Валерий Чолаков - Нобелевские премии. Ученые и открытия

Тогда ему пришлось обратиться в различные университеты. Он отправился в Киль, затем в Тюбинген и наконец, в 1896 г., во время летнего отпуска смог провести задуманные эксперименты в лаборатории своего брата Ганса, известного бактериолога Института гигиены в Мюнхене. Бухнер смешивал дрожжи с кварцевым песком и путем сильного встряхивания добился разрушения клеток. Он предложил метод фильтрации тонкой гомогенной массы под большим давлением. Так, из дрожжей был получен сок, обладающий большой ферментационной способностью. В нем не было ни одной частицы живого вещества, но, несмотря на это, сахар разлагался.

Эти опыты, удачно завершенные в 1897 г., положили начало современной энзимологии. В 1907 г. Эдуард Бухнер был удостоен Нобелевской премии по химии за открытие бесклеточной ферментации. После проведенных Э. Бухнером исследований сложных биокатализаторов, которые известный биохимик Вилли Кюне назвал энзимами или ферментами, стало возможным изучать их химическими методами.

Опыты Бухнера расширил и усовершенствовал английский биохимик Артур Гарден. В начале века стало известно, что при нагревании ферменты теряют активность. В 1906 г. Гарден и Уильям Юнг провели интересный эксперимент. Добавив к соку живых дрожжей сок прокипяченных дрожжей, они обнаружили, что ферментация резко усилилась. Это навело исследователей на мысль, что фермент состоит из каких-то двух веществ, одно из которых — термостойкое. Бухнер назвал открытый им фермент зимазой — от греческого названия дрожжей. Гарден ввел понятие «козимаза», которым он обозначал устойчивый компонент фермента [18] Одновременно роль фосфатов и коферментов в процесса брожения изучал русский химик Александр Николаевич Лебедев. — Прим. ред. .

Разработка метода ультрафильтрации через желатиновый фильтр открыла перед исследователями новые возможности. Этим методом Гарден разделил зимазу на составные части: через фильтр проходил только коэнзим, оказавшийся достаточно низкомолекулярным соединением. Гарден установил, что в разложении сахара определенную роль играет фосфорная кислота, которая соединяется с ним, образуя глюкозодифосфат. Так, Гарден выделил промежуточный продукт биологического распада углеводов.

Дальнейшие исследования в этой области связаны с деятельностью шведского ученого немецкого происхождения профессора Стокгольмского университета Ханса фон Эйлер-Хельпина. В 1906 г. он вместе с Карлом Мюрбеком приступил к исследованию ферментов. Производя разделение фермента от кофермента по методу Гардена, они после длительных экспериментов установили, что козимаза — это вещество из группы нуклеотидов (соединений аденина с пентозой) с молекулярным весом 490. X. Эйлер-Хельпин установил, что этот кофермент встречается и во многих других биокатализаторах, выполняющих самые разные функции. Это стимулировало исследование коферментов. Эти вещества сравнительно просты, и определение их структуры позволило применить методы органической химии для исследования процессов обмена веществ, связанных с переносом водорода.

Исследования Гардена и Эйлер-Хельпина явились очень важным этапом в развитии энзимологии. Оба ученых были удостоены в 1929 г. Нобелевской премии по химии за расшифровку механизма брожения и исследования в этой связи ферментов.

Еще в прошлом веке некоторые ученые пытались выделить в чистом виде и исследовать вещества, вызывающие биологический катализ. В 1896 г. Корнелис Пекельхаринг выделил белок из желудочного сока, однако не смог убедительно доказать, что это фермент, активизирующий процесс переваривания пищи. Большую работу по. выделению ферментов в чистом виде проделал со своими сотрудниками немецкий химик Рихард Мартин Вилып-теттер. Они добились в этом определенных успехов, и Вильштеттер высказывал даже предположение, что ферменты не относятся ни к белкам, ни к углеводам, а представляют собой какой-то новый тип веществ с неизвестной структурой. Подобные туманные рассуждения продолжались до 1926 г., когда Джеймсу Бетчеллеру Самнеру из Корнеллского университета удалось получить кристаллы фермента уреазы и он доказал, что это белок. Самнер начал свои исследования в 1917 г., и они вызвали немало насмешек со стороны его коллег, находившихся под влиянием идей Вильштеттера. Однако такое отношение только еще более подталкивало исследователя к достижению поставленной цели [19] В 1906 г. в лаборатории Н.П. Кравкова врач А.Д. Розенфельд выделил из хрена кристаллы фермента оксидазы и показал их белковую природу, но эта работа оказалась забытой. — Прим. ред. .

По словам самого Самнер а, ему просто повезло с выбором фермента. Вильштеттер работал с сахаразой и не мог получить даже ее концентрат. Самнер взял для исследования семена растений, в которых в большом количестве содержался фермент уреаза. После многолетних экспериментов он получил наконец это вещество в кристаллической форме путем охлаждения и центрифугирования гомогената из растительных клеток. Значение этого экспериментального результата нельзя недооценивать, особенно если учесть, что лаборатория Самнера располагала незначительными средствами и имела мало сотрудников, а сам он еще в 17-летнем возрасте лишился руки.

Вначале сообщение о том, что кристаллизован фермент, было встречено с недоверием. Однако постепенно число сомневающихся в результатах Самнера становилось все меньше, и, наконец, последний из них, Рихард Вильштеттер, признал себя побежденным. Вслед за этим подобными опытами увлеклись многие ученые, и вскоре были достигнуты новые успехи. Вторым биохимиком, сумевшим получить ферменты в кристаллическом виде, стал Джои Хоуарт Нортроп из Принстона.

Американский биохимик занимался исследованием желудочных соков. Еще в конце прошлого века возникло подозрение, что это белковые вещества. Пекельхаринр был «на пороге» этого открытия. В 1920 г. Дж. Нортроп, повторив его эксперименты, значительно усовершенствовал их и через 10 лет сумел выделить из желудочного сока чистый пепсин. Впоследствии Нортроп и его сотрудники, совершенствуя свою методику, получили еще пять ферментов.

Это были выдающиеся открытия в области химии ферментов и вообще белков. Разработанные учеными способы выделения этих сложных веществ — и именно в кристаллической форме—имели исключительное значение для их исследования, особенно методом рентгеноструктурного анализа. Вершиной этих исследований стало получение в кристаллическом виде вирусов табачной мозаики и полиомиелита, которое осуществил в 1932 г., также в Принстоне, Уэнделл Мередит Стэнли.

Вирусы были открыты русским ученым Дмитрием Иосифовичем Ивановским в 1892 г. Шесть лет спустя их исследовал Мартин Бейеринк, который первым высказал мысль, что это какой-то новый тип возбудителей заболеваний исключительно малых размеров, невидимых в микроскоп. Когда Стэнли удалось получить вирусы в кристаллической форме, это послужило подтверждением их белковой природы, и показало, что они занимают промежуточное положение между живым и неживым миром.