Клаус Х. Хофманн - Klaus H. Hofmann

Клаус Хофманн
Клаус Хофманн 2.jpg
Хофманн в своей лаборатории в Питтсбургском университете, c. 1990
Родился(1911-02-21)21 февраля 1911 г.
Карлруэ, Германия
Умер(1995-12-25)25 декабря 1995 г.
Питтсбург, Пенсильвания, США
НациональностьШвейцарский

Клаус Х. Хофманн (21 февраля 1911 - 25 декабря 1995) был американским биологом. химик и медицинский исследователь.[1][2]В Газета "Нью-Йорк Таймс назвал Хофманна «экспертом по синтезу соединений организма».[1] Его карьера была отмечена синтезом прототипа противозачаточной таблетки, выделением и структурной характеристикой биотина (витамина Н), определением лизиновой специфичности протеазы поджелудочной железы. трипсин (признак, который сделал его ферментом первого выбора при определении последовательности белков), первый химический синтез полностью биологически активной части пептидного гормона (адренокортикотопный гормон - АКТГ ),[3] и структурно-функциональные исследования на рибонуклеаза (РНКаза).

Ранняя жизнь и вход в науку

Хофманн родился в Германии, но когда его отец умер, его мать вернулась со своим годовалым сыном в свой семейный дом в Швейцарии. Семья была ориентирована на бизнес, но Клаус был полон решимости сделать карьеру в науке. Он изучал химию стероидов в Федеральный технологический институт в Цюрихе (ETH) в лабораториях Леопольд Ружичка. Здесь он подружился с другим преподавателем, Тадеус Райхштейн от которого он научился лабораторной технике. Из-за своего постдокторского опыта он поехал в Соединенные Штаты, чтобы работать с Макс Бергманн о пептидах, совершенно новой для него области. Оттуда он перебрался через улицу в лабораторию Винсент дю Виньо где его познакомили с новым витамином, Биотин.

Годы войны

То, что должно было быть коротким пребыванием в США, превратилось в гораздо более длительное в результате Второй мировой войны. Швейцария, окруженный вражескими силами, посоветовал Хофманну, офицеру швейцарской милиции, не возвращаться для участия в войне. Он провел военные годы, работая в качестве гостя в фармацевтической компании Ciba в Нью-Джерси. Оттуда он переехал в Питтсбургский университет в то время, когда институт пытался создать исследовательскую репутацию.

Научный дом в Питтсбурге

Через несколько коротких лет декан медицинского факультета, сам профессор биохимии, пригласил Хофманна стать председателем кафедры. С того момента, как он занял должность председателя кафедры биохимии, стало ясно, что, хотя он всегда будет Будучи сыном Швейцарии, Соединенные Штаты предложили ему карьерные возможности, на которые он никогда не мог надеяться в такой маленькой стране, как Швейцария. США должны были стать его постоянным домом. Развивающаяся область химии пептидов стала его научным направлением, и, по его собственным словам, он влюбился в молекулу, которая, как известно, стимулирует кору надпочечников для производства тех самых стероидов, которые так очаровали его в лаборатории Райхштейна. Эта молекула, еще не изолированная, была АКТГ, и роман длился всю жизнь. Несмотря на обходные пути в другие районы, он продолжал возвращаться в ACTH. В последние годы перед смертью он разрабатывал методы выделения рецептора АКТГ.

Области научных достижений

Стероидная химия

Будучи аспирантом в лабораториях будущих нобелевских лауреатов, Леопольд Ружичка и Тадеус Райхштейн в Цюрихе Хофманн синтезировал ряд соединений, связанных с терпенами, гипотетическим строительным блоком стероидов. Одним из них было производное дегидроандростерона, прототип противозачаточных таблеток. К сожалению, биологическая основа воспроизводства не была известна в течение многих лет после этого, и поэтому важность этого соединения не была признана.[4]

Трипсин

Работая в лаборатории Макс Бергманн в Институте Рокфеллера, сейчас Рокфеллеровский университет, Хофманн синтезировал аналоги аминокислоты лизина и доказал, что фермент трипсин расщепляет связи с участием карбоксильной группы этой аминокислоты.[5]

Биотин

Впоследствии с Винсент дю Виньо, он использовал недавно разработанную технику хроматографии, которой он научился во время учебы в Цюрихе, чтобы изолировать и затем кристаллизовать биотин.[6][7] Эта работа положила начало теме определения важности серы, которая продолжалась на протяжении всей его карьеры. [8][9] в биологически активных составах. Он применил это и к пептидам.

Синтез пептидов / АКТГ

Первый химический синтез активного пептидного гормона, циклического пептида из девяти аминокислот, окситоцина, был осуществлен в 1954 году Дю Виньо.[10] за что он был удостоен Нобелевской премии. В то же время выделение и определение структуры гормона передней доли гипофиза, АКТГ, проводились в трех лабораториях.[11][12][13] В конечном итоге было установлено, что длина пептида составляет 39 аминокислот, однако ферментативное и мягкое кислотное расщепление[14] предположил, что структура, содержащая только первые 24 аминокислоты, обладает полной биологической активностью. С самого начала было очевидно, что АКТГ содержит аминокислоту аргинин, и поэтому необходимо было разработать методы для включения этой основной аминокислоты в пептиды. Хофманн и его группа взялись за эту задачу.[15] Их усилия привели к синтезу гормона, стимулирующего меланоциты, β-MSH, который соответствует первым 13 аминокислотам АКТГ. [16] и к синтезу полностью активного пептида АСТН, соответствующего аминокислотной последовательности первых 23 аминокислот.[17]

В ходе работы по синтезу пептидов АКТГ было обнаружено новое расщепление цепи ацил-пролиновой связи при удалении защитных групп с использованием металлического натрия в жидком аммиаке.[18] Эта неожиданная реакция впоследствии оказалась полезной в специальных аналитических случаях.[19]

РНКазаА

В 1959 году Фред Ричардс обнаружил, что протеолитический фермент субтилизин обладает способностью расщеплять фермент рибонуклеазу А на два компонента: пептид, соответствующий первым 20 аминокислотам фермента (S-пептид), и остаток белка ( S-белок).[20] При отделении друг от друга каждый кусочек неактивен, но когда их просто смешивают, полная ферментативная активность восстанавливается. Хофманн предположил, что эта система может быть моделью того, как пептидные гормоны взаимодействуют со своими рецепторами.[21] Исследования структуры-функции с АКТГ осложнялись необходимостью оценки активности у всего животного. Система S-пептид: S-белок представляет собой простую систему без каких-либо биологических осложнений, присущих тестированию аналогов АКТГ.

Чтобы изучить, какие аминокислоты могут быть важны для установления связывания между пептидными гормонами и их рецепторами, Хофманн и его группа начали систематическую оценку вклада каждой аминокислоты в молекуле S-пептида в связывание с S-белком. Способность синтетических аналогов S-пептида активировать S-белок хорошо коррелировала со способностью синтетических аналогов АКТГ вызывать гормональную активность: 1) только часть цепи S-пептида была важна для восстановления полной активности [22] с S-протеином; 2) метионин не важен;[23] 3) замена одной конкретной аминокислоты в пептиде не только разрушает активность пептида, но также создает антагонист.[24][25]После того, как было установлено, что рецепторы пептидных гормонов находятся на плазматической мембране клеток, прямые исследования активности производных АКТГ, которые так долго ускользали от исследователей, наконец, стали реальностью. Хофманн и его коллеги выделили плазматические мембраны из надпочечников говядины.[26] и смогли провести исследования структуры-активности синтетических аналогов АКТГ. Важно отметить, что они обнаружили, что замена фенилаланина на остаток триптофана в положении 9 дает пептид, который связывается с рецептором АКТГ, не активируя его, т.е. антагонист АКТГ.[27][28]

Вернуться к изоляции рецепторов биотина

Хофманн совершил полный цикл своей ранней работы над биотином, когда присоединил этот витамин к инсулину. Он провел творческий отпуск в Аахен в лаборатории Гельмута Зана, чтобы изучить методы модификации инсулина[29]). Используя эту информацию, он смог химически присоединить биотин к одному из трех остатков Lys в цепях инсулина, получив таким образом инсулин, который будет связываться с колонками авидин-сефарозы. Тогда комплекс биотинил-инсулиновый рецептор может быть замещен биотином. С помощью этого инструмента Хофманн и его коллеги успешно изолировали полностью активный рецептор инсулина.[30] Его последняя работа была направлена ​​на выделение рецептора АКТГ с использованием того же подхода, который использовался для рецептора инсулина, но к этому времени его здоровье было в упадке.

Отличия

Хофманн был основателем и директором лаборатории исследования белков в Медицинской школе в Питтсбургский университет,[1][31] член Национальная Академия Наук,[1][2] Почетный профессор экспериментальной медицины и биохимии Питтсбургский университет Школа медицины,[1] и член Американская ассоциация развития науки.[2]

Награды и отличия

Хоффман был членом

Хоффман был отмечен следующими наградами:

  • 1962 Питтсбургская премия[2]
  • 1963 г. - избрание в члены Национальной академии наук.[2]
  • 1963 Медаль Бордена[2]
  • 1963 Медаль Канцлера, Университет Питтсбурга[2]
  • 1972 г., лекция Меллона, Питтсбургский университет[2]
  • 1976 Премия старшего ученого, Фонд Александра фон Гумбольдта, Бонн, Западная Германия[2]
  • 1981 Третья премия Алана Э. Пирса от американских химиков-пептидов[2]
  • Премия Стипендии Японского общества содействия науке 1983 г.[2]
  • 1987 Первая премия Мемориала Хаггинса, Питтсбургский университет[2]

использованная литература

  1. ^ а б c d е Нью-Йорк Таймс: К. Х. Хофманн, 84 года, эксперт по синтезу соединений тела, Вольфганг Саксон, 28 декабря 1995 г.
  2. ^ а б c d е ж г час я j k л м п о п q р s National Academies Press: Биографические воспоминания V.81 (2002), КЛАУС ХОФМАНН, ФРАНСИС М. ФИНН И БЕРТ В. О’МАЛЛИ.
  3. ^ New York Times: Ученые синтезируют вещество, биологически равное АКТГ; В молекуле 23 аминокислоты по сравнению с 39 природой - Наблюдается помощь в изучении гипофиза УЧЕНЫЕ СДЕЛАЮТ ЗАМЕНА АКТГ; УОЛТЕР САЛЛИВАН, 2 декабря 1960 г.
  4. ^ Ruzicka, L. и Hofmann, K. Zur Kenntnis von 17-Athinyl- und 17-Vinyl-androstan.-androsten-Derivaten und deren Oxydationsprodukten. Helv. Чим Акта 22150-155 1939.
  5. ^ Хофманн, К. и Бергманн, М. Специфика трипсина. II. J. Biol. Chem. 130 81-86 1939.
  6. ^ дю Виньо В., Хофманн К., Мелвилл Д. Б. и Дьёрдь П. Выделение биотина (витамина Н) из печени. J. Biol. Chem. 140 643-651 1941.
  7. ^ дю Виньо В., Хофманн К., Мелвилл Д. Б. и Рашель Дж. Р. Получение свободного кристаллического биотина. J. Biol. Chem. 140 763-766 1941.
  8. ^ Хофманн, К. Фуран и производные тетрагидрофурана. VI. Полный синтез dl-оксибиотина J. Am. Chem. Soc. 67 1459-1462 1945.
  9. ^ Хофманн, К., Чен, К., Бриджуотер, А. и Аксельрод, А. Е. Производные фурана и тетрагидрофурана VII. Синтез и биологическая активность ряда гомологов оксибиотина. Варенье. Chem. Soc. 69 191–195 1947.
  10. ^ дю Виньо, В. Ресслер, К. Свон, Дж. М. Робертс, К. В. и Кацояннис, П. Г. Синтез окситоцина. Варенье. Chem Soc. 76 3115-21 1954.
  11. ^ Белл, П. Х. Очистка и структура β-кортикотропина. Варенье. Chem. Soc. 76 5565-67 1954.
  12. ^ Ли, К. Х., Гешвинд, И. И., Леви, А. Л., Харрис, Дж. И. Диксон, Дж. С., Пон, Н. Г. и Порат, Дж. О. Аминокислотная последовательность альфа-кортикотропина. Природа 173 251 1954.
  13. ^ White, W. F. и Landmann, W. A. ​​Исследования адренокортикотропина XI. Предварительное сравнение кортикотропина-А с β-кортикотропином. Варенье. Chem. Soc. 77 1711 1955.
  14. ^ 11. Бринк, Н. Г., Кюль, Ф. А. Рихтер, Дж. В. Баземор, А. В., Мейзингер, М. А. П. Айер, Д. Э. и Фолкерс, К. Гормоны гипофиза III. Выделение кортикотропина-B. Варенье. Chem. Soc. 74 2120-21 1952.
  15. ^ Hofmann, K, Rheiner, A. и Peckham, W. D. Исследования полипептидов. V. Синтез аргининовых пептидов. Варенье. Chem. Soc. 75 6083 1953.
  16. ^ Хофманн, К. и Ядзима, Х. Исследования полипептидов. ХХ. Синтез и кортикотропная активность пептидного амида, соответствующего N-концевой тридекапептидной последовательности кортикотропинов. Варенье. Chem. Soc. 83 2289-93 1961.
  17. ^ Hofmann, K., Yajima, H., Yanaihara, N., Liu, T-Y, and Lande, S. Исследования полипептидов. XVIII. Синтез трикосапептида, обладающего по существу полной биологической активностью природного АКТГ J. Am. Chem. Soc. 83 487-89 1961.
  18. ^ Хофманн, К., Ядзима, Х. Исследования полипептидов. ХХ. Синтез и кортикотропная активность пептидного амида, соответствующего N-концевой тридекапептидной последовательности кортикотропинов J. Am. Chem. Soc. 83, 10, 2289–2293, 1961 Дата публикации: 1 мая 1961 г. https://doi.org/10.1021/ja01471a017
  19. ^ Хемпель, Дж., Йорнвалл, Х. Расщепление ацил-пролиновых связей натрием в жидком аммиаке: применение с наномолярными количествами пептидов и разделение продуктов с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии для структурного анализа. Анальный. Биохимия. Декабрь; 151 (2): 225-30, 1985https://doi.org/10.1016/0003-2697(85)90169-1.
  20. ^ Ричардс, Ф. М. и Витаятил, П. Дж. Получение субтилизин-модифицированной рибонуклеазы и разделение пептидных и белковых компонентов. J. Biol. Chem. 234 1459-65 1959.
  21. ^ Хофманн, К. Предварительные наблюдения, касающиеся структуры и функции некоторых гормонов гипофиза. Брукхейвенские симпозиумы по биологии 13 184-202 1960.
  22. ^ Хофманн, К., Финн, Ф. М., Лиметти, М., Монтибеллер, Дж., И Занетти, Г. Исследования полипептидов. XXXIV. Ферментативные свойства частично синтетических де (16-20) - и де (15-20) -рибонуклеаз S ’, J. Am. Chem. Soc. 88 3633-39 1966
  23. ^ Финн, Ф. М. и Хофманн, К. Исследования полипептидов XXXIII. Ферментные свойства частично синтетических рибонуклеаз. Варенье. Chem. Soc. 87 645-51 1965.
  24. ^ Хофманн, К. и Бон, Х. Исследования полипептидов. XXXVI. Влияние замен пиразол-имидазола на активирующую способность S-белка фрагмента S-пептида. Варенье. Chem. Soc. 88 5914-19 1966.
  25. ^ Хофманн, К., Бон, Х., Андреатта, Р. и Мородер, Л. Исследования полипептидов XLV. Структурно-функциональные исследования в серии бета-кортикотропинов. Варенье. Chem. Soc. 89 7126-27 1967.
  26. ^ Финн, Ф. М. Виднелл, К. С. и Хофманн, К. Локализация рецептора адренокортикотропного гормона на корковых мембранах коры надпочечников крупного рогатого скота. J. Biol. Chem. 247 5695-5702 1972.
  27. ^ Хофманн К., Вингендер В. и Финн Ф. М. Корреляция адренокортокотропной активности аналогов АКТГ со степенью связывания с препаратом частиц коры надпочечников. Proc. Natl. Акад. Sci. 67 829-36 1970.
  28. ^ Хофманн, К., Монтибеллер, Дж. А. и Финн, Ф. Антогонисты ACTH. Proc. Natl. Акад. Sci. 71 80-83.
  29. ^ Hofmann, K., Finn, F. M., Friesen, H-J., Diaconescu, C. и Zahn, H. Биотинилинсулины как потенциальные инструменты для изучения рецепторов, Proc. Natl. Акад. Sci. 74 2697-2700 1977.
  30. ^ Финн, Ф. М., Титус, Г., Хорстман, Д. и Хофманн, К. Авидин-биотиновая аффинная хроматография: применение для выделения рецептора плацентарного инсулина человека. Proc. Natl. Акад. Sci. 81 7328-32 1984.
  31. ^ New York Times: китайцы синтезируют инсулин, подтверждают немецкие ученые; Цитата с медицинской точки зрения Подтверждение китайского синтеза инсулина Британское исследование, проведенное Уолтером Сулливаном, 12 сентября 1966 г.