Скачать

Теория протеина Мульдера и ее критика. Вклад русских ученых в понимание роли и структуры белков

Сейчас известно, что белки состоят из аминокислот и это принимается как очевидный факт. Однако так было не всегда. В XIX веке по поводу строения белков шли серьезные споры, выдвигались различные гипотезы. Иногда эти гипотезы были верными, иногда – нет, но, несомненно, все они были просто необходимы для того, чтобы выявить каково же на самом деле строение белков.

Впервые термин «белковый» появился еще в XVIII веке по аналогии с белком яйца и применялся ко всем жидкостям животного организма. И с середины XVIII века начинаются систематические исследования белков. К началу XIX века появляются первые работы по химическому строению белков.

Далеко не последнюю роль в этих исследованиях сыграла «теории протеина», выдвинутая Мульдером. Российские также внесли большой вклад в развитие науки о белках. Именно об этом пойдет речь в данном реферате.

1. Теория Мульдера

1.1 Теория и ее распространение

Герард-Иоганн Мульдер – голландский химик, ученик Берцелиуса. Он известен главным образом своими исследованиями белков, а именно тем, что создал теорию химического строения белков, названную «теорией протеина». Важно отметить, что Мульдер считал протеин важнейшим из всех известных тел органической природы, без которого не может быть жизни на Земле.

«Теория протеина» была создана в 1836 году и была первой концепцией строения белков. Основываясь на теории радикалов, он сформулировал понятие о минимальной структурной единице, входящей в состав всех белков. Созданию этой теории, несомненно, способствовал разработанный Ж.Дюма способ определения азота.

Основная идея теории Мульдера заключается в том, что белковые вещества самого различного происхождения, т.е. выделенные из разных организмов, едины по наличию в них одинакового основного вещества. Этой минимальной единицей строения белков, которой приписывался состав 2C8H12N2 + 50, по мнению Мульдера, является протеин (Рг). Этот радикал, по теории Мульдера, может в разных пропорциях соединяться с серой и фосфором, что и придает белкам некоторое разнообразие. Позднее состав протеина был уточнен - C40H62N10O12.

Формула белков, предложенная Мульдером в 1838 г., выглядела так:

· белок сыворотки крови 10Pr S2P

· белок куриных яиц 10Pr SP

· фибрин 10Pr SP

· казеин 10Pr S

· клейковина растений 10Pr S2

· кристаллин (из хрусталика глаза) 15Рг

Г. Мульдер пользовался структурными формулами и для обозначения ряда физиологических процессов. В своем учебнике физиологической химии (1844) он рассматривал дыхание как окисление протеина, пищеварение - как перестройку белка с изменением содержания S, Р, Са и т. п.

Работы Г. Мульдера способствовали широкому распространению взглядов о единстве всех белков, их фундаментальном значении в мире живой природы.

В ходе проверки «теории протеина» были резко расширены химические исследования белков, и в этом приняли участие выдающиеся химики того времени Ю. Либих и Ж. Дюма. Ю. Либих, поддерживавший в принципе идею протеиновой единицы, уточнил формулу протеина C48H72N12O14, Ж. Дюма предложил свой вариант C48H74N12О15-, однако Г. Мульдер отстаивал правильность составленной им формулы. Его поддерживал И. Берцелиус, изложивший теорию протеина в качестве единственной теории строения белка в знаменитом учебнике химии (1840), что означало полное признание и торжество концепции Г. Мульдера.

1.2 Критика теории

Однако вскоре наступают трудные времена для теории протеина. Постепенно накапливались фактические данные, противоречащие основным положениям теории протеина Мульдера. Они касаются присутствия серы в протеине и указывают на прямые ошибки в количественной интерпретации аналитических данных.

В 1846 г. Н. Э. Лясковский, работавший в лаборатории Ю. Либиха, доказал неточность многих приведенных Г. Мульдером анализов. Свои сомнения в правильности теории публично высказал Ю. Либих, он планировал начать широкие исследования структуры белков и даже изучил продукты распада белковых веществ. Понимая весомость аргументов оппонентов, Г. Мульдер пытался корректировать формулу протеина (C36H50N8O10).

Критику Мульдер воспринял враждебно. Он поссорился с Либихом, считая его инспиратором возражений, и со многими из тех, кто получил факты, противоречащие его теории. Постепенно идея о наличии для всех белков единого радикала была полностью оставлена, уступив место другим воззрениям.

Теория протеина стала достоянием истории, однако ее значение непреходяще, ибо она стимулировала химические исследования белков, сделала белки одним из главных объектов бурно развивающейся химии природных веществ.

Нельзя не отметить ошибочность теории протеина в более общем, методологическом аспекте. Эта теория опиралась на представление о химическом однообразии молекулярного субстрата живой материи. Эти взгляды, как мы знаем, своими корнями уходят в философию Анаксимандра, в его «апейрон», т.е. единое первовещество. Теория протеина, при всей своей материалистичности, все же содержала недиалектическое представление о статичности материи, об отсутствии разнообразия в слагающих ее основных элементах.

Если бы во время господства теории протеина возник вопрос о молекулярных основах изменчивости и эволюции, то эта теория вошла бы в противоречие с теорией естественного отбора.

Последние годы Мульдер доживал слепым и умер в 1880 г.

2. Вклад Российских ученых

2.1 Лясковский Николай Эрастович

Лясковский Николай Эрастович родился 12 апреля 1816 г. в Мариенбурге, умер 28 апреля 1871 г. в Москве и похоронен на Введенских Горах. Происходил из польских дворян. До 1828 г. он жил в деревне Борисоглебского уезда, Тамбовской губернии, где и получил первоначальное воспитание. В 1829 г. он отправился в Москву и поступил в Большую Тверскую аптеку, а затем изучал медицину под руководством управляющего аптекой г-на Флюхарта, с переходом же последнего в Калужскую аптеку перешел за ним и Лясковский. Кроме фармацевтических наук, Лясковский изучал в это время древние языки.

Лясковский написал сочинения на темы на греческом, немецком, французском и английском языках, получил степень кандидата словесных наук и право на заграничную поездку, но по жребию должен был уступить стипендию другому. Однако благодаря содействию тогдашнего попечителя Московского учебного округа графа Строганова, в 1843 г. он был отправлен за границу для изучения "скотоврачебной науки", чтобы по возвращении занять кафедру ветеринарии. В душе он не сочувствовал этой науке и в тайне надеялся, что обстоятельства изменятся и что он не будет ветеринаром, и действительно ему разрешено было заниматься своими любимыми науками — фармациею и химиею, сначала в Берлине, а потом в Гиссене и Париже.

В Берлине он работал под руководством Генриха Розе и обоих Мичерлихов, в лаборатории Гейнца и в своей квартире, где имел нужнейшие снаряды для химико-аналитических работ; в Гиссене он занимался химией под личным руководством Либиха и произвел между прочим исследование лимбургского сыра; результатом этого исследования было открытие в сыре масляной, валериановой и капроновой кислот; он представил также в первый раз формулу маргарина.

По возвращении из Парижа в Гиссен, он работал в лаборатории Либиха. Там он занялся исследованием белковых и протеиновых веществ. Тогда он написал статью «О теории протеина». В ней Лясковский высказал принципиальные возражения впервые были сделаны в 1846 году русским ученым Николаем Эрастовичем Лясковским в статье. Указанная статья была помещена в «Анналах» - химическом журнале, издаваемом Либихом. Эта статья побудила многих ученых Германии, Англии и Голландии заняться тем же исследованием. Ряд химических работ этих ученых вполне подтвердил положение Лясковского. Этим он вошел в историю развития науки о белках.

В 1846 г., по возвращении в Россию, он определен был на должность "ученого аптекаря" при Московском университете. В 1859 г. Лясковский был назначен ординарным профессором химии в Московский университет и читал этот курс до самой смерти, стяжав известность как прекрасный профессор, замечательный диалектик и знаток древних языков.

2.2 Данилевский Александр Яковлевич

Данилевский Александр Яковлевич родился в 1839 г. Кончил курс медицинского факультета Харьковского университета в 1860 году, после чего отправился для усовершенствования за границу. Степень доктора медицины получил в 1863 г.; в том же году избран экстраординарным и вскоре ординарным профессором медицинской химии и физики в Казани; в 1871 г. был уволен за участие в протесте группы профессоров против преследования прогрессивного ученого-анатома П. Ф. Лесгафта. С 1878 г. по 1885 с малыми промежутками пробыл за границей, работая в лабораториях Р. Вирхова, Э. Дюбуа-Реймона и др.. В 1886 г. избран профессором медицинской химии в Харькове, а в 1892 г. перешел на ту же кафедру в военно-медицинской академии. Д. создал первую в России крупную физиолого-химическую школу и организовал кафедры физиологической химии в ун-тах Казани, Харькова и в Военно-медицинской академии в Петербурге.

Работы Данилевского в основном посвящены ферментам, химии белков и вопросам питания. Впервые осуществил разделение амилазы и трипсина поджелудочной железы, применив разработанный им метод избирательной адсорбции трипсина на частицах коллодия. Адсорбционные методы разделения являются одним из основных приемов в препаративной и аналитической работе современной биохимии. Им была показана коллоидная природа ферментов. Данилевский экспериментально доказал, что действие сока поджелудочной железы на белки представляет собой реакцию гидролиза, в результате которой белки расщепляются до пептонов. Он показал также обратимость этого процесса и впервые осуществил ферментативный синтез белков из пептонов; в качестве синтезирующего фактора Данилевский использовал сычужный фермент желудочного сока.

Также Данилевский разработал метод извлечения основного мышечного белка — миозина, и детально изучил его; исследовал белки печени, почек и мозга; предложил разделение белковых фракций на глобулиновую, строминовую и нуклеиновую; предложил первую научную классификацию белков мозга. Сформулированная Данилевским оригинальная теория строения белковой молекулы (1888) частично предвосхитила полипептидную теорию Э. Фишера (1902). Он справедливо утверждал, что белки построены из аминокислот и имеют полимерную природу; главной же структурной единицей он ошибочно считал биуретовую группировку RNHCONHCOR'.

Данилевский изучал также вопрос о взаимосвязи различных белковых фракций между собой и с другими веществами в цитоплазме живой клетки. Изучая причины устойчивости стенок желудка и кишечника по отношению к ферментам желудочно-кишечного тракта, Данилевский обнаружил особые вещества — антипепсин и антитрипсин, которые препятствуют самоперевариванию.

2.3 Любавин Николай Николаевич

Говоря о ученых, внесших значительный вклад в исследования структуры белков, нельзя не отметить Любавина Н.Н. Он родился в 1845 г.; образование получил в Санкт-Петербургском университете. Получил степень магистра химии за диссертацию "Аммиачные соединения валерианового альдегида", степень доктора - за диссертацию "О пиридинных соединениях". Состоял профессором Московского университета. Кроме вышеупомянутых трудов, Любавин напечатал: "Глицины и амиды угольной кислоты".

Несмотря на то, что первая аминокислота - глицин - была выделена А. Браконно еще в 1820 г. из кислотного гидролизата желатина, полный аминокислотный состав белков был расшифрован только к 30-м годам XX в. Большая заслуга в этом принадлежит работам Н.Н. Любавина, который в 1871 г. установил, что под действием ферментов пищеварительных соков белки расщепляются на аминокислоты.

2.4 Зелинский Николай Дмитриевич

Зелинский родился в дворянской семье 6 февраля 1861. Первоначальное образование Зелинский получил в Тираспольском уездном училище, затем в известной Ришельевской гимназии в Одессе. Интерес к химии появился у него очень рано, в 10 лет он уже проводил химические опыты.

Переломным моментом в выборе жизненного пути было знакомство Зелинского с И. М. Сеченовым, который в середине 1870-х годов читал публичные лекции в Большой химической аудитории Новороссийского (Одесского) университета. В 1880 Зелинский поступил на естественно-историческое отделение физико-математического факультета Новороссийского университета. В 1885 он был командирован в качестве стипендиата факультета в Германию. Для стажировки были выбраны лаборатории И. Вислиценуса в Лейпциге и В. Мейера в Геттингене, где уделялось большое внимание вопросам теоретической органической химии и явлениям изомерии и стереохимии. Пытаясь выяснить строение тиофена, Майер предложил Зелинскому осуществить синтез тетрагидротиофена. В ходе работы Зелинский получил промежуточный продукт — дихлорэтилсульфид (названный впоследствии ипритом).

По возвращении из-за границы в 1888 Зелинский выдержал магистерский экзамен и был зачислен внештатным приват-доцентом Новороссийского университета. В 1891 Зелинский блестяще защитил докторскую диссертацию «Исследование явлений стереоизомерии в рядах предельных углеродистых соединений». Летом 1893 по рекомендации Н. А. Меншуткина Зелинский был назначен экстраординарным профессором Московского университета.

Московский период был для Зелинского очень плодотворным. Диапазон интересов ученого был исключительно широк. С 1893 по 1911 им опубликовано свыше 200 научных статей. В 1906 Зелинский впервые разработал доступный метод получения альфа-аминокислот, объяснил механизм реакции, синтезировал большое количество аминокислот, чем вошел в историю исследований белков.

В 1911 в числе большой группы профессоров и преподавателей Московского университета Зелинский подал в отставку в знак протеста против реакционной политики министра просвещения Кассо. За его вклад в развитие науки Зелинский. За огромный вклад в развитие химической науки Зелинский был избран почетным членом Московского общества испытателей природы (1921).

белковый протеин окисление

2.5 Энгелдьгардт Владимир Александрович

Родился в Москве в 1894 году. По окончании Ярославской гимназии, потерпев неудачу с поступлением в Петербургский политехнический институт, он поступает на математический факультет Московского университета, с которого после первого семестра благополучно переводится на медицинский факультет и заканчивает учебу в 1919 году. После службы он работал в Биохимическом институте Наркомздрава, где директором был Бах А.Н.

Ранние работы Энгельгардта посвящены вопросам иммунохимии ферментов. Изучал АТФ и дыхание, доказал наличие окислительного фосфорилирования. Важнейшим событием в научной биографии Энгельгардта было открытие совместно со своей женой М. Н. Любимовой-Энгельгардт того факта, что сократительный белок мышцы — миозин — является ферментом, расщепляющим АТФ с высвобождением энергии. Тем самым была создана основа для целого нового направления исследования — механохимии мышц. С 1960 он изучает структуру и функции нуклеиновых кислот и ферментов биосинтеза белков. По его инициативе и при непосредственном участии им организованы исследования по обратной транскрипции — проект Ревертаза с научными центрами СССР, ГДР, ЧССР и ПНР в 70-х гг.

Заключение

История исследований белка сложна, как и история многих других открытий. Но несомненно то, что вклад каждого ученого неповторим.

Хотя теория протеина Мульдера была ошибочна, она была ценна тем, что интенсифицировала исследования в области белков, вызвала научные споры. Среди ученых - наших соотечественников – также немало тех, кто сделал открытия, или просто проводил рутинные исследования. Однако, каждый их результат важен и необходим для того, чтобы продвинуться вперед в поисках правды о белках хотя бы на шаг.

Список литературы

1. Большая Энциклопедия Кирилла и Мефодия, 2002

2. Матекин П.В. История и методология биологии: Развитие фундаментальных концепций в биологии. Курс лекций. – М.: Изд-во Московского университета, 1982. – 166 с.

3. Ю.А. Овчинников Биоорганическая химия. – М.: Просвещение, 1987.

4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М.: Медицина, 1983. 752 с.

5. www.biografija.ru