Нобелевская премия по физиологии и медицине 1992. В 1992 г. американские биохимики Э. Дж. Кребс и Э. Г. Фишер стали лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине «за открытия, касающиеся обратимого фосфорилирования белков как биологического регуляторного механизма» (The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1992. Press release // The Nobel Prize).

В конце 1930-х гг. К. Ф. Кори и Г. Т. Кори изучали работу гликогенфосфорилазы скелетных мышц, которая катализирует лимитирующую стадию гликогенолиза: фосфоролиз гликогена с образованием фосфорилированной глюкозы (глюкоза-1-фосфат) [учёные получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1947 «за открытие каталитического превращения гликогена» (The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1947 // The Nobel Prize)]. Было показано, что гликогенфосфорилаза может существовать в двух формах: каталитически активная фосфорилаза а и каталитически неактивная фосфорилаза b, причём последняя работает только в присутствии аденозинмонофосфата (АМФ), тогда как фосфорилаза а при наличии АМФ не активна. Супруги Кори ошибочно предположили, что АМФ входит в состав фосфорилазы а и фермент, который катализирует превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b, просто удаляет аденозинмонофосфат.

В 1954 г. Ю. П. Кеннеди описал фермент, обнаруженный в печени и катализирующий фосфорилирование казеина, а вскоре Э. У. Сазерленд обнаружил в тканях печени 2 фермента, один из которых превращал фосфорилазу а в фосфорилазу b с выделением неорганического фосфата, а другой реактивировал фосфорилазу b с присоединением фосфата к её молекуле.

В 1955–1956 гг. Фишер и Кребс в ходе изучения фосфорилазы из скелетных мышц доказали, что для реактивации фосфорилазы b необходима АТФ, поставляющая фосфатную группу, и фермент киназа фосфорилазы, позднее названный протеинкиназой. При этом обратный процесс – каталитическое высвобождение фосфатной группы от фосфорилазы а – регулируется ферментом протеинфосфатазой. То есть работа фосфорилазы регулируется двумя ферментами с противоположным действием.

Масштаб открытия, сделанного Фишером и Кребсом, значимость обратимого фосфорилирования белков для существования живых организмов стали понятны не сразу.

Вскоре Сазерленд обнаружил, что циклический 3',5'-аденозинмонофосфат (ц-АМФ) способствует превращению фосфорилазы b в фосфорилазу a и, как следствие, высвобождению глюкозы в клетке. Оказалось, что ц-АМФ вырабатывается в ответ на выброс многих гормонов и других веществ, что позволило Сазерленду сформулировать гипотезу о вторичных мессенджерах, с помощью которых происходит передача сигналов от гормонов к органам-мишеням [Э. У. Сазерленд получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине (1971) «за открытия, касающиеся механизмов действия гормонов» (The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1971 // The Nobel Prize)]. Кребс, в свою очередь, доказал, что ц-АМФ активирует соответствующую ц-АМФ-зависимую протеинкиназу А, которая катализирует процесс фосфорилирования – это позволило объяснить, каким образом выброс адреналина приводит к быстрой мобилизации глюкозы и как работает биологическая амплифицирующая система.

Но до конца 1960-х гг. обратимое фосфорилирование всё ещё считалось механизмом контроля, специфическим для метаболизма гликогена. В 1969 г. Л. Дж. Рид со своими коллегами обнаружил в митохондриях эукариот пируватдегидрогеназный комплекс, инактивируемый путём фосфорилирования. Это навело учёных на мысль о том, что обратимое фосфорилирование может использоваться в других метаболических путях и органеллах. Действительно, в числе субстратов протеинкиназы А были найдены сердечный тропонин I и фосфоламбан, определяющие работу миокарда, а также некоторые белки, не являющиеся ферментами.

В 1970-х гг. стало понятно, что большинство белков фосфорилируются по двум и более аминокислотным остаткам двумя и более киназами разных видов – это явление получило название мультисайтового фосфорилирования. Фишер и Кребс впоследствии говорили, что им повезло выбрать своим объектом исследования именно гликогенфосфорилазу – один из немногих белков, фосфорилируемых всего одной киназой.

В конце 1970-х гг. были идентифицированы Са²⁺/кальмодулин-зависимые киназы (СаМ киназы), участвующие в работе мышц, росте нервных клеток и формировании памяти. В начале 1980-х гг. удалось расшифровать функции ряда регуляторных генов – оказалось, что они кодируют протеинкиназы. А к 1990 г. было уже известно о различных каскадах протеинкиназ, активируемых фосфорилированием. Фишер показал роль фосфатаз в активации поверхностных белков лимфоцитов, с помощью которых иммунные клетки вступают в контакт с макрофагами и защищают организм от чужеродных агентов.

Таким образом, обратимое фосфорилирование белков, обнаруженное Фишером и Кребсом, оказалось важнейшим биологическим регуляторным механизмом. Считается, что с помощью обратимого фосфорилирования регулируется работа 30 % белков в организме человека, а нарушение процессов фосфорилирования и дефосфорилирования приводит к развитию различных заболеваний (The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1992. Press release; Anderson C. Nobel Prize given for work on protein phosphorylation // Nature. 1992. Vol. 359, № 6396. P. 570).