История биологии с начала XX века до наших дней

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.

Приступая к систематическому изучению белков, Э. Фишер исходил из представления, что белки построены только из аминокислот, и попытался доказать наиболее вероятное, с его точки зрения, амидное соединение аминокислотных остатков. Он разработал метод разделения смесей аминокислот (так называемый эфирный метод) и использовал его для выделения и идентификации отдельных аминокислот из продуктов кислотного, щелочного или ферментативного разложения белков. После этого он перешел к решению ключевого вопроса о характере связей отдельных аминокислот в молекуле белка. Фишер пошел при этом по новому пути. Вместо применявшегося ранее исключительно аналитического метода исследования он использовал метод синтеза: он добивался получения из аминокислот все более и более сложных соединений и пытался их идентифицировать с продуктами частичного распада белковой молекулы — пептонами. В 1901 г. Э. Фишер и Э. Фурно сообщили о синтезе первого пептида — глицил-глицина. В статье, положившей начало систематическому изучению синтетических полипептидов, авторы писали: «Чтобы в этой трудной области получить достоверные результаты, прежде всего необходимо найти метод, который позволил бы последовательно соединять друг с другом молекулы различных аминокислот при помощи связей ангидридного типа, при условии, что каждое из полученных промежуточных соединений может быть охарактеризовано»[56].

Разработав в течение 1902–1919 гг. несколько методов синтеза соединений аминокислот, так называемых пептидов и полипептидов различного строения, среди которых был, в частности, октадекапептид, состоящий из 18 аминокислотных остатков, Фишер доказал, что основным типом связи аминокислот в молекуле белка является амидная связь между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксилом другой. Эту связь Фишер назвал пептидной. Пептидная теория удачно объяснила многие основные свойства белковых веществ — как химические и физико-химические, так и биологические.

В 1925–1929 гг. А.Р. Кизель опроверг ошибочное представление о том, будто непременной основой всякой протоплазмы является особое тело белковой природы — пластин, с которым связаны ее важнейшие структурные и функциональные особенности. Благодаря исследованиям Кизеля изучение белков стало на правильный путь (формирование современных представлений о строении и функциональной роли белков изложено в главе 23).

Первые успехи в изучении природы биокаталитических реакций. Открытие специфичности действия ферментов.

В последней четверти XIX в. было установлено, что некоторые химические реакции, с большой легкостью протекающие в организме, чрезвычайно трудно осуществить вне его. На ранних этапах развития энзимологии представление об универсальности ферментативных механизмов оспаривалось вследствие того, что исследования ферментов связывались с отдельными технологическими или физиологическими процессами. Было распространено, например, мнение, что функция ферментов в процессах пищеварения ограничивается разложением пищи. Открытие и изучение окислительных ферментов в последней четверти XIX в. привели к представлению о каталитическом характере ферментативных реакций и выявили их широкое распространение в природе.