John E. Walker

A hasnyálmirigy gyulladás gyógyítási lehetőségei miatt a sejtek energiavesztésének okait kutatja Hegyi Péter orvos. Munkája kapcsolódik a – többek között – a két Nobel-díjas, a szegedi Szent-Györgyi és a Szegedre idén márciusban ellátogató Walker által is vizsgált témakörhöz, a "kémiai valutához". Fotó: Karnok Csaba

A biológiai energia kémiai valutáját, az ATP-t képző enzim karakterizálását köszönheti a tudomány az 1997-ben Nobel-díjjal jutalmazott John E. Walkernek. Munkásságának bemutatására Hegyi Pétert, a szegedi egyetem kutatóorvosát kértük fel. Sorozatunkban a Szegedi Tudományegyetem idén márciusban rendezett konferenciájára érkező 9 Nobel-díjast szegedi kutatók mutatják be.

– A Szegedre látogató 9 Nobel-díjas közül a John E. Walker által kutatott téma kötődik a legszorosabban Szent-Györgyi Albertnek a szegedi egyetemen végzett, Nobel-díjjal elismert munkájához – mondja Hegyi Péter kutatóorvos. A Szegedi Tudományegyetem Általános Orvostudományi Kara I. számú Belgyógyászati Klinikájának fiatal akadémiai doktorának magyarázatát a biológiai energia, illetve ennek a napból érkező energiának a „kémiai valutája”, azaz az adenozin-trifoszfát (ATP) megismerése és megértése történetéhez köti.

A biológiai energia a napból jön. A fényenergia a fotoszintézis következtében a növényekben levő kloroplasztban illetve a fototróp baktériumokban szénhidrátokká és zsírokká alakul. Ezen szénhidrátok és zsírok oxidatív metabolizmusa során képződik a „biológiai energia kémiai valutája”, azaz az adenozin-trifoszfát (ATP). A sejteknek ez a „valuta” rendkívül fontos, hiszen ez biztosítja az energiát a többi biológiai reakcióhoz.

– Hol képződik az ATP? – kérdez vissza Hegyi Péter. – A mitokondrium az a sejszervecske, ahol megfelelő oxigenizáció mellett a magas energiájú szénhidrátokból biológiai égés során a legtöbb ATP képződik. Épp a biológiai égés vizsgálataiért nyerte el 1937-ben a Nobel-díjat Szent-Györgyi Albert – mutat rá a szegedi kutató. – Több kiváló tudós is kapcsolódik ehhez a munkához, hiszen Hans Krebs Szent-Györgyi Albert munkáját folytatva jutott el a mitokondrium mátrixában végbemenő citrátkör felfedezéséig, amiért 1953-ban meg is kapta a Nobel díjat. A két tudós munkássága révén a folyamatot ma is Szent-Györgyi-Krebs ciklusnak hívják.

Az ATP szintézis a kutatások középpontjában maradt. Az elektronok és protonok szerepére Peter Mitchell világított rá, mikor kimutatta, hogy az energia a NADH molekulából képződik. A mitokondrium egy elektron-transzport áramot használ ahhoz, hogy a belső membránján keresztül beinduljon a proton-áram, mely nélkülözhetetlen része az ATP szintézisnek. Peter Mitchell azt gyanította, hogy a proton-áramok során keletkező energiát egy enzim fogja hasznosítani, mely segítségével egy ADP és egy foszfát molekulából ATP molekula képződik. Ezt az enzimet ATP képző enzimnek (ATP-szintáznak) nevezte el. Úttörő munkáját 1978-ban Nobel-díjjal jutalmazták. Elképzelésnek az alapján dolgozta ki Paul Boyer és Walker azt a molekuláris mechanizmust, amely az ATP-szintézisért felelős. Valódi „molekuláris motort” tártak fel, amelyben a fehérje-komplex egyes elemei egymáshoz képest elmozdulva alakítják át a hidrogénion-áramlás energiáját az ATP kémiai kötési energiájává - írják a Természet Világa cikkírói, akik ezt egy olyan vízeséshez hasonlították, amelyben az áramlási energia egy kalapácsot mozgat, ami azután egy értékes pénzdarabot kovácsol.

– Peter Mitchell munkája ragadta meg: Walker mindenáron meg akarta érteni az ATP-képző enzim felépítését és működését – jelzi az újabb kapcsolódási pontot Hegyi Péter. – Kétséget kizáróan igazolta, hogy a három proton-pumpáló enzim – amit a komplex I., komplex III. és komplex IV. névvel illetnek – mellett, velük szorosan összhangban működik az ATP képző enzim, melynek felépítése rendkívül hasonló a növényekben levő kloroplasztokhoz és a fototróp baktériumokban levő ATP képző enzimhez. Ennek az enzimnek a részletes karakterizálásáért 1997-ben Nobel-díjjal jutalmazták John E. Walkert.

Walker-szakasznak nevezik, hogy az ATP-t használó enzimek, fehérjék legszélesebb körében ugyanezek a megőrzött aminosav-sorrendek végzik az ATP megkötését. Ma már ennek a Walker-szakasznak szinte diagnosztikus jelentősége van egy-egy új enzim működésének az előrejelzésében, feltérképezésében.

A „kémiai valuta” előteremtésének rejtelmeit nem sikerült teljesen megfejteni, számtalan kérdés vár még megoldásra. Példaként említi Hegyi doktor, hogy a proton áramok kialakulását továbbra is több ponton homály fedi. Illetve a mitokondrium funkcionális vagy organikus károsodása következtében kialakuló ATP hiány megoldása, pótlása ma sem megoldott folyamat. Ehhez kapcsolódik Hegyi Péter és kutatócsoportja: a hasnyálmirigy működését elemezve keres gyógyírt betegségeire. A szegedi kutató úgy véli: energetikai károsodást okoznak a sejten belül az epesavak, és az alkohol lebomlásának végtermékei a zsírsavak is. Az energiatermelő sejtszervecske, a mitokondrium ugyanis károsodása révén nem tudja előállítani az ATP-moekulát. A következmény: a sejt a klinikai halál állapotába kerül. Ez az egyik pont, ahol be lehetne avatkozni a folyamatba, hogy ne haljon el a sejt.

Az életfolyamatok kutatói. Az életfolyamatok alapjainak megismerésében az ATP szerepének kutatói közül többen – például Szent-Györgyi, Krebs, Mitchell – is nyertek Nobel-díjat. „Az adenozin-trifoszfátot, vagy közhasználatú rövidítésben az ATP-t, a német Karl Lohmann fedezte fel 1929-ben, majd a pontos kémiai szerkezet tisztázása után 1948-ban a skót Alexander Todd (Nobel-díjat kapott 1957-ben) állította elő mesterségesen. Azt, hogy ez a molekula az élő sejtek legfontosabb energiaforrása és egy úgynevezett magas-energiájú foszfátkötést tartalmaz, Fritz Lippmann, az 1953-ban Nobel-díjjal kitüntetett tudós bizonyította” – írta a Természet Világa. Az 1997-es kémiai Nobel-díjat 3 kutató nyerte el: a díj felét az Aarhusi Egyetem professzora, a dán Jens C. Skou kapta az ATP energiáját felhasználó nátrium-kálium aktivált ATP-áz (Na+,K+-ATP-áz) felfedezéséért, míg a díj másik felét megosztva nyerte el az amerikai Paul D. Boyer és az angol John E. Walker, az ATP-képződés mechanizmusának feltárásáért. A táplálékból származó energia legfőbb raktározója, illetve szolgáltatója az életfolyamatok számára az ATP molekula – a baktériumoktól a gombákon és növényeken keresztül az emberig.

KLEBELSBERGTŐL A LENDÜLETIG

Szent-Györgyi Albert és John E. Walker életútjában több párhuzamra is fölhívja a figyelmet Hegyi Péter. Walker Angliában született, az Oxfordi Egyetemen tanult, ott doktorált, ám kivándorolt az Amerikai Egyesült Államokba, majd Franciaországban dolgozott. A kétszeres Nobel-díjas Frederick Sangerrel beszélgetve, a hatására tért vissza Angliába: Walker a cambridge-i orvosi kutatóközpont molekuláris biológiai laboratóriumának kutatójaként nyerte el a Nobel-díjat. Szent-Györgyi a Cambridge Egyetemen Hopkins biokémiai tanszékén szerezte meg második doktorátusát, ezúttal kémiából, majd Kendall támogatásával egy évig az Egyesült Államokban dolgozott, és Klebelsberg kultuszminiszter hívására tért haza: 1931-től 1945-ig a Szegedi Tudományegyetem orvosi vegyészeti intézetének professzoraként dolgozott, itteni munkájáért nyerte el 1937-ben a orvosi és élettani Nobel-díjat. E példák Hegyi Péter szerint igazolják, milyen óriási a jelentősége a Magyar Tudományos Akadémia kezdeményezésének, a külföldön dolgozó kutatók hazacsábítását és itthoni támogatását célzó Lendület programnak.

Újszászi Ilona

Az összellítás megjelent a Délmagyarországban, Délvilágban

További Nobel-díjasok:

Szent-Györgyi Albert

Andrew V. Schally

Robert Huber

Bert Sakmann

Eric Wieschaus

Peter C. Doherty

Tim Hunt

Aaron Ciechanover

Ada E. Yonath