Klausa H. Hofmanna

Klaus Hofmann
Hofmann w swoim laboratorium na Uniwersytecie w Pittsburghu, ok. 1990
Urodzić się	( 1911-02-21 ) 21 lutego 1911 Karlsruhe , Niemcy
Zmarł	( 1995-12-25 ) 25 grudnia 1995 Pittsburgh, Pensylwania , USA
Narodowość	szwajcarski

Klaus H. Hofmann (21 lutego 1911 - 25 grudnia 1995) był amerykańskim chemikiem biologicznym i badaczem medycznym. The New York Times nazwał Hofmanna „ekspertem od syntezy związków ustrojowych”. Jego kariera została wyróżniona syntezą prototypu pigułki antykoncepcyjnej, izolacją i charakterystyką strukturalną biotyny (witaminy H), określeniem swoistości lizyny trypsyny proteazy trzustkowej ( cecha, która uczyniła ją enzymem pierwszego wyboru w oznaczaniu sekwencji białek) , pierwsza synteza chemiczna w pełni biologicznie aktywnej części hormonu peptydowego ( hormon adrenokortykotopowy - ACTH ) oraz badania struktury i funkcji rybonukleazy (RNazy).

Wczesne życie i wejście do nauki

Hofmann urodził się w Niemczech, ale po śmierci ojca matka wróciła z rocznym synkiem do rodzinnego domu w Szwajcarii. Rodzina była zorientowana na biznes, ale Klaus był zdeterminowany, aby kontynuować karierę naukową. Studiował chemię steroidów w Federalnym Instytucie Technologii w Zurychu (ETH) w laboratoriach Leopolda Ružički . Tutaj zaprzyjaźnił się z innym członkiem wydziału, Tadeuszem Reichsteinem , od którego nauczył się techniki laboratoryjnej. W ramach stażu podoktorskiego wyjechał do Stanów Zjednoczonych, aby pracować z Maxem Bergmannem na peptydach, zupełnie nowa dziedzina dla niego. Stamtąd przeniósł się na drugą stronę ulicy do laboratorium Vincenta du Vigneaud , gdzie zapoznał się z nową witaminą, biotyną .

Lata wojny

To, co miało być krótkim pobytem w USA, w wyniku II wojny światowej przerodziło się w znacznie dłuższy. Otoczona przez wrogie siły Szwajcaria poradziła Hofmannowi, oficerowi szwajcarskiej milicji, aby nie wracał na czas wojny. Lata wojny spędził pracując jako gość w Ciba Pharmaceutical Company w New Jersey. Stamtąd przeniósł się na University of Pittsburgh w czasie, gdy instytucja próbowała zbudować reputację naukową.

Dom naukowy w Pittsburghu

W ciągu kilku krótkich lat dziekan Wydziału Lekarskiego, który sam jest profesorem biochemii, zaprosił Hofmanna na stanowisko przewodniczącego wydziału. Od chwili, gdy objął stanowisko przewodniczącego działu biochemii, stało się jasne, że chociaż zawsze będzie synem Szwajcarii, Stany Zjednoczone zaoferowały mu możliwości kariery, na jakie nigdy nie mógł liczyć w tak małym kraju jak Szwajcaria. Stany Zjednoczone miały stać się jego stałym domem. Rozwijająca się dziedzina chemii peptydów stała się jego przedmiotem zainteresowania naukowego i, jak sam powiedział, zakochał się w cząsteczce, o której wiadomo, że stymuluje korę nadnerczy do produkcji tych samych sterydów, które tak go fascynowały w laboratorium Reichsteina. Tą cząsteczką, jeszcze nie wyizolowaną, był ACTH, a romans trwał całe życie. Pomimo objazdów w inne rejony, wracał do ACTH. W ostatnich latach przed śmiercią opracowywał metody izolacji receptora ACTH.

Obszary dorobku naukowego

Chemia sterydów

Jako doktorant w laboratoriach przyszłych laureatów Nagrody Nobla, Leopolda Ruzickiej i Tadeusa Reichsteina w Zurychu, Hofmann zsyntetyzował szereg związków związanych z terpenami, hipotetycznym budulcem steroidów. Jednym z nich była pochodna dehydroandrosteronu, prototyp pigułki antykoncepcyjnej. Niestety, biologiczne podstawy reprodukcji nie były znane przez wiele następnych lat i dlatego nie uznano znaczenia tego związku.

Trypsyna

Pracując w laboratorium Maxa Bergmanna w Rockefeller Institute, obecnie Rockefeller University , Hofmann zsyntetyzował analogi aminokwasu lizyny i udowodnił, że enzym trypsyna rozszczepia wiązania obejmujące grupę karboksylową tego aminokwasu.

Biotyna

Następnie, wraz z Vincentem du Vigneaudem , wykorzystał nowo opracowaną technikę chromatografii, której nauczył się podczas studiów w Zurychu, do wyizolowania, a następnie krystalizacji biotyny . Ta praca zapoczątkowała temat, który był kontynuowany przez całą jego karierę, polegający na określeniu znaczenia siarki w biologicznie aktywnych strukturach. Zastosował to również do peptydów.

Synteza peptydów/ACTH

Pierwszą chemiczną syntezę aktywnego hormonu peptydowego, dziewięcioaminokwasowego cyklicznego peptydu, oksytocyny, dokonał w 1954 roku du Vigneaud, za co otrzymał Nagrodę Nobla. Jednocześnie w trzech laboratoriach prowadzono izolację i określanie struktury hormonu przedniego płata przysadki ACTH. Ostatecznie określono, że peptyd ma długość 39 aminokwasów, jednak enzymatyczne i łagodne rozszczepianie kwasowe sugerowało, że struktura zawierająca tylko pierwsze 24 aminokwasy miała pełną aktywność biologiczną. Od samego początku było oczywiste, że ACTH zawiera aminokwas argininę i dlatego należało opracować metody włączania tego podstawowego aminokwasu do peptydów. Hofmann i jego grupa przystąpili do tego zadania. Ich wysiłki doprowadziły do ​​syntezy hormonu stymulującego melanocyty, β-MSH, który odpowiada pierwszym 13 aminokwasom ACTH oraz do syntezy w pełni aktywnego peptydu ACTH odpowiadającego sekwencji aminokwasowej pierwszych 23 aminokwasów.

W trakcie prac nad syntezą peptydu nad ACTH zaobserwowano nowe rozszczepienie łańcucha na wiązaniu acylo-prolina podczas usuwania grup zabezpieczających za pomocą metalicznego sodu w ciekłym amoniaku. Ta nieoczekiwana reakcja okazała się później przydatna w szczególnych przypadkach analitycznych.

RNaza A

W 1959 roku Fred Richards odkrył, że enzym proteolityczny Subtylizyna ma zdolność rozszczepiania enzymu rybonukleazy A na dwa składniki, peptyd odpowiadający pierwszym 20 aminokwasom enzymu (peptyd S) i pozostałą część białka ( białko S). Po oddzieleniu od siebie każdy kawałek był nieaktywny, ale kiedy je po prostu zmieszano, przywrócono pełną aktywność enzymatyczną. Hofmann spekulował, że ten system może być modelem interakcji hormonów peptydowych z ich receptorami. Badania struktury i funkcji ACTH były skomplikowane ze względu na konieczność oceny aktywności w całym zwierzęciu. System S-Peptide:S-Protein zapewnił prosty system bez żadnych biologicznych komplikacji nieodłącznie związanych z testowaniem analogów ACTH.

Aby zbadać, które aminokwasy mogą być ważne w ustalaniu wiązania między hormonami peptydowymi a ich receptorami, Hofmann i jego grupa rozpoczęli systematyczną ocenę udziału każdego aminokwasu w cząsteczce S-peptydu w wiązaniu z białkiem S. Zdolność syntetycznych analogów S-peptydu do aktywacji białka S dobrze korelowała ze zdolnością syntetycznych analogów ACTH do wywoływania aktywności hormonalnej: 1) tylko część łańcucha S-peptydu była niezbędna do przywrócenia pełnej aktywności z S- Białko; 2) metionina nie była istotna; 3) zastąpienie jednego konkretnego aminokwasu w peptydzie nie tylko zniszczyło aktywność peptydu, ale także stworzyło antagonistę. Kiedy ustalono, że receptory hormonów peptydowych rezydują na błonie komórkowej komórek, bezpośrednie badania działania pochodnych ACTH, które tak długo wymykały się badaczom, stały się rzeczywistością. Hofmann i jego współpracownicy wyizolowali błony plazmatyczne z nadnerczy wołowych i byli w stanie przeprowadzić badania struktura-aktywność z syntetycznymi analogami ACTH. Co ważne, odkryli, że zastąpienie fenyloalaniny resztą tryptofanu w pozycji 9 dało peptyd, który wiązał się z receptorem ACTH bez jego aktywacji, tj. antagonistę ACTH.

Wróć do izolacji receptora biotyny

Hofmann zatoczył koło w swojej wczesnej pracy nad biotyną, kiedy dołączył tę witaminę do insuliny. Spędził urlop naukowy w Akwizgranie w laboratorium Helmuta Zahna, aby nauczyć się technik modyfikacji insuliny). Korzystając z tych informacji, był w stanie chemicznie przyłączyć biotynę do jednej z trzech reszt Lys w łańcuchach insuliny, wytwarzając w ten sposób insulinę, która wiązałaby się z kolumnami awidyny-sefarozy. Kompleks receptora biotynylo-insuliny mógłby następnie zostać zastąpiony przez biotynę. Dzięki temu narzędziu Hofmann i jego współpracownicy z powodzeniem wyizolowali w pełni aktywny receptor insuliny. Jego ostatnia praca była skierowana na izolację receptora ACTH przy użyciu tego samego podejścia, co w przypadku receptora insuliny, ale do tego czasu jego stan zdrowia podupadał.

Wyróżnienia

Hofmann był założycielem i dyrektorem Protein Research Laboratory w School of Medicine na University of Pittsburgh , członkiem National Academy of Sciences , emerytowanym profesorem medycyny eksperymentalnej i biochemii na University of Pittsburgh School of Medicine oraz członkiem Amerykańskie Stowarzyszenie Postępu Nauki .

Nagrody i wyróżnienia

Hofmann był członkiem:

• Amerykańskie Stowarzyszenie Postępu Nauki
• Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne
• Amerykańskie Towarzystwo Biochemii i Biologii Molekularnej
• Towarzystwo Endokrynologiczne
• Narodowa Akademia Nauk
• Sigma XI
• Szwajcarskie Towarzystwo Chemiczne

Hofmann został wyróżniony następującymi nagrodami:

• Nagroda Pittsburgha 1962
• 1963 Wybór na członka Narodowej Akademii Nauk
• Medal Bordena z 1963 r
• 1963 Medal rektorów Uniwersytetu w Pittsburghu
• 1972 Wykład Mellona na Uniwersytecie w Pittsburghu
• 1976 Senior Scientist Award, Fundacja Alexandra von Humboldta, Bonn, Niemcy Zachodnie
• 1981 Trzecia nagroda Alana E. Pierce'a przyznana przez American Peptide Chemists
• 1983 Japan Society for the Promotion of Sciences Fellowship Award
• 1987 First Huggins Memorial Award, University of Pittsburgh