Корнфорт (Cornforth), Джон Уоркап

Австралийский химик-органик Джон Уоркап Корнфорт родился в Сиднее, в семье англичанина Дж.У. Корнфорта и уроженки Австралии Хильды (Эйппер) Корнфорт, чьи родители по происхождению были немцами. В детстве Корнфорт жил в Сиднее и в сельской местности штата Новый Южный Уэльс. В 10-летнем возрасте у него появились первые признаки потери слуха от отосклероза – заболевания, связанного с разрастанием костной ткани в среднем и внутреннем ухе, и через 10 лет Корнфорт полностью потерял слух. Серьезный интерес к химии появился у будущего ученого еще в годы учебы в сиднейской средней школе для мальчиков. И «повинен» в этом был его школьный учитель.

В 1933 г. Корнфорт поступил в Сиднейский университет и спустя 4 года с отличием окончил его, получив университетскую медаль. После годичной дипломной работы по химии он и Рита Х. Харраденс, студентка отделения органической химии Сиднейского университета, выиграли стипендию, позволяющую получить образование в Оксфордском университете. В 1939 г., когда молодые люди отправились на учебу в Англию, началась вторая мировая война. В Лондоне, в лаборатории Роберта Робинсона, они изучали синтез стероидов, органические молекулы которых содержат плоскую четырехчленную циклическую структуру с различными боковыми цепями. В число встречающихся в природе стероидов млекопитающих входят: холестерол, мужские и женские половые гормоны (андрогены и эстрогены), адренокортикостероиды (такие, как кортизон) и желчные кислоты. В 1941 г. Корнфорт и Рита Харраденс поженились, и в этом же году каждому из них Оксфордским университетом была присуждена докторская степень по химии.

В годы войны Корнфорт продолжал изучение стероидного синтеза и химического строения пенициллина, открытого Александером Флемингом. Пенициллин был чрезвычайно эффективен при лечении раневых инфекций и пневмонии. Итоги исследований Корнфорта в этом направлении были отражены в вышедшем в 1949 г. отчете о работе ученых разных стран мира по синтезированию этого антибиотика, названном «Химия пенициллина». Супруги Корнфорт проработали в лаборатории Совета по медицинским исследованиям с 1946 по 1962 г.

Холестерол, встречающийся в природе стероид, является компонентом биологических мембран и составляет основу стероидных гормонов и желчных кислот. Молекула холестерола содержит 27 атомов углерода, 19 из которых составляют тетрациклическую кольцевую систему, а 8 – боковую углеродную цепь. В 40-е гг. Конрад Блох доказал, что синтез холестерола в биологических системах начинается с молекулы апетилкофермента А (биологически активированной формы уксусной кислоты), из которой происходят все атомы углерода холестерола (в синтезе холестерола участвуют только 2 атома ацетилкофермента А). Три молекулы ацетилкофермента А соединяются с образованием молекулы 3-гидрокси-3-метилглутарил-кофермента А, основу которой составляет фрагмент из 6 атомов углерода, который восстанавливается до мевалоновой кислоты, имеющей шестиуглеродную молекулу. Мевалоновая кислота затем превращается в пятиуглеродный изопент енилпирофосфат, который, пройдя через серию стадий конденсации, образует сквален. Этот тридцатичленный углеводород циклизируется до ланостерина и с потерей в конечном счете трех углеродных групп образует холестерол. Применив метод введения меченых атомов, Корнфорт и его коллега Джордж Попжак показали структурное положение каждой молекулы уксусной кислоты в холестероле и, кроме того, идентифицировали 24 промежуточные стадии между мевалоновой кислотой и скваленом. Рита Корнфорт синтезировала меченые предшественники мевалоновой кислоты.

В 1962 г. Корнфорт и Попжак были назначены содиректорами лаборатории ферментологии компании «Шелл рисерч лимитед» в Ситтингборне (графство Кент), неподалеку от Лондона. С 1965 по 1971 г. Корнфорт одновременно работал адъюнкт-профессором в школе молекулярной науки Уорикского университета.

Корнфорт и Попжак сосредоточили внимание на стереохимии (трехмерной геометрии атомов) молекулярного взаимодействия между ферментами и их субстратами в синтезе сквалена из мевалоновой кислоты. Они систематически метили каждый из 6 метиленовых водородов в мевалоновой кислоте дейтерием или тритием (изотопами водорода). Сочетая введение радиоизотопов, ферментологию, методы синтеза, метод химической деструкции и чувствительное измерение физических параметров, Корнфорт и Попжак в конце концов доказали, что все взаимодействия фермент – субстрат между мевалоновой кислотой и скваленом являются стереоспецифическими, т.е. в результате их взаимодействий образуется определенный стереоизомер. Кроме того, они обнаружили, что взаимодействия фермент – субстрат (промежуточные в биосинтезе терпеноидных соединений) также являются стереоспецифическими. Терпеноиды представляют собой производные терпенов – веществ, составляющих основу природных смол и масел. Терпеноиды, подобно сквалену, образуются из мевалоновой кислоты.

Корнфорт и Попжак идентифицировали также атом водорода кофермента NADN (восстановленного никотинамид-аденин-динуклеотида), который переносится молекулярным кислородом в биологических окислительно-восстановительных реакциях. Двадцатилетнее сотрудничество Корнфорт с Попжаком закончилось в 1968 г., когда Попжак принял назначение в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе.

Стереохимический феномен молекулярной симметрии и асимметрии может быть проиллюстрирован следующими примерами. Валентность (способность химически связываться) атома углерода равна 4 (он может связываться с 4 другими атомами или молекулами). Если атом углерода связывается с 4 нормальными атомами водорода (Н), то образовавшаяся в результате этого молекула метана (СН4 или СНННН) имеет геометрическую структуру симметричного тетраэдра, в котором центральный атом углерода окружен 4 атомами водорода, причем каждый из последних расположен в углу тетраэдра. Если дейтерий, или тяжелый водород (D), замещает одну из водородных позиций метана, то СНННН становится CDNNN. Считается, что дейтированный метан искусственно асимметричен вокруг атома углерода. Водородные позиции метана могут быть заменены более крупными молекулярными группами. Правило симметрии и асимметрии сохраняет свою силу и для более крупных органических молекул.

По словам Корнфорта, цель проводимой им работы заключалась в том, чтобы «выявить скрытую асимметрию, хиральность, стереоспецифичность в жизненных процессах путем исследования асимметрии, которая доступна для изучения». Хиральность – это стереохимическое свойство, означающее несовместимость объекта со своим зеркальным отображением. Начиная с 1967 г. Корнфорт в сотрудничестве с немецким химиком Германом Эггерером работал над проблемой хиральной метильной группы – метильной группы с нормальными, дейтированными и третированными атомами водорода. Они осуществили технически сложные синтез и ферментный анализ соединений, содержащих хиральную метильную группу. Затем Корнфорт и его коллеги использовали хиральную метил-меченую уксусную кислоту для дальнейшего изучения стереохимии реакций фермент – субстрат. Они установили не только то, какой именно атом водорода переносится при конденсации молекул изопентенил-пирофосфата (промежуточная стадия в биосинтезе холестерола), но и происхождение всех 50 атомов водорода в сквалене. Кроме того, ученые доказали, что стереоспецифичность имеет решающее значение для активности фермента, что она может быть скрытой или неявной и обнаруживаться только в результате стереохимического анализа и, наконец, что стереоспецифичность реакций фермент – субстрат не зависит от структурной связи субстрата с продуктом.

В 1975 г. Корнфорту была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследование стереохимии реакций ферментативного катализа». Ученый был удостоен ее совместно с Владимиром Прелогом. На церемонии награждения Корнфорт дал следующую образную характеристику процесса научного поиска: «В мире, где так легко игнорировать, отрицать, искажать и замалчивать правду, ученый нередко приходит к выводу, что он взвалил на себя очень тяжелую ношу. Истина для него – редкий гость. Она, подобно неожиданно сверкнувшему лучу света, озаряет, выхватывая из темноты новые порядок и красоту. Гораздо же чаще она напоминает не отмеченный на карте риф, который топит корабль во мраке. Поэтому достоин уважения тот, кто готов принять такое условие поиска истины... и облегчить ношу ученых, разделив ее с ними».

Уйдя в 1975 г. в отставку из лаборатории химической ферментологии, Корнфорт был назначен профессором Суссекского университета. Этот пост ученый занимал в течение семи лет. Супруги Корнфорт многие годы вместе работали в химической лаборатории. Сейчас они живут в Саксон-Дауне (графство Восточный Суссекс). У них сын и две дочери. Корнфорт любит отдыхать, играя в теннис и шахматы, работая в саду.

Корнфорт был удостоен многих наград. В их числе: медаль Кордей-Моргана (1953) и медаль Флинтоффа (1966) Британского химического общества, медаль «Сиба» Британского биохимического общества (1966), медаль Дэви (1968), Королевская медаль (1976) и медаль Копли (1982) Лондонского королевского общества. Ему присвоены почетные степени Оксфордского университета, университетов Дублина, Ливерпуля, Уорика, Абердина и Сиднея.