Валерий Чолаков - Нобелевские премии. Ученые и открытия

В начале нашего столетия было уже точно известно, что при работе мышцы в ней накапливается молочная кислота, которая при бездействии мышцы окисляется. Считалось, что это какой-то побочный продукт, образующийся при работе мышечных клеток. Лишь количественные исследования немецкого ученого Отто Мейергофа внесли некоторую ясность в этот вопрос. Прежде всего он показал, что на стадии покоя окисляется не более одной трети молочной кислоты. Затем Мейергоф установил, что часть молочной кислоты восстанавливается, образуя полисахаридный гликоген, который подобен крахмалу и играет в клетках животных роль «депо энергии».

Таким образом, картина начала проясняться. На первой стадии сокращения мышцы обнаруженное Хиллом выделение тепла, как это установил Мейергоф, происходит в результате разложения гликогена на моносахарид и молочную кислоту. При этом химическая энергия превращается в механическую. На второй стадии, когда мышца бездействует, молочная кислота частично окисляется, а частично восстанавливается до гликогена. В 1922 г. Мейергоф и Хилл за свои исследования термодинамики мышечной деятельности и механизма мышечного сокращения были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.

В нормальных условиях глюкоза и кислород не вступают в реакцию, однако в присутствии подходящих ферментов сахар довольно активно окисляется, превращаясь в двуокись углерода и воду. Изучение таких биокатализаторов является одним из крупных достижений известного биохимика Отто Генриха Варбурга, работавшего в Гейдельберге и в Институте физиологии клетки в Берлине (Далем). Поскольку ферменты обычно встречаются в ничтожно малых количествах, Варбург исследовал их косвенными методами, преимущественно с использованием спектроскопии.

Еще в 80-е годы прошлого века Чарлз Макманн методом спектроскопии обнаружил в некоторых тканях неизвестное вещество, которое поглощало кислород и. имело такие же спектральные линии, как и гемоглобин. Отсюда был сделан вывод, что в тканях содержится какой-то фермент, похожий на гемоглобин. Значение этого открытия стало понятным лишь в 20-е годы, когда Варбург стал заниматься исследованием клеточного дыхания. Он вновь применил спектроскопию и вторично установил сходство катализаторов биологического окисления с гемоглобином. На основании этого Варбург сделал вывод, что дыхательный фермент в своей белковой молекуле также имеет порфириновое ядро с одним атомом железа, который взаимодействует с кислородом.

Эти дыхательные ферменты, обнаруженные по их спектру, были названы цитохромами [22] Цитохромы были «переоткрыты» (после Макманна) и изучены английским биохимиком Дэвидом Кейлином в 1925 г. — Прим. ред. . За объяснение механизма клеточного дыхания действием ферментов Варбург был удостоен в 1931 г. Нобелевской премии по физиологии и медицине. Продолжая работать в этой области, Варбург в следующем году вместе со своим сотрудником Вальтером Кристианом открыл новый дыхательный фермент желтого цвета, который был назван флавином. Оказалось, что это представитель большой группы флавинов (ферментов биологического окисления, образующих вместе с цитохромами дыхательную цепь).

В том же 1932 г. венгерский биохимик Альберт Сент-Дьёрдьи приступил к исследованию «желтых» ферментов в своей лаборатории в Сегеде. В отличие от большинства ученых, которые занимались исследованием окислительных процессов, он сосредоточил свое внимание на ферментах, которые активировали водород и переносили его в клетках. На работу Сент-Дьёрдьи большое влияние оказали наблюдения Генриха Виланда, касающиеся воздействия палладия на некоторые органические вещества. Виланд установил, что, вступая в контакт с этим металлом, органические соединения теряют водород, а это равносильно частичному окислению. Это произвело на биохимиков большое впечатление, и они занялись поисками ферментов, оказывающих подобное действие. Вскоре были открыты дегидрогеназы, катализирующие отщепление водорода от молекул [23] Создателем теории активирования водорода в процессах биологического окисления был русский биохимик Владимир Иванович Палладин. Свою теорию он разработал в 1911—1912 гг. — Прим. ред. .

Постепенно из отдельных наблюдений формировалось единое представление о дыхательных ферментах. По линии цитохромов движутся электроны, обеспечивающие активацию кислорода, а с другого направления дегидрогеназы поставляют водород. Так происходит ступенчатое окисление веществ до воды и углекислоты и постепенное выделение энергии. Эти исследования показали взаимосвязь между ферментами и витаминами. Составной частью «желтых» ферментов оказался рибофлавин (витамин В 2). Это открытие было сделано Рихардом Куном и Паулем Каррером. Сам Сент-Дьёрдьи занялся исследованием красного стручкового перца, который всегда производился в большом количестве около Сегеда, н обнаружил, что знаменитая венгерская паприка очень богата витамином С. Оказалось, что этот витамин также участвует в процессах переноса водорода.