Роберт Арнольд Алберти (англ. Robert Arnold Alberty; 21 июня 1921, Уинфилд, Канзас — 18 января 2014, Кембридж (Массачусетс) — американский био- и физикохимик. Внес значительный вклад в современную термодинамику биологических систем, а также кинетику ферментативных реакций. Развивал метод электрофореза. Внедрил в практику исследований ферментативных реакций различные физико-химические методы, такие как метод ядерного магнитного резонанса, спектрофотометрии, изотопного замещения. Сформулировал идею о быстром равновесии в реакциях, катализируемых ферментами.
Биография
Алберти родился в Уинфилде, штат Канзас, но его семья переехала в Линкольн, штат Небраска, когда ему было пять лет. Еще ребенком он проявлял интерес к науке, оборудовав маленькую химическую лабораторию и темную комнату для проявления фотографий. В 1939 году Алберти поступил в университет Небраски. Он планировал стать химиком-инженером, но вскоре выяснил, что для этой специальности требуется прохождение длительного курса черчения и геодезии. К тому моменту, однако, он уже изучил геодезию, посчитал ненужным посещение этого курса и выбрал специализацию по химии. Степени бакалавра и магистра Алберти получил в 1943 и 1944 годах соответственно. После получения степени магистра Алберти продолжил свою работу в университете Висконсина в группе профессора Джека Уильямса, в области выделения новых лекарственных препаратов из плазмы крови с применением электрофореза. В 1947 году получил степень PhD и одновременно начал заниматься преподаванием в университете Висконсина. В 1950 Алберти получил стипендию Гуггенгейма на проведение исследований в области ферментативной кинетики совместно с Лайнусом Полингом в Калифорнийском технологическом институте. В дальнейшем продолжил эти исследования в своей научной группе в Висконсине. В 1961 году занял должность заместителя декана по науке и публикациям в Висконсине, а в 1963 – стал деканом Graduate School. В 1965 году становится членом Национальной академии наук США. Позднее, в 1967 году, Алберти также принял предложение стать деканом по науке Массачусетского технологического института. Эта работа впоследствии заняла все его время, в результате он приостановил свою научную работу, погрузившись в административную деятельность. Под его руководством в США были организованы новые образовательные программы и школы, проведена реструктуризация образовательной системы, открыты новые исследовательские центры. В 1975-1977 работал в National Research Council’s Human Resources Division. В 1982 году Алберти ушел с поста декана по научным вопросам и вернулся к исследовательской деятельности. До 1991 года занимался теоретическими исследованиями термодинамики органических молекул, а с 1991 вернулся к исследованиям термодинамики и кинетики биохимических процессов. В 1992 году получил звание заслуженного профессора MIT и вышел на пенсию, однако не остановил своей научной работы, которой занимался вплоть до 2011 года, до выхода его последней работы по кинетике ферментативных реакций. Алберти скончался 18 января 2014 года в Массачусетсе
Научная деятельность
Экспериментальная работа
До выпуска из университета его работа была посвящена измерению двумерного давления в пленках с применением ванны Лэнгмюра. В своей магистерской дипломной работе он исследовал фазовые равновесия в системе бензол-изобутиловый спирт-вода. Его исследовательская работа в Висконсине была направлена на выделение новых лекарственных препаратов из плазмы крови; в частности Алберти использовал методы ультрацентрифугирования и электрофореза для фракционирования белков крови и выделял гамма-глобулины (антитела). В своей диссертации он исследовал размывание границ при электрофорезе гамма-глобулинов. В период совместной работы с Л. Полингом приступил к работе в области ферментативной кинетики. Изучал фермент фумаразу, применяя один из первых ДУ спектрофотометров Бекмана с самописцем, тем самым развивая спектрофотометрический метод анализа в применении к исследованию ферментов. Изучение кинетики катализируемых ферментами реакций в 1950х было в состоянии застоя и состояло в основном в измерении максимальных скоростей и констант Михаэлиса, часто с использованием ферментов, содержащих примеси, а значение этих параметров описывалось лишь в рамках схемы Михаэлиса-Ментен, предложенной много ранее. Детальное изучение влияния pH и температуры, использование изотопного замещения, рассмотрение различных субстратов и развитие релаксационных методов еще не были проведены. Алберти был среди немногих из тех, кто увидел эти возможности для исследования с использованием количественных подходов физической химии; это требовало ферментов высокой степени чистоты, надежной теоретической базы и современных экспериментальных методов. На примере фермента фумаразы в промежуток с 1953 по 1962 год лаборатория Алберти провела множество экспериментальных исследований в области энзимологии, в том числе и прецизионных, впервые показав, насколько полным может быть рассмотрение стационарной кинетики (steady state), и каким образом полученные представления могут быть обобщены для широкого круга ферментативных реакций. В работе использовалось много новых методов, как, например, метод ЯМР. Среди трудов группы Алберти присутствуют работы, описывающие взаимосвязь константы равновесия реакций со стационарными параметрами, процедуру выделения и очистки кристаллической фумаразы, зависимость стационарных параметров от pH , , . Впоследствии Алберти установил, что из зависимостей максимальной скорости от pH и отношения максимальной скорости и константы Михаэлиса от pH можно получить информацию о константах ионизации боковых цепей белковой молекулы, необходимых для каталитической активности. Кроме того, различная зависимость прямой и обратной реакции от pH указала на появление как минимум двух интермедиатов в классической схеме Михаэлиса-Ментен. В 1957, используя тогда еще только появившийся метод ЯМР, в группе Алберти показали стереоселективность присоединения воды к двойной связи фумарата. В 1958 Алберти и Гордон Хаммес заметили, что константа скорости бимолекулярной реакции присоединения субстратов к ферменту оказывается необычно большой и применили теорию диффузионно контролируемых процессов для определения максимальной константы скорости для этих реакций. Впоследствии было показано, что константы скорости реакций присоединения субстратов и ингибиторов ко многим ферментам действительно принимают значения, предсказываемые теорией диффузионно контролируемых реакций.. В 1960 Алберти и Хаммес опубликовали статью об исследовании релаксационной кинетики простых ферментативных реакций, впервые использовав эту методику для исследования ферментов. В 1959 Леонард Пеллер и Алберти представили окончательный анализ, еще раз показав, какую информацию о кинетике и равновесных свойствах можно получить из стационарной ферментативной кинетики. Представленный анализ механизма с несколькими интермедиатами для односубстратной и однопродуктной реакции является одной из важнейших точек в ферментативной кинетике. Исследователи показали, что константы Михаэлиса и максимальные скорости можно использовать для определения нижнего предела любой из констант скорости в ферментативной реакции, протекающей через образование произвольного числа интермедиатов. Также они показали, что константы ионизации, полученные из стационарной кинетики в общем случае составные, кроме тех, что получены из зависимости отношения максимальной скорости и константы Михаэлиса от pH. Эти зависимости можно использовать для получения выражений для констант ионизации фермента, не содержащих концентраций связанного субстрата, что крайне важно для анализа. Кроме того, эти зависимости должны быть одинаковыми для прямой и обратной реакций. В дальнейшем (1962-1963) Пеллер и Алберти совместно с Виктором Блумфельдом обобщили эту работу на случай многосубстратной ферментативной реакции,
