Валерий Чолаков - Нобелевские премии. Ученые и открытия

Существует большая группа веществ растительного и животного происхождения, структура которых включает известное циклопентанпергидрофенантреновое ядро. Это стероиды. Указанная структура встречается в самых различных биологически активных веществах: витаминах, желчных кислотах, половых гормонах, растительных ядах, алкалоидах и многих других. В этой обширной области биоорганической химии работали многие ученые, среди которых немало лауреатов Нобелевской премии.

В 1927 г. Нобелевский комитет по химии решил не присуждать премии (по уставу Нобелевского фонда ее присуждение может быть задержано на год). Это позволило наградить в 1928 г. двух ученых, пионеров в исследованиях стероидов: Генриха Виланда — за исследование строения жёлчных кислот и связанных с ними веществ и Адольфа Виндауса — за изучение строения стеринов и их связи с витаминами группы D.

Жёлчные кислоты были объектом исследования химиков с начала XIX в. Они являются частью секрета печени, который выливается в пищеварительный тракт. До исследований Виланда почти ничего не было известно об их структуре и связях между различными кислотами. Он приступил к исследованию этих проблем в 1912 г., а к 1932 г. полностью исследовал их структуру, установив, что они имеют углеродный скелет стероидного характера.

Виланд умел находить самые неожиданные объекты для исследований. Так, он занялся изучением пигментов, обусловливающих окраски крыльев бабочек, и открыл интересную группу птериновых соединений. В шкуре лягушки он обнаружил сильный яд буфоталин (родственный жёлчным кислотам), который стал использоваться как ценное лекарство. Весь творческий путь Генриха Виланда полон подобных открытий, и в 1927 г. он был удостоен Нобелевской премии по химии.

Еще в начале нашего столетия Адольф Виндаус по совету своего учителя Генриха Килиани занялся исследованием холестерина, о котором в то время мало что было известно. Это соединение относится к группе стеринов, являющихся спиртами сложного строения. Название «стерины» происходит от греческого корня и в переводе означает «твердый». Исследования показали, что стерины структурно связаны с жёлчными кислотами. Соединения обеих групп имеют в своей основе фенантрен и циклопентан, которые образуют ядро. К этому ядру присоединяются различные другие группы соединений, в результате создается богатое разнообразие структур.

Виндаус изучал также растительные гликозиды, которые входят в состав многих лекарств, прежде всего сердечных стимуляторов. Он показал, как эргостерин (вещество, содержащееся в дрожжах) под действием ультрафиолетовых лучей превращается в витамин D. Это открытие имело большое значение не только для выяснения структуры этого витамина, но и для организации его промышленного производства.

Исследования Виндауса во многих отношениях переплетаются с работой Виланда, поэтому вполне закономерно одновременное присуждение им в 1928 г. Нобелевской премии по химии. Адольф Виндаус был удостоен этой награды за исследование стеринов и их связи с витаминами.

Исключительно важную группу природных соединений образуют углеводы. Под этим названием объединяются различные сахара и их полимеры. Название «углеводы» возникло в 40-е годы XIX в., когда был установлен количественный состав некоторых из этих соединений. Они состоят из углерода, водорода и кислорода, содержащихся в таком соотношении, что наводило на мысль о наличии молекулы воды на каждый атом углерода. Позднее стало ясно, что никакой воды нет, но название сохранилось [15] Термин «углеводы» был введен в 1844 г. профессором Тартуского университета Карлом Эрнестовичем Шмидтом. — Прим. ред. .

В 1925 г. английский ученый Уолтер Нормен Хоуорс, профессор Бирмингемского университета, после многолетних исследований показал, что моносахариды (простейшие сахара) имеют кольцевидное строение. В качестве их исходных структур можно рассматривать кольца пирана и фурана. Кольцо пирана — шестиатомное, построенное из 5 атомов углерода и 1 атома кислорода. В пятиатомном кольце фурана имеется 4 атома углерода и 1 атом кислорода. Добавляя к этим кольцевидным структурам гидроксильные группы и еще атомы углерода, можно получать основные моносахариды.

В 1928 г. венгерский химик Альберт Сент-Дьёрдьи, исследуя экстракты, выделенные из растений, получил вещество, которое назвал гексуроновой кислотой. Это вещество напоминало углеводы, и поэтому, посетив несколько позже Бирмингемский университет, Сент-Дьёрдьи предложил Хоуорсу заняться его изучением. Это был витамин С. Методом рентгеноструктурного анализа и другими способами английский ученый установил структуру указанного вещества и синтезировал его. Это чрезвычайно важное для живого организма соединение похоже на так называемые сахарные кислоты. Метод рентгеноструктурного анализа Хоуорс использовал и для исследования других моносахаридов; в результате было установлено, что они имеют именно такую структуру, как он и предполагал. Определение кольцевидного строения моносахаридов позволило объяснить процесс их соединения в дисахариды, к каковым относятся обычный сахар, молочный сахар и другие соединения. Далее английский химик показал, как моносахариды соединяются в длинные цепи, образуя такие биополимеры, как крахмал, гликоген, целлюлоза и т. д. Исследования Хоуорсом углеводов и витамина С сыграли огромную роль в развитии химии этих соединений. Это принесло английскому ученому широкую известность в научных кругах, и в 1937 г. он был удостоен Нобелевской премии по химии, разделив ее с швейцарским исследователем витаминов Паулем Каррером.

Существует группа органических веществ под названием «алкалоиды». Многие из них ядовиты и оказывают наркотическое действие. Содержащие их лекарственные растения известны с древнейших времен. В начале XIX в. были выделены в кристаллической форме первые такие соединения; в соответствии с их химическими свойствами они были названы алкалоидами, т. е. «щелочеподобными».

Первые опыты производились с опиумом, и в 1817 г. из него был выделен морфин. После этого были открыты стрихнин, хинин, кофеин, кокаин и т. д. Ныне известно около 1000 алкалоидов, которые в зависимости от своего строения делятся на несколько групп.

С исследованием алкалоидов связано имя английского ученого Роберта Робинсона. В частности, он изучил такие алкалоиды более сложного строения, как морфин и стрихнин. В их молекулах содержится соответственно 40 и 47 атомов, поэтому, чтобы определить их структуру, потребовались немалые усилия. Робинсон успешно справился с этой задачей, хотя на различных этапах работы приходилось делать выбор между десятками возможных структурных формул. Затем он приступил к изучению ряда других алкалоидов. На основании проведенных исследований он разработал теорию этих соединений в растительных клетках.