За последние 20 лет это третья Нобелевская премия, отмечающая исследования в области биоэнергетики. Приятно отметить, что это направление биологической науки своим рождением обязано российским ученым - В.А.Энгельгардту, открывшему окислительное фосфорилирование, и В.А.Белицеру, который впервые его количественно охарактеризовал. Три Нобелевские премии по химии, присужденные за работы в области биохимии, свидетельствуют о том, что именно она сегодня развивается наиболее бурно и успешно. Даже краткое описание сути работ, увенчанных главной научной премией, показывает, что успешное решение крупных биохимических задач возможно только благодаря непременному сочетанию классических энзимологических исследований и структурного анализа.

Выяснение механизма окислительного фосфорилирования в терминах современной физико-химической биологии началось 37 лет назад, когда в США в лаборатории одного из крупнейших энзимологов XX в. Э.Ракера (E.Racker) выделили белок, оказавшийся одновременно и ферментом аденозинтрифосфатазой (АТФазой) и "сопрягающим фактором", способным восстанавливать окислительное фосфорилирование в мембранах митохондрий. Этот фермент - главный участник синтеза АТФ в митохондриях, хлоропластах и микроорганизмах получил название F1-АТФаза, и его изучению с начала 60-х годов посвящены тысячи работ.

Тогда же в работу включился другой выдающийся энзимолог, в то время главный редактор широко известного классического многотомного издания "Enzymes", Пол Бойер, известный своими замечательными работами в области фосфотрансферазных реакций. Детальное изучение кинетики АТФаз F1-типа и в особенности реакций изотопных обменов, катализируемых ими, позволило Бойеру, вдохновленному, видимо, идеями М.Лаздунского (M.Lazdunski; Франция) и К.Репке (K.Repke; ГДР), сформулировать новый принцип работы олигомерных ферментов, позднее получивший название "механизма чередующегося связывания". Постулаты, предложенные Бойером применительно к работе F1-АТФазы, сводились к следующему. Во-первых, энергия, необходимая для синтеза АТФ, тратится не на образование фосфоангидридной связи между АДФ и фосфатом (Фн), как думали раньше, а на диссоциацию АТФ из активного центра, где она синтезируется спонтанно (изоэнергетически), вследствие чрезвычайно высокого сродства фермента к продукту реакции. Во-вторых, субстраты и продукты синхронно связываются в различных, но взаимодействующих между собой, центрах. В-третьих, сродство активных центров к субстратам и продуктам чередуется благодаря векторному переносу протонов через встроенный в сопрягающую мембрану комплекс белков (Fо), связанных с F1. Перенос протонов обеспечивает (неизвестно, каким образом) вращение одного из компонентов фактора F1-гамма внутри комплекса каталитических субъединиц.

Четкая формулировка принципа энергетического сопряжения в белковой машине, синтезирующей АТФ, привела к мощному всплеску работ, направленных на проверку гипотезы Бойера. Все три постулата получили экспериментальное подтверждение. Пожалуй, наиболее впечатляющей стала недавняя работа японских исследователей, которым удалось прямыми оптическими методами наблюдать вращение гамма-субъединицы внутри гексамера, построенного из двух других типов субъединиц (альфа и бета) для индивидуальных молекул иммобилизованного F1.

К 70-м годам стало ясно, что для понимания работы F1-АТФазы необходимы сведения о ее пространственной организации. В этот период в решение проблемы включилась кембриджская группа, руководимая Дж.Уокером - специалистом в области химии белка и рентгеноструктурного анализа. К 1985 г. он и его сотрудники полностью расшифровали первичные структуры всех пяти типов субъединиц (3-альфа, 3-бета, гамма, дельта, эпсилон) фактора F1, выделенного из митохондрий сердца быка. Это послужило необходимой предпосылкой для рентгеноструктурных исследований. В 1993 г. Уокер с сотрудниками получили пространственную структуру F1 с разрешением 6.А, а год спустя - трехмерную структуру, где взаимное расположение 2983 из 3444 аминокислотных остатков альфа- и бета-субъединиц и 127 из 272 остатков гамма-субъединицы видны с разрешением 2.8А. Сегодня это почти полная пространственная структура самого крупного из гетероолигомерных белков, расшифрованная с таким высоким разрешением. Замечательно, что "увиденная" Уокером структура в точности соответствует предполагаемой организации белковой машины, работающей по постулированному Бойером механизму.

Присуждение Нобелевской премии всегда крупное событие для всех ученых. Неспециалистам может показаться, что признание Нобелевским комитетом результатов научного исследования означает, что данная проблема решена. Применительно к работам П.Бойера и Дж.Уокера это не так. Ведь изученный ими фермент F1-АТФаза - только часть "машины", сама по себе не способная синтезировать АТФ: она может осуществлять только обратную реакцию - гидролитический распад. Для синтеза необходима согласованная работа F1 - -АТФазы и протонного канала Fо, поставляющего энергию для образования АТФ. О структуре Fо, о способе сопряжения работы F1 и Fо сегодня почти ничего не известно. Более того, есть основания считать, что так называемый "принцип микрообратимости" не всегда реализуется в ходе ферментативных реакций. Таким образом, проблема, поставленная в России в 30-х годах - как происходит окислительное фосфорилирование, - ждет новых Нобелевских лауреатов.

Йенс-Кристиан Скоу (Jens-Christian Skou) родился 8 октября 1918 г. в г.Лемвиге (Дания). Высшее образование получил на медицинском факультете Копенгагенского университета. В 1954 г. за исследование действия локальных анестетиков получил степень доктора медицины. С 1963 г. - профессор Института физиологии Орхусского университета, в 1978 - 1988 гг. - профессор Института биофизики того же университета; почетный профессор Копенгагенского университета, лауреат ряда международных научных премий, член Датского королевского общества, Германской академии естественных наук Леопольдина, Европейской организации по молекулярной биологии (ЕМВО), американской Национальной академии наук, Японского биохимического общества; автор более 90 научных трудов, опубликованных в международных биохимических журналах.

В биоэнергетику Скоу пришел одновременно с ее возникновением. Его публикация 1957 г. с первым описанием свойств Na/K-активируемой АТФазы стала одной из основополагающих в этой области1. С тех пор и по сей день Скоу целиком посвятил себя изучению этого фермента, контролирующего ключевые стадии жизни клетки: электрическую активность, транспорт субстратов и метаболитов, регуляцию клеточного цикла.

Скоу разработал первую схему работы Na/K-ATФазы и описал свойства промежуточного фосфорилированного интермедиата. Он сформулировал принцип конформационной лабильности фермента и показал, что изменение его сродства к ионам натрия и калия, индуцируемое АТФ, приводит к таким перестройкам в глобуле АТФазы, которые обеспечивают транспорт ионов через мембранный бислой. Из пионерских исследований Скоу вытекает регуляторная роль АТФ, выступающей не только как источник энергии, но и как модулятор активности самого фермента.

Интересно, что сопоставление эффективности пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов в процессе окислительного фосфорилирования также указывает на специфическую роль АТФ в превращении энергии в митохондриях. Это обстоятельство обращает внимание на особое положение в обмене пуриновых нуклеотидов, структура которых позволяет им при взаимодействии с белком служить кратковременным акцептором протонов и индуцировать тем самым разрыв солевых связей в глобуле белка и его последующие конформационные изменения. Этот процесс, как оказалось, составляет центральное звено в последовательности событий при работе Na/K-ATФазы, в ходе которых фермент теряет сродство к ионам калия и приобретает его к ионам натрия.

Недавно было продемонстрировано, что модулирующий эффект АТФ на Na/K-АТФазу выражается в регуляции взаимодействия молекул фермента, способных в ходе функционирования образовывать в мембране надмолекулярные (олигомерные) ассоциаты. Работы Скоу заложили основу для понимания механизма трансформации энергии в животных клетках.

Na/K-АТФаза - единственный фермент, которому начиная с 1974 г. посвящаются международные конференции (последняя, восьмая, состоялась в Аргентине в 1996 г.). Регулярные встречи объединяют ученых, работающих в этой области, в единый международный коллектив. Скоу никогда не выступал в качестве формального главы этого направления биоэнергетики, однако все участники воспринимают его как центр интеллектуального притяжения.

Я испытал удовольствие работать в лаборатории Скоу в Университете Орхуса в 1973 - 1974 гг. До сих пор я отчетливо помню ощущение тщательности и скрупулезности, присущие его научному стилю.

В мае 1991 г., может быть, в один из самых тяжелых периодов для российской науки, Скоу посетил Московский университет и выступил с лекцией перед студентами и сотрудниками кафедры биохимии. Самое важное, сказал он, чтобы молодежь поверила, что в этой стране она имеет научное будущее.

Сегодня мы поздравляем Йенса-Кристиана Скоу с высокой наградой. Все биоэнергетики считают себя немного причастными к этому событию - в лице Скоу отмечены успехи науки, которая имеет весьма перспективное будущее. И мы уверены, научная молодежь нашей страны безусловно найдет в ней свое место.

Примите наши искренние поздравления, профессор Скоу!