Питер Д. Митчелл: Человек, который оказался прав в одиночку

В 1961 году Питер Митчелл предположил, что клетки производят АТФ, закачивая протоны через мембрану и позволяя им возвращаться обратно сквозь нее. Эта идея была столь чужда господствующей биохимии, что большинство представителей этой науки просто отвергли ее. Два года спустя, истощенный сопротивлением научного сообщества и ухудшением здоровья, он ушел со своего университетского поста, отреставрировал полуразрушенное поместье в Корнуолле и построил внутри него собственную лабораторию. Семнадцать лет спустя последовала Нобелевская премия по химии.

Митчем

Питер Деннис Митчелл родился 29 сентября 1920 года в Митчеме, графство Суррей, в семье государственного служащего Кристофера Гиббса Митчелла и Кейт Беатрис Дороти Таплин. Его дядей был сэр Годфри Митчелл, председатель строительной фирмы George Wimpey — семейная связь с серьезными финансовыми средствами, которая сыграла важную роль позже, когда Митчеллу понадобилось финансировать научные исследования, которые больше никто не хотел спонсировать.

Он учился в Куинс-колледже в Тонтоне, а затем в Хесус-колледже в Кембридже, где изучал естественные науки (Natural Sciences Tripos) и специализировался на биохимии.

Кембридж и пенициллин

В 1942 году Митчелл получил научную должность на кафедре биохимии в Кембридже. Его докторская диссертация продвигалась медленно — степень была присуждена ему в 1951 году за работу по механизму действия пенициллина, то есть по тому, как молекула действует на бактериальную мембрану. Мембраны оставались главной темой его исследований до конца жизни.

В 1955 году профессор Майкл Суонн пригласил его в Эдинбург для создания отдела химической биологии на кафедре зоологии. В 1961 году он был назначен старшим преподавателем (Senior Lecturer), а в 1962 году — доцентом (Reader). В 1963 году он подал в отставку.

Хемиосмотическая гипотеза

Идея, опубликованная им в журнале Nature в 1961 году, затрагивала самый большой нерешенный вопрос биохимии. Все знали, что АТФ является энергетической валютой клетки. Никто не знал, как именно клетки производят его. Господствующее предположение заключалось в том, что какое-то высокоэнергетическое химическое промежуточное соединение должно связывать окисление пищи с синтезом АТФ — и лаборатории по всему миру безуспешно искали это соединение.

Митчелл заявил, что никакого промежуточного соединения нет. По его утверждению, сопряжение носит не химический, а пространственный характер. Дыхание перекачивает протоны через мембрану, создавая электрохимический градиент — разницу в концентрации и напряжении между одной и другой стороной. Этот градиент и есть запасенная энергия. АТФ образуется, когда протоны возвращаются обратно по этому градиенту через специфический фермент в мембране.

Это предложение было дерзким в двух отношениях. Оно перенесло проблему из области растворимой химии в структуру мембран, которую большинство биохимиков того времени считало инертным контейнером, а не машиной. Кроме того, оно было выдвинуто во многом на теоретических основаниях человеком со скромным списком публикаций.

Глинн-Хаус

Покинув Эдинбург в 1963 году, Митчелл провел два года, руководя реставрацией Глинн-Хауса в Кардинхэме, графство Корнуолл. В тот же период он основал компанию Glynn Research Ltd вместе со своей давней соратницей Дженнифер Мойл для проведения фундаментальных биологических исследований на собственных условиях и за свой счет.

Это самый буквальный в современной науке пример того, как исследователь создает собственное учреждение, поскольку существующие не хотели принимать его. Из Глинна он развил свою теорию, опубликовав главные результаты в Biological Reviews в 1966 году, а затем перешел к теоретической работе над цепями переноса электронов и Q-циклом — механизмом переноса протонов внутри дыхательной цепи.

Признание

Доказательства против скептиков накапливались. Эксперименты Андре Ягендорфа на хлоропластах показали, что искусственно созданная разница pH по обе стороны мембраны — протонный градиент и ничего больше — может запускать синтез АТФ. Затем была идентифицирована АТФ-синтаза: мембранный фермент, требуемый концепцией Митчелла, который работает как канал, через который возвращающиеся протоны стимулируют производство АТФ.

В 1974 году Лондонское королевское общество избрало его своим членом (Fellow). В 1976 году он получил премию Розенстила. В 1978 году он был удостоен Нобелевской премии по химии — единолично — «за вклад в понимание переноса биологической энергии посредством формулировки хемиосмотической теории». В том же году последовала медаль Сир Хайнс Кребса, а в 1981 году — медаль Копли Лондонского королевского общества. Он скончался 10 апреля 1992 года.

Почему Митчелл важен

Хемиосмос теперь преподается как факт в каждом вводном курсе биологии, что скрывает всю радикальность этой теории. Митчелл объяснил центральный энергетический процесс жизни — то, как митохондрии и хлоропласты преобразуют пищу и солнечный свет в полезную энергию — и объяснил это правильно в то время, когда почти все квалифицированные специалисты считали его неправым.

То, как это произошло, столь же поучительно, как и содержание. Он доказал свою правоту, работая в частной лаборатории в отреставрированном доме в Корнуолле, финансируемой вне грантовой системы, в сотрудничестве лишь с одним главным соратником. Его карьера доказывает, что консенсус — это лишь описание того, во что научное сообщество верит в данный момент, а не мерило истины.