История биологии с начала XX века до наших дней - [82]

Параллельное развитие теоретических исследований биологического окисления и оксидаз привело к первым попыткам создания теории оксидазного действия. Это были по существу первые теории ферментативного действия вообще. Наиболее значительными исследованиями в этой области стали работы Г. Бертрана, разработавшего представления о коферментах.

Другие процессы обмена были исследованы гораздо слабее. В течение почти всего XIX в. биологическая химия (вернее, физиологическая химия) не смогла продвинуться дальше изучения суммарных химических эффектов и изменений, т. е. химического изучения еще не расчлененных на отдельные звенья процессов, происходящих в целых организмах или отдельных органах.

Создание теорий химического строения, жиров, углеводов и белков.

Планомерное изучение важнейших биологических соединений и их превращений стало возможным только после того, как стало известно их химическое строение и были разработаны методы их синтеза.

Во введении к «Органической химии, основанной на синтезе», М. Бертло в 1860 г. писал: «До работ, которые изложены в настоящей книге, никакого систематического исследования не проводилось. Можно сослаться на два примера полного синтеза естественных тел из элементов: на синтез мочевины Вёлером и синтез уксусной кислоты Кольбе. Эти синтезы были очень интересны, но вследствие природы полученных при этом тел они оставались изолированными и неплодотворными. История науки свидетельствует о том, что два упомянутых синтеза не послужили отправным пунктом ни для одного общего метода и не приводили даже к какому-либо другому необычному воспроизведению природных тел»[55].

С именем самого М. Бертло связано решение проблемы строения и синтеза жиров. Начав исследования глицерина и его производных, он установил в 1854 г., что глицерин является многоатомным спиртом. Бертло синтезировал его моно-, ди- и триацетаты. Синтезировав затем ряд аналогичных эфиров, он окончательно установил, что природные жиры представляют собой сложные эфиры жирных кислот.

Гораздо более сложным оказалось исследование строения другой группы природных веществ — сахаров. После того, как Т. Соссюр (1804) выдвинул общую теорию превращения углекислого газа и воды в органические соединения под действием солнечного света, поддержанную Ш. Дюма и Ю. Либихом, наиболее значимым достижением, проливающим свет на процессы синтеза углеводов в растениях, было установление Ж. Буссенго (1858) коэффициента ассимиляции, который определяет соотношение объемов превращающегося СО₂ и выделяемого О₂ (приблизительно 1:1, по Буссенго). Исходя из этого, А. Бейер (1870) предложил уравнение, описывающее эту реакцию:

СО₂ + Н₂О → СН₂ + О₂.

Продукт реакции — формальдегид стал рассматриваться как возможный промежуточный продукт образования сахаров. В 1861 г. А.М. Бутлеров, прибавляя на холоду известковое молоко к раствору триоксиметилена, получил желтый сироп, дающий реакции на сахара. В 1882 г. О. Лёв путем полимеризации формальдегида получил несбраживаемый сироп состава С₆Н₁₂О₆, а в 1889 г. — сбраживаемое соединение подобного же строения.

Наибольший успех в исследованиях углеводов выпал на долю немецкого химика Э. Фишера. В 1890 г. он предложил простую номенклатуру углеводов. Используя открытый им фенилгидразин, Фишер разработал метод превращения альдогексоз в кетогексозы, например, глюкозы во фруктозу, позволивший установить различия и тождество конфигураций групп СНОН у различных гексоз.

В продуктах конденсации, полученных по Бутлерову и Лёву, Фишер открыл D, L-фруктозу, для получения которой он разработал новый метод — синтез из формальдегида и глицеринового альдегида в присутствии щелочи. Фишер разработал также ряд других методов синтеза альдогексоз, полностью подтвердивших выдвинутые им представления о строении сахаров (Нобелевская премия, 1902).

Эмиль Фишер. 1852–1919.

После изучения углеводов и исследований соединений пуриновой группы (аденин, гуанин, мочевая кислота, кофеин, теобромин, гипоксантин и др.) Фишер приступил к анализу аминокислот и белков.

К концу XIX в. после работ Либиха выяснилось, что дифференцировать белки по их элементарному составу невозможно и даже ведущие химики не верили в возможность выяснить строение белковой молекулы. Поэтому приходилось ограничиваться анализом продуктов частичного распада белковых веществ.

В 1870 г. Н.Н. Любавин впервые высказал мысль о том, что белки состоят из аминокислот. С 1806 по 1890 г. в составе белков было открыто девять аминокислот. В основе теорий строения белков, предложенных А.Я. Данилевским, П. Шютценберже и особенно А. Косселем (Нобелевская премия, 1910), лежала идея о том, что белки построены в основном из аминокислотных остатков. Эти работы стимулировали поиски новых аминокислот в белках. В результате в течение последнего десятилетия XIX в. было открыто еще четыре аминокислоты.

Пептидная теория строения белка.

До начала XX в. методов определения содержания аминокислот в белках не существовало, химия аминокислот была изучена весьма слабо, а попытки синтеза белковых веществ методологически были совершенно неправильными.