Биология

Нобелевские лауреаты: Джордж Уолд

Химия зрения

Американский биохимик и физиолог Джордж Уолд

The Nobel Foundation/Suren Manvelyan/Flickr/Indicator.Ru

Как от радиолюбительства перейти к электротехнике, от электротехники к водевилям, от водевилей к юриспруденции, от юриспруденции к искусству и медицине, а от медицины — к зоологии, химии и Нобелевской премии, рассказывает наш новый выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Джордж Уолд

Родился: 18 ноября 1906 года, Нью-Йорк, США

Умер: 12 апреля 1997 года, Кембридж, Массачусетс, США

Нобелевская премия по физиологии или медицине 1967 года (1/3 премии, совместно с Рагнаром Гранитом и Холденом Хартлайном). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытия, связанные с первичными физиологическими и химическими зрительными процессами, происходящими в глазу (for their discoveries concerning the primary physiological and chemical visual processes in the eye)».

Как вы заметили, в формулировке Нобелевского комитета существуют физиологические и химические процессы. Рагнар Гранит и Холдейн Хартлайн были физиологами и изучали физиологию зрения. А как же химия? Именно ей, а точнее — химическими процессами, которые происходят в клетках сетчатки, когда туда попадает свет, занялся третий нобелиат 1967 года, герой нашей сегодняшней рубрики.

Родители его были иммигрантами из Европы. В начале века многие евреи отправлялись в США в поисках лучшей жизни. Мать Джорджа, Эрнестина Розенманн, переехала из Германии, отец, Исаак Уолд (Вальд), — из Польши.

Мальчик рос в Бруклине в рабочем районе и с детства проявлял интерес к науке и технике. Например, в 1919 году тринадцатилетний Джордж самостоятельно собрал радиоприемник, что сделало его героем среди приятелей — ведь так они смогли послушать репортажи с бейсбольной World Series (решающей серии игр в Главной лиге бейсбола).

Образование будущего лауреата началось с некоего подобия советских ПТУ, только в Бруклине это называлось Manual Training High School. То есть учили работать именно руками. Позже Уолд с нежностью будет вспоминать это время, потому что полученные тогда навыки понадобились ему в научной карьере — переделывать или даже создавать самому специальное оборудование, которого в мире попросту не существовало.

В то время у него было два главных интереса, ни один из которых не был ни химией, ни биологией: электричество и водевили. Какое-то время Уолд даже думал о карьере электротехника, но посещение Western Electric в Нью-Джерси для того, чтобы познакомиться со своей будущей профессией, как-то охладило его пыл.

Обложка романа «Мартин Эрроусмит»

Зато с однокашником он организовал водевиль и с успехом начал его показывать по окрестным еврейским общинам, а почувствовав уверенность исполнителя (и, видимо, напутствуемый старшими товарищами), решил, что карьера юриста ему более приличествует. И поступил в колледж, Washington Square College при Нью-Йоркском университете. Два года колледжа подарили ему знакомство с мировым искусством (позже Уолд соберет первоклассную коллекцию гравюр Рембрандта и африканского искусства) и опыт путешественника: два лета он подрабатывал на пассажирском теплоходе, курсировавшем между Нью-Йорком и Буэнос-Айресом. Но ему нужно было что-то большее. Так он стал студентом медиком, потом — к выпуску из медицинского колледжа — для него потускнела и медицина. Но тут он прочитал вышедший в 1925 году роман «Мартин Эрроусмит», который будущий первый американский нобелиат по литературе Синклер Льюис написал совместно с лучшим популяризатором микробиологии, автором великих «Охотников за микробами», Полем де Крюи. К слову, сам роман получил Пулитцеровскую премию. А наука в целом и биология в частности открылись перед Джорджем, что называется, в полный рост. И наш герой поступает в Колумбийский университет, изучать зоологию.

Первый же курс, который он там изучал, был курс генетики. Его учителями стали сам Томас Хант Морган, будущий лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине (он получит премию за 34 года до своего ученика), и менее известный Селиг Хечт, который стал первым научным руководителем Уолда.

Дело в том, что именно биология и химия зрения были основной темой занятий Хечта, и в 1920–1940-х годах именно он считался номером один (ну или одним из номеров один) в биологии зрения.

Здесь надо сделать некоторое «лирическое отступление». Еще в 1877 году стало известно, что сетчатка лягушки меняет цвет в зависимости от силы освещения. Чуть позже Вильгельм Кюхн открыл в сетчатке (в палочках, отвечающих за сумеречное зрение) некий пигмент, который позже назвали родопсином.

Идея Хечта была в следующем: попав на сетчатку, свет вызывает распад родопсина на некие компоненты, какой-то из которых запускает в зрительном нерве потенциал действия. Именно исследованиями этих процессов и занялся Уолд.

«Я покинул лабораторию Хечта, — говорил Уолд, — с огромным желанием заняться молекулами». Но для этого надо было учиться. И он отправляется в Европу и в 1932 году начинает работать в лаборатории нобелевского лауреата Отто Варбурга.

Именно в его лаборатории Уолд делает первое свое крупное открытие: родопсин действительно распадается на два продукта: белок, который он назвал опсином, и… альдегидное производное витамина А. Это было неожиданно и удивительно, хотя и было известно, что дефицит витамина А приводит к ночной слепоте. Но витамин А — так витамин А. Тем более совсем недавно Пауль Каррер расшифровал его структуру (он получит Нобелевскую премию в 1937 году). Значит, надо ехать к Карреру в Швейцарию и проверить, точно ли витамин А. Оказалось, точно.

В 1933 году Уолд вернулся в Германию и продолжил исследовать биохимию зрения еще с одним лауреатом, 1922 года, Отто Мейергофом. Правда, тут поработать удалось недолго: к власти пришли нацисты и еврею Уолду пришлось побыстрее покинуть Европу.

Последующие полтора десятка лет Уолд изучал зрительные пигменты во многих, многих организмах, и оказалось, что везде одно и то же: ретиналь (альдегидная форма витамина А) и опсин. В итоге в 1950 году он решил попробовать вместе со своей аспиранткой Рут Хаббард (в 1957 году она станет его второй женой и первым профессором эмеритусом — постоянным профессором-женщиной по биологии в Гарварде) синтезировать родопсин, используя витамин А из рыбьего жира. Все получилось, он прекрасно реагировал на свет, но, когда Уолд и Хаббард повторили эксперимент с кристаллическим витамином А, опыт не удался. Однако оказалось, что эта неудача и есть одно из самых выдающихся открытий. Выяснилось, что дело в двух изомерах ретиналя, 11-цис и 11-транс-формах. И вообще, единственное, что делает фотон, попавший в сетчатку, это изомеризация, превращение цис-формы в транс-разновидность. Единственное изменение структуры запускает мощнейший каскад, который в итоге и приводит к тому, что по зрительному нерву начинает распространяться потенциал действия.

Уолд и Рут Хаббард в 1967

Wikimedia Commons

В принципе, уже за это можно и нужно было давать Нобелевскую премию, однако Уолд в конце 1950-х годов сделал еще одну важнейшую работу. Вместе с Полем Брауном и другими коллегами он получил биохимическое обоснование для исследований Рагнара Гранита, определив, что каждая колбочка содержит один из трех пигментов: голубой, зеленый или красный. Все пигменты содержат один и тот же хромофор, 11-цис-форму ретиналя; различия между ними возникают за счет различных белков (опсинов). Об этом тоже упомянули при вручении премии: ««В качестве дополнительного результата Вам удалось определить спектры поглощения различных типов колбочек, служащих для цветового зрения. Ваше наиболее важное открытие первичной молекулярной реакции на свет в сетчатке представляет значительный прогресс в области зрения, поскольку она играет роль триггера фоторецепторов всех живущих животных».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.