The History of Biochemistry
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
ISSN 2409-4943. Ukr. Biochem. J., 2019, Vol. 91, N 1 THES HHISI TORY OF BBIOCHEMISIOCHEMISTRY УДК 577.12 + 577.23 doi: https://doi.org/10.15407/ubj91.01.108 Внесок лауреатіВ нобеліВської премії В розВиток динамічної біохімії та біоенергетики. е. бухнер, а. коссель, р. Вільштеттер, о. мейєргоф, а. хілл, о. Варбург, а. сент-дьєрді В. М. ДанилоВа, Р. П. ВиногРаДоВа, С. В. КоМіСаРенКо і нститут біохімії ім. о. В. Палладіна НАН України, Київ; e-mail: [email protected] отримано: 29 листопада 2018; затверджено: 13 грудня 2018 Дякуючи геніальним відкриттям нобелівських лауреатів першої половини ХХ ст. – е. Бухнера, а. Косселя, Р. Вільштеттера, о. Мейєргофа, а. Хілла, о. Варбурга, а. Сент-Дьєрді, сьогодні ми маємо уявлення про механізм перетворення і окислення органічних речовин в живих організмах. В статті представлено аналіз творчої діяльності цих геніїв експерименту і людської думки, які через розшифрування основних шляхів перетворення вуглеводів і енергії в живих організмах заклали основи динамічної біохімії та біоенергетики (одного з розділів біохімічної науки). К л ю ч о в і с л о в а: е. Бухнер, а. Коссель, Р. Вільштеттер, о. Мейєргоф, а. Хілл, о. Варбург, а. Сент- Дьєрді, зимаза, ензими, динамічна біохімія, біоенергетика. априкінці XIX ст. дослідники вже що окислюються. Перетворення органічних зрозуміли, що між початковими і речовин у живих організмах відбувається без Н кінцевими продуктами перетворень підвищення температури і за фізіологічних складних органічних сполук мають утворю- умов завдяки участі в реакціях біологічних ватись проміжні компоненти. Так, протеїни, каталізаторів – ензимів. вуглеводи і жири не відразу утворюють дво- Але це не було відомо наприкінці ХІХ – на окис вуглецю і воду; в процесі їх перетворення початку ХХ ст. І найперше що необхідно було перебігають реакції, тобто відбувається про- з᾽ясувати – це питання: що таке ензими і яким цес окислення органічних речовин, внаслідок чином відбувається ферментація, тобто роз- якого вивільнюється енергія, необхідна для щеплення вуглеводів у клітинах. Основним життєдіяльності живих організмів. об᾽єктом досліджень на той час були дріжджі. На сьогодні механізм перетворення і окис- З’ясування цього надважливого пи- лення органічних речовин в живих організмах тання розпочалося з досліджень професора досліджено достатньо досконало. У загаль- Берлінського університету Едуарда Бухнера, них рисах можна підсумувати, що цей процес який одержав за них Нобелівську премію з хімії відбувається завдяки ензиматичному перене- у 1907 р. Фактично премію було присуджено за сенню водню, вірніше електронів і протонів, біохімічні роботи в галузі ензимології, а саме: від молекул, які окислюються, до молекул, які «за проведену ним науково-дослідну роботу з відновлюються. Внаслідок перенесення вод- біологічної хімії та відкриття позаклітинної ню від однієї органічної речовини до іншої ферментації (for his biochemical researches and вивільнюється потенційна енергія речовин, his discovery of cell-free fermentation)». © 2019 Danilova V. M. et al. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited. 108 В. М. Данилова, Р. П. Виноградова, С. В. Комісаренко Дослідження Е. Бухнера поклали край про- тилежним поглядам на процеси бродіння і стали сенсацією в науковому і філософському світі. едуард бухнер бухнер едуард (нім. Eduard Buchner) (20.05.1860–13.08.1917 рр.) – німецький хімік – на- родився в Мюнхені в сім’ї професора судової ме- дицини і гінекології Мюнхенського університету Ернста Бухнера і Фредеріки (Мартін), яка була донькою службовця Королівського казначей- ства. Після смерті батька в 1872 р. освітою Едуар да опікувався його старший брат Ганс (Ханс). Закінчивши гімназію у 1877 р., Едуард вступив до Мюнхенського технічного університету, де вивчав хімію. Але через фінансові труднощі він покинув університет і вподовж чотирьох років працював на консервних заводах Мюн- хена і Момбаха (нім. Mombach). Саме в цей час едуард Бухнер Е. Бухнер познайомився з технологією спирто- (1860 –1917) вого бродіння, з’ясування механізму якого стало його захопленням і основною роботою протягом всього життя. Берліні та призначено директором Інституту За фінансової допомоги брата Едуард промислового використання процесів бродіння, у 1884 р. відновив навчання, на яке отримав в якому він пропрацював 11 років. трирічну стипендію. Він вивчав хімію в Адоль- На той час, коли Е. Бухнер почав пошук фа фон Байєра (Нобелівський лауреат з хімії, активних речовин, завдяки яким відбувається 1905 р.) в Мюнхенському університеті, а також бродіння, існувало дві протилежні теорії ботаніку в Карла фон Негелі в Інституті ботаніки, бродіння. Одна теорія була віталістична. Її де працював і його брат – Ганс Бухнер, який в дотримувався Луї Пастер, який вважав, що в подальшому став відомим спеціалістом з гігієни живих клітинах (дріжджах) існує «життєва і бактеріології. Саме під керівництвом брата субстанція», що «несе відповідальність» за про- Едуард і розпочав свої дослідження спиртового цес бродіння. Віталісти стверджували, що без бродіння. У 1885 р. він опублікував свою першу клітин дріжджів бродіння відбуватися не може. статтю про вплив кисню на процес бродіння, Проти цієї теорії виступали, головним чином, в якій спростував існуюче на той час уявлен- хіміки, які підтримували механістичну (хімічну) ня про те, що бродіння не може відбуватися в теорію. Згідно з цією теорією дріжджі постійно присутності кисню, яке підтримував Луї Пастер, руйнуються до рідинного стану, створюють У 1888 р. Е. Бухнер одержав докторсь- хімічну напругу, яка сприяє розщепленню моле- кий ступінь і через два роки став асистентом кули цукру (сахарози). Але нікому не вдавалося А. Байєра, а в 1891 р. його було призначено при- виділити із дріжджів речовину, яка б спричи- ватдоцентом (позаштатним викладачем) Мюн- нювала бродіння поза клітини. хенського університету. На особисті пожертви, За підтримки брата Едуард Бухнер які надав А. Байєр, Е. Бухнер створив невеличку вирішив знайти активну речовину всередині лабораторію, де продовжив дослідження хімії клітин дріжджів. В цей час він працював в бродіння. Тюбінгенському університеті на посаді екс У 1893 р. Е. Бухнер очолив секцію траординарного професора (від 1893 р.). Ви- аналітичної хімії в Кільському університеті, а в користавши метод, запропонований асистен- 1895 р. став професором цього університету. У том свого брата Мартіном Ганом, Едуард 1898 р. його було обрано професором загальної подрібнював у ступці дріжджі разом з піском і хімії Вищої сільськогосподарської школи в землею (кізельгур) за кімнатної температури, не 109 ISSN 2409-4943. Ukr. Biochem. J., 2019, Vol. 91, N 1 використовуючи ані високої температури, ані лося показати, що спиртове бродіння може бути розчинників, як це робили його попередники. спричинене соком, який виділено із дріжджових Віджата під тиском крізь марлю рідина, в якій, клітин і який не має живих клітин… недосяжні як вважали брати, не було живих клітин, зали- до цього часу галузі тепер стали об’єктом шалась здатною підтримувати бродіння цукру. хімічних досліджень, а перед хімічною наукою У зв’язку з цим Е. Бухнер висунув гіпотезу, що відкрились нові, до того невідомі, перспективи». активною речовиною в цій рідині (сік або гомо- У нобелівській лекції Е. Бухнер зазначив, генат із дріжджів) є ензим, який було названо що «ми все більше впевнюємося в тому, що зимазою. Це було відкриття, яке свідчило про клітини рослин і тварин є хімічними фабриками, те, що бродіння відбувається завдяки хімічній де в різних цехах виготовляються різні продук- активності ензиму, як у самій клітині, так і поза ти. ензими в них виконують роль контролерів. дріжджової клітини, але не завдяки так званій наші знання про ці самі важливі частини жи- «життєвій силі» [15]. вих речовин постійно накопичуються, і, хоч нам, Опублікована у 1897 р. робота Е. Бухнера можливо, ще далеко до мети, ми крок за кроком «Про спиртове бродіння без участі дріжджових наближаємось до неї». Нобелівську премію за клітин» [6] викликала суперечку серед його ко- відкриття позаклітинної ферментації мали от- лег – вчених, як у наукових, так і у філософських римати обидва брати – Ганс і Едуард Бухнери, колах; і в наступні роки він доклав багато зу- але Ганс на той час помер (у 1902 році). силь і часу для підтвердження своєї теорії. Його Через два роки після отримання подальші дослідження підтвердили можливість Нобелівської премії Е. Бухнер перейшов пра- бродіння різних цукрів за допомогою «продук- цювати до університету в м. Бреслау (зараз ту перетворення білкових тіл протоплазми – Вроцлав, Польща), де був завідувачем кафедри хімічною речовиною, яка не обмінювалась» і яка, фізіологічної хімії, а з 1911 р. працював у Вюрц- як вже зазначалося вище, була названа «зима- бурзькому університеті. зою». Від початку Першої світової війни Пізніше Е. Бухнер (разом з Я. Мейзенхей- 54річний капітан Е. Бухнер добровільно пішов мером) одержав сік з інших мікроорганізмів, на військову службу (1914 р.) і був нагороджений які спричинювали молочнокисле і оцтовокисле Залізним хрестом. У 1917 р. Е. Бухнер працював бродіння («молочнокисла бактеріальна зимаза» майором медичної служби в польовому шпиталі і «спирт окислювальна зимаза» відповідно). У в Румунії, коли його було смертельно поранено 1902 р. Е. Бухнер опублікував ще одну велику шрапнеллю. Він помер 13 серпня і похований в статтю, в якій детально обґрунтував і захистив Фокшанах на братському кладовищі. результати