В этом году премией по химии отмечены работы, позволившие увидеть, как устроены крупные биологические молекулы.
Премия 2002 года разделена между американцем Джоном Фенном, японцем Коити Танакой и швейцарским химиком Куртом Вютрихом.
Первые двое ученых усовершенствовали метод масс-спектрометрического анализа, известный уже около ста лет, позволив применить его к большим молекулам.
Масс-спектрометр измеряет массу атомов или молекул, переводя их в газообразное состояние, превращая в ионы и разгоняя в электрическом и магнитном полях. Измеряя скорость полета иона, можно вычислить его массу. До недавних пор такие измерения удавалось провести только на отдельных атомах или на небольших и средних по размерам молекулах, превышающих массу атома водорода не более чем в тысячу раз. Неясно было, как перевести в газообразную фазу и ионизировать крупную молекулу, например, белка, не изменив при этом коренным образом ее строение, что исказит результат измерения. Типичные молекулы белков превышают массу атома водорода в десятки или сотни тысяч, а то и в миллионы раз.
Джон Фенн предложил распылять раствор исследуемого белка в сильном электрическом поле. Когда вода мелких капелек испаряется, одноименный электрический заряд расталкивает молекулы, содержащиеся в капельке. В камере спектрометра остаются витать электрически заряженные молекулы белка, которые можно подвергнуть обычной процедуре разгона.
Другой способ предложил инженер Коити Танака: распылять и ионизировать крупные молекулы ударом лазерного луча. Если метод Фенна применим к растворам, то японский - к белкам, находящимся в твердом или полутвердом состоянии. Обе методики уже широко применяются в биохимии, медицине, фармакологии.
В интервью газете "Нью-Йорк Таймс" Фенн сказал об этих изобретениях: "Мы научили слонов летать".
Третий лауреат этого года, Курт Вютрих, показал, что к биологическим макромолекулам можно применить метод ЯМР - явление ядерного магнитного резонанса. Оно известно уже более полувека и состоит в том, что атомы, помещенные в сильное постоянное магнитное поле с наложенным на него слабым переменным электромагнитным полем, резонируют на определенной частоте. Эта частота зависит от свойств самого атома и от того, какими атомами он окружен. Интерпретируя данные ядерного магнитного резонанса, можно понять, из каких атомов состоит молекула, и рассчитать, каким образом они соединены. Но делать такие расчеты долгое время можно было только для небольших и сравнительно простых молекул.
В 1985 году К. Вютрих сумел разработать способ определения того, от какого именно атома большой молекулы идет каждый резонансный сигнал. Метод Вютриха позволяет также рассчитать расстояние между соседними атомами одной молекулы, то есть, в конечном счете, представить ее структуру. Сейчас известно строение нескольких тысяч белковых молекул, и 15-20 процентов данных получены методом Вютриха. До этого открытия единственным способом расшифровки структуры крупных молекул служил рентгеноструктурный анализ, но для него исследуемое вещество должно находиться в кристаллической форме. Получение кристаллического белка - дело сложное и не всегда удающееся, а ЯМР-метод позволяет изучать белок в растворе, в наиболее естественной его форме. Комбинация двух методов дает более точные результаты.
В интервью немецкому журналу "Шпигель" Вютрих сообщил, что, к сожалению, вынужден эмигрировать из Швейцарии в США. В будущем году ученому исполняется 65 лет, но по швейцарскому закону работать в научном учреждении можно до 65 лет, после чего, будь вы хоть нобелевским лауреатом, надо уступить место молодым. А в Калифорнии исследователя ждет хорошо оборудованная лаборатория.
