Валерий Чолаков - Нобелевские премии. Ученые и открытия

Обычно исследования биохимических реакций проводятся в гомогенной массе, получаемой путем растирания в порошок живых тканей. Проводя такие опыты над гомогенатом мышечной ткани, некоторые ученые, в том числе Сент-Дьёрдьи, обнаружили, что при добавлении янтарной, фумаровой, яблочной и щавелево-уксусной кислот окислительные процессы усиливаются. Почти одновременно в начале 30-х годов шведский химик Тор-стен Людвиг Тунберг открыл ферменты, являющиеся дегидрогеназами названных кислот. Стало ясно, что эти кислоты, оказывая определенное каталитическое действие, служат звеньями в цепи окислительных процессов, при которых происходит выделение энергии. В этих открытиях решающая заслуга принадлежит Альберту Сент-Дьёрдьи, получившему в 1937 г. Нобелевскую премию по медицине и физиологии за исследования процессов биологического окисления, а также за выделение в кристаллическом виде витамина С.

Вскоре после этого английский биохимик Ханс Адольф Кребс установил, что «эффект Сент-Дьёрдьи», наблюдаемый при добавлении фумаровой кислоты к гомогенату клетки, можно получить и с помощью двух других органических кислот (кетоглутаровой и пировиноградной). Поначалу это только внесло еще большую путаницу в реакции, которые не могли объяснить биохимики. Однако Кребс первым из биохимиков догадался, что все эти органические кислоты составляют звенья одной цепи окисления органических веществ до двуокиси углерода и воды. Он предложил схему, описывающую процесс постепенного окисления органических веществ.

Вначале к щавелевоуксусной кислоте добавляется какое-то соединение с двумя атомами углерода и образуется трикарбоновая кислота, которая под действием различных ферментов превращается в другие, подобные ей органические кислоты. На каждой стадии происходит выделение воды, водорода или двуокиси углерода, причем энергия активированного водорода включается в макроэргические связи аденозинтрифосфата (АТФ) — универсального аккумулятора энергии в живых организмах. Кребс, предложивший цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) в 1937 г., поначалу подвергся резкой критике. Однако постепенно ученые оценили эту идею, которая внесла упорядоченность в представление о цепи реакций аэробного окисления.

Но, к немалому огорчению биохимиков, одно звено в этой цепи оставалось неизвестным: было не ясно, какое соединение с двумя атомами углерода вводится в цикл Кребса. Этим вопросом занялся Фриц Альберт Липман, работавший в свое время в Институте физиологии клетки в Берлине (Далем), а с 1939 г. — в Медицинской школе Корнеллского университета (шт. Нью-Йорк). Он продолжал развивать теорию, согласно которой этим соединением является ацетилфосфат, но такое предположение не увязалось с экспериментальными данными, и ученые стали все больше сомневаться в справедливости этой хорошей теории. Но именно в то время, когда большинство исследователей были готовы вообще отказаться от этой идеи, Липман с сотрудниками открыли вещество, отличающееся высокой термостойкостью и имеющее сравнительно небольшую молекулярную массу. Это говорило о том, что данное вещество является коферментом. Он был обозначен буквой А.

Кофермент А и оказался тем недостающим звеном в цепи реакций биологического окисления, которое столь долго и тщетно искали ученые. По своей структуре он близок к витаминам группы В. Его функция в цикле Кребса — «улавливать» ацетиловый остаток пировиноградной кислоты и вызывать его соединение с щавелевоуксусной кислотой, приводящее к образованию трикарбоновой кислоты — первое звено цикла. Далее происходят уже описанные процессы медленного окисления, в ходе которых из первоначального углеродного скелета пировиноградной кислоты образуются три молекулы двуокиси углерода и пять пар двойных активированных атомов водорода, несущих в себе энергию, необходимую для организма. В конце цикла вновь образуется щавелевоуксусная кислота, в которую кофермент А подает новую молекулу пировиноградной кислоты. Так работает этот «конвейер», который в соответствии с потребностями организма создает богатые энергией вещества или соединения, необходимые для образования макромолекул. Решающая заслуга в открытии цикла аэробного окисления в организме принадлежит X. Кребсу и Ф. Липману. За свои достижения оба они были удостоены в 1953 г. Нобелевской премии по медицине и физиологии.

Пировиноградная кислота, участвующая в цикле Кребса, образуется в результате гликолиза — анаэробного расщепления углеводов. В этом процессе фосфорилирования молекула глюкозы соединяется с фосфорной кислотой и затем расщепляется на две. Из шестиатомного кольца получаются два соединения с тремя атомами углерода, которые после различных преобразований приводят к образованию пировиноградной кислоты. Если эта кислота не включается в цикл Кребса, то из нее образуются молочная кислота или другие вещества. Большая заслуга Кребса состоит в том, что он сумел связать воедино все эти цепи.