Стайн (Stein), Уильям Ховард

Американский биохимик Уильям Ховард Стайн (Стейн) родился в Нью-Йорке. Он был вторым из трех детей Беатрис (Борг) Стайн и бизнесмена Фрида М. Стайна. Стайн учился в школе Линкольна – прогрессивном учебном заведении при учительском колледже Колумбийского университета. Занимаясь в предпоследнем и последнем классах школы, он одновременно посещал занятия в академии Филипс-Экзетер в Андовере (штат Массачусетс).

В 1929 г. Стайн поступил в Гарвардский университет и спустя 4 года получил степень бакалавра по химии. Он продолжал изучать химию в Гарварде, но в первый год успевал так плохо, что был на грани того, чтобы бросить занятия. Однако вместо этого Стайн решил переключиться на биохимию и в 1934 г. перешел в расположенный в Нью-Йорке Колледж врачей и хирургов Колумбийского университета. Найдя здесь те стимулы для интеллектуальной деятельности, который ему не хватало, он, по его словам, «за короткое время изучил огромное количество материала». За диссертацию, посвященную аминокислотному содержанию белка эластина, ему в 1938 г. была присуждена докторская степень. Подобно другим белкам, эластин имеет большую молекулу, состоящую из аминокислот, связанных вместе в полипептидные цепи. Хотя структура эластина в то время еще оставалась неясной, диссертация Стайна была шагом вперед в понимании ее составляющих.

После получения докторской степени Стайн начал работать в Рокфеллеровском институте медицинских исследований (ныне Рокфеллеровский университет) в Нью-Йорке под руководством Макса Бергмана, о котором он позднее отзывался как «об одном из самых великих специалистов XX столетия в области химии белка». В Рокфеллеровском институте Стайн был определен в одну группу со Станфордом Муром: они должны были попытаться разработать более эффективные способы анализа аминокислот в белках.

Когда США вступили во вторую мировую войну, Мура призвали в армию. Он получил назначение в Вашингтон, а Стайн и его коллеги по Рокфеллеровскому институту работали над связанными с военными целями проектами для Управления научных исследований и развития США. В 1944 г. умер Бергман. Однако после окончания войны, в 1945 г., директор Рокфеллеровского института Герберт С. Гассер предложил Стайну и Муру продолжить ранее начатые исследования в области количественного анализа аминокислот.

К этому времени они могли уже воспользоваться тем, что был открыт имеющий важное значение метод разделения и очистки белка, разработанный в 1944 г., когда английские химики Арчер Мартин и Ричард Синг впервые применили метод бумажной хроматографии для решения биохимических проблем. При этом методе аминокислоты, которые были отщеплены от пептидной цепи, отделяются друг от друга по мере их прохождения через специальную фильтровальную бумагу с характерной и различной для каждой из них скоростью.

Несмотря на то что метод бумажной хроматографии оказался достаточно плодотворным, он все же не обеспечивал такого количества данных об аминокислотах, какое было необходимо Стайну и Муру в их исследованиях. Английский химик Фредерик Сенгер предложил им применить метод колоночной хроматографии, при котором анализируемый раствор пропускается через трубку с веществом, поглощающим компоненты этого раствора с различной скоростью, и таким образом, результаты этого поглощения можно наблюдать в виде четких полос в адсорбирующей насадке колонны. Применив в качестве фильтра картофельный крахмал, Стайн и Мур в 1948 г. впервые добились успеха. Однако прохождение аминокислотного раствора через колонну занимало две недели. Чтобы ускорить этот процесс, они стали применять в качестве насадки ионообменные смолы. Эти вещества, которые сортируют ионы молекул по их электрическому заряду и размеру, обеспечивали более быстрое получение результатов и большую четкость, чем насадка из крахмала.

К тому времени, когда Стайн в 1954 г. стал полным профессором Рокфеллеровского университета, он уже провел анализ аминокислот, обнаруженных в самых разнообразных белках. Впрочем, основные усилия он сосредоточил на ферменте рибонуклеазе, одном из многих тысяч органических катализаторов, которые регулируют химические реакции в живых организмах. Несмотря на то что Джеймс Б. Самнер и Джон Х. Нортроп еще в 30-е гг. доказали белковую природу ферментов, молекулярная структура последних до середины 50-х гг. оставалась неясной. Считалось, что различие в их функционировании отражает различие в их молекулярной структуре.

Стайн и Мур решили установить последовательность чередования аминокислот рибонуклеазы. С помощью метода ионообменной хроматографии они получили высокочистые образцы этого фермента. Разрушив химические связи в белке и получив смесь из 15 пептидов, они разделили пептиды, применив метод хроматографии, и установили последовательность чередования аминокислот, а в 1960 г. сообщили о своих открытиях. Благодаря полученным ими результатам другие ученые Рокфеллеровского университета смогли в 1967 г. прийти к заключению относительно трехмерной конфигурации рибонуклеазы, подтвердив таким образом предсказание Стайна и Мура о местоположении активного центра этой молекулы.

В 1972 г. Стайну и Муру была присуждена половина Нобелевской премии по химии «за их вклад в прояснение связи между химической структурой и каталитическим действием активного центра молекулы рибонуклеазы». Второй половины премии был удостоен Кристиан Анфинсен за исследование, связанное с этой темой. «На базе знаний структуры больших ферментов, – сказали Стайн и Мур в их совместной Нобелевской лекции, – получат развитие основополагающие принципы понимания того, как по «замыслу» природы катализаторы служат определенным целям». И упомянув об открытиях, связанных с гемоглобином, которые были сделаны незадолго до этого и вытекали из результатов их исследований, ученые высказали предположение, что «проделанное исследование белков будут способствовать получению практических результатов».

Стайн сотрудничал с Муром не только в изучении рибонуклеазы. Совместно они исследовали структуру и функции панкреатической дезоксирибонуклеазы – фермента, который гидролизует (расщепляет) дезоксирибонуклеиновую кислоту. Интерес Стайна к распространению научной информации способствовал тому, что ученый посвящал значительную часть своего времени «Журналу биологической химии» («Journal of Biological Chemistry»), где с 1958 по 1961 г. работал редактором, в 1962 г. являлся членом редакционного совета, с 1964 по 1968 г. был заместителем главного редактора, а с 1968 до 1971 г. – главным редактором.

В 1936 г. Стайн женился на Фоэб Хокстейдер. У супругов было три сына. В 1969 г. ученый тяжело заболел. Несмотря на то что у него развился паралич и он был прикован к креслу-каталке, Стайн сохранил живой интерес к научным исследованиям до последних дней жизни. Он умер 2 февраля 1980 г. в Нью-Йорке. Коллега Стайна, с которым он проработал всю жизнь, Станфорд Мур отзывался о нем как о «плодотворном и блестящем биохимике».

Помимо Нобелевской премии, Стайн и Мур получили награду за достижения в области хроматографии и электрофореза (1964) и медаль Теодора Уильяма Ричардса (1972) Американского химического общества. В 1968 – 1969 гг. Стайн был председателем Государственного комитета по биохимии США. Ученый являлся попечителем больницы Монтефиор и входил в консультативный медицинский совет медицинской школы Еврейского университета.