Занимательная химия для детей и взрослых

Широкие исследования почвенных грибов с целью получения антибиотиков были начаты в годы войны и в Москве – в Институте малярии, в лаборатории, которой руководил биолог профессор Георгий Францевич Гаузе. Для лечения раненых необходимо было как можно скорее получить чудодейственный препарат. Жена Гаузе биохимик Мария Георгиевна Бражникова очень ярко описала атмосферу поисков, в которых сама участвовала как сотрудник лаборатории: «Все столы лаборатории были заставлены стеклянными плоскими тарелочками, так называемыми чашками Петри. На других столах были расставлены штативы с пробирками, наполненными землей. Пробы собирали повсюду – во дворах, огородах, на свалках, в лесах и полях Подмосковья. Карманы сотрудников были полны маленькими сверточками с землей. Землю приносили в лабораторию, пересыпали в пробирки и в каждую пробирку наливали немного воды, чтобы получилась земляная каша. В чашки Петри наливали питательную среду, содержащую мясной бульон и сахар. Каплю взвеси, содержащую тысячи опасных микробов (отдельно приготовленных стафилококков), помещали на поверхность застывшей питательной среды, а затем на ту же поверхность наносили каплю земляной каши из пробирки. Засеянные таким образом чашки выдерживали в термостате при определенной температуре. За это время на поверхности студня вырастали десятки различно окрашенных точек – желтые колонии стафилококков вперемешку с желтыми, красными, синими, белыми, прозрачными, круглыми, зубчатыми, бахромчатыми колониями почвенных микробов. Вокруг некоторых колоний почвенных микробов можно было ясно различить „зону пустыни“. Эти почвенные микробы ограждали себя, выпуская в окружающую среду какое-то вещество, которое подавляло все живое».

В 1942 г. из культуры бактерий, обитающих на огородных почвах Подмосковья, был, наконец, выделен в кристаллическом виде первый оригинальный отечественный антибиотик, который назвали грамицидином С. Это название отражает действие антибиотика преимущественно на грамположительные бактерии, а caedo на латыни – «убивать» (этот же корень в словах «пестицид», «бактерицид», «стрептоцид», «геноцид» и др.). Буква же «С» в названии антибиотика означала «советский», чтобы отличить его от «просто» грамицидина, открытого ранее в США. А почвенные бактерии, синтезирующие антибиотик, получили название Bacillus brevis var. G.-B.; последние буквы – признание заслуг Гаузе и Бражниковой. Анализы, проведенные отечественными биохимиками А. Н. Белозерским (будущим академиком, вице-президентом Академии наук) и Т. С. Пасхиной, показали, что грамицидин С – белок. Для установления его строения требовалось очень серьезное химическое исследование. С этой целью в рамках тогдашнего сотрудничества союзников Минздрав СССР в 1944 г. передал образец нового антибиотика в дружественную Великобританию, в расположенный в Лондоне Листеровский медицинский институт. Там им занялся известный биохимик Ричард Синг.

Первые же опыты привели к неожиданному результату: любой белок – это соединенные последовательно с помощью пептидных связей NH–CO молекулы аминокислот. Поэтому с одного конца цепочки в белке должна быть аминогруппа NH₂, а с другого – кислотная группа COOH. Так вот, аминогруппы в грамицидине С были, а вот кислотных групп не было! Единственное объяснение этого странного факта заключалось в том, что молекула грамицидина С не линейная, а циклическая, так что концевые группы NH₂ и COOH соединяются друг с другом, замыкая кольцо. Присутствие же аминогрупп объяснить было просто, так как некоторые из аминокислот (аспарагин, глутамин, лизин и др.) имеют в молекуле по две аминогруппы.

Когда раствор грамицидина С нагрели в присутствии соляной кислоты, он распался на отдельные аминокислоты. Здесь ученых ждал второй сюрприз: грамицидин С оказался очень простым белком, так как содержал всего пять различных аминокислот (для сравнения – яичный альбумин, основной компонент яичного белка, содержит 20 разных аминокислот, а его молекулярная масса в десятки раз больше, чем у грамицидина). Среди аминокислот, найденных в грамицидине, была очень редко встречающаяся в природных белках аминокислота орнитин – 2,5-аминопентановая кислота H₂N(CH₂)₃CH(NH₂)COOH. В орнитине две аминогруппы, одна из которых в белковой молекуле остается свободной. Орнитин – некодируемая аминокислота, для которой природа не предусмотрела своего «шифра» в генетическом коде. Она образуется (одновременно с мочевиной) в результате гидролиза кодируемой аминокислоты – аргинина, входящего в состав белка: HN=C(NH₂)–NH–(CH₂)₃–CH(NH₂)–COOH + H₂O → H₂N–(CH₂)₃–CH(NH₂)–COOH + CO(NH₂)₂. Присутствие в природной белковой молекуле орнитина было третьим сюрпризом, который грамицидин преподнес ученым. Остальные четыре аминокислоты (пролин, валин, лейцин и фенилаланин) были самыми обычными составными частями природных белков.