза» или «гипотеза Анфинсена».

¶Научная биография

Кристиан Анфинсен родился в Монро, штат Пенсильвания, в семье иммигрантов норвежского происхождения. Получил степень бакалавра в колледже Свортмор (1937), магистра — в Университете Пенсильвании (1939), а докторскую степень по биохимии — в Гарвардском университете (1943). Работал в Гарвардской медицинской школе, затем в Национальном институте здоровья США (NIH), где возглавлял лабораторию клеточной физиологии и метаболизма. Позже преподавал в Университете Джонса Хопкинса.

¶Проблема фолдинга белка

К середине XX века было известно, что белки состоят из линейных цепей аминокислот, но оставалось неясным, как эта цепь самопроизвольно сворачивается в уникальную трёхмерную структуру. Анфинсен исследовал фермент рибонуклеазу — небольшой белок из 124 аминокислотных остатков, содержащий четыре дисульфидные связи.

В экспериментах 1950-х — начала 1960-х годов он показал, что при обработке рибонуклеазы мочевиной и восстановителем (β-меркаптоэтанолом) белок теряет нативную структуру и ферментативную активность — происходит денатурация. Ключевым результатом стало то, что после удаления денатурирующих агентов белок самопроизвольно восстанавливал исходную конформацию и активность.

¶Гипотеза Анфинсена

Из этих опытов Анфинсен сделал вывод: вся информация, необходимая для формирования трёхмерной структуры белка, заключена в его первичной последовательности аминокислот. Иными словами, нативная конформация соответствует минимуму свободной энергии и достигается самопроизвольно в физиологических условиях. Этот принцип известен как «термодинамическая гипотеза» и лежит в основе современной науки о фолдинге белков.

Позднее выяснилось, что в живой клетке сворачиванию часто помогают специальные белки — шапероны, а также что ряд нейродегенеративных заболеваний связан с нарушением фолдинга (амилоидозы, прионные болезни). Тем не менее фундаментальный принцип Анфинсена сохраняет значение.

¶Значение и признание

Работы Анфинсена заложили основы структурной биологии и биоинформатики: они обосновали идею предсказания пространственной структуры белка по его аминокислотной последовательности. За исследования рибонуклеазы, в частности связи структуры и биологической активности, он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1972 году.

Анфинсен был членом Национальной академии наук США и иностранным членом ряда академий. В его честь назван «принцип Анфинсена» в биохимии. Умер учёный в 1995 году.

¶Ключевые понятия, связанные с открытием

Открытие Анфинсена стало одним из краеугольных камней молекулярной биологии XX века и определило направление исследований на десятилетия вперёд.