Открытие Дж. Самнера и Дж. Нортропа явлений кристаллизации ферментов

Честолюбивый исследователь, Джеймс Самнер хотел «выяснить, что такое жизнь, что заставляет организмы, расти, отчего вообще все вертится», объяснял он позднее.

Поэтому он поставил перед собой задачу выделить и получить в чистом виде фермент, сделав, таким образом, свой первый шаг на пути определения химического состава этого важного и в то же время малопонятного биологического соединения.

В то время когда Джеймс Самнер приступил к исследованиям, химия ферментов все еще оставалась тайной, хотя высказывалось немало предположений, что состоят они из белка. Даже великому немецкому химику Рихарду Вильштеттеру не удалось получить ферменты в чистом виде, и он пришел к заключению, что ферменты представляют собой не белки, а неизвестный еще науке класс соединений.

В ходе подготовки докторской диссертации Джеймс Самнер уже проводил опыты с уреазой, растительным ферментом, который участвует в разложении мочевины.

В 1916 г. была обнаружена высокая концентрация уреазы в канаваллии, тропическом растении, родиной которого является Южная Америка, и именно из бобов канаваллия Джеймс Самнер попытался выделить фермент уреазу. Исходя из предположения, что это белковый фермент, он выделил весь белок, какой ему удалось обнаружить в больших количествах в цветках канаваллия, применяя для этого различные растворители, фильтры и методы осаждения.

После 9 лет безуспешной работы Джеймс Самнер, наконец, выделил микроскопические кристаллы, которые представляли собой белок. Его открытие, опубликованное в 1926 г., было встречено скептицизмом и откровенными насмешками. Особенно критически отнесся к нему Рихард Мартин Вильштеттер (1872-1942) со своими учениками, утверждая, что полученные Д. Самнером кристаллы содержат всего лишь какое-то незначительное активное небелковое вещество. В течение последующих 4 лет он защищал свою точку зрения в серии статей, где приводил дополнительные экспериментальные данные в пользу выдвинутой теории.

И только в 1930 г., после того как Джеймс Самнер в течение года занимался изучением ферментов в Стокгольмском университете с Гансом фон Эйлер-Хельпином, его теория наконец-то получила поддержку со стороны американского биохимика Джона Ховарда Нортропа (1891-1987).

«За открытие явления кристаллизации ферментов» Джеймсу Самнеру в 1946 г. была присуждена Нобелевская премия по химии.

В своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук Арне Тиселиус заявил, что «полученные Джеймс Самнером результаты свидетельствуют о проведенной им новаторской работе, которая впервые убедила исследователей в том, что ферменты представляют собой вещества, которые можно выделить в чистом виде в ощутимом количестве».

«Немало людей говорило мне, что мое стремление выделить фермент – не что иное, как глупость, – вспоминал Джеймс Самнер в своей Нобелевской лекции. – Но эти слова еще больше убеждали меня в том, что, если эта попытка может оказаться успешной, ее стоит предпринять».

Через год после получения Нобелевской премии Самнер был назначен директором новой лаборатории химии ферментов Корнеллского университета, где продолжал свои исследования и нес большую преподавательскую нагрузку.

В 1930 г. Джон Ховард Нортроп (1891-1987) заявил, что сначала выделил в кристаллическом виде фермент пепсин, а 5 лет спустя – трипсин, панкреатический фермент. Эти факты помогли убедить биохимиков в белковой природе ферментов, хотя некоторые из них содержат также и небелковые вещества.

К 1946 г. было выделено и определено около 30 ферментов.

Следующий шаг в их исследовании был сделан в 1935 г. коллегой Дж. Нортропа по Рокфеллеровскому институту Уэнделлом Мередит Стэнли (1904- 1971), который впервые получил кристаллы вируса табачной мозаики, нуклеопротеина. В 1939 г. Джон Нортроп первым выделил бактериальный вирус, а в следуюшем году – дифтерийный антитоксин в кристаллическом виде.

«За получение в чистом виде вирусных белков» Джону Х. Нортропу и Уэнделлу М. Стэнли в 1946 г. была присуждена Нобелевская премия по химии. Ее вручил от имени Шведской королевской академии наук Арне Тиселиус. Обращаясь к Джону Нортропу, Тиселиус сказал: «Вы и ваши сподвижники превратили кристаллизацию ферментов и других активных белков в искусство, и вы в нем – мастер». В своей Нобелевской лекции Джон Х. Нортроп говорил о том, что опыты, проведенные им и его коллегами – лауреатами, «подтверждают вывод, что источник активности ферментов лежит в самой молекуле белка, а не вызывается небелковыми примесями».