книги из ГПНТБ / Шамин А.Н. Развитие химии аминокислот

ВВЕДЕНИЕ

История химии биополимеров — одна из центральных про­ блем истории комплекса биохимических паук. В общих чертах проблемы взаимодействия биологии и химии были рассмотрены ранее [1, 2]. У истоков процесса развития химии биополимеров лежат работы, приведшие к созданию представлений об индивидуальной структуре белков: В свя­ зи с этим особый интерес приобретает история химии аминокислот. С ее развитием был связан процесс форми­ рования представлений, о биологической индивидуальности белков. В ее рамках был впервые поставлен вопрос о вос­ произведении индивидуальных химических структур в биологических системах путем синтеза, ибо для того, чтобы поставить вопрос о синтезе белка, необходимо было решить вопрос о синтезе его компонентов. При этом особенно важно подчеркнуть, что обязательность такого перехода также была познана в процессе развитий химии амино­ кислот.

Структура этой книги определялась указанными выше соображениями. Авторы прежде всего стремились показать, как происходило накопление знаний на ранних этапах развития химии аминокислот, каким закономерностям и тенденциям оно подчинялось. Современное состояние этого важного и интересного направления бпоорганпческой хи­ мии должно служить темой самостоятельного исследования. В данной книге исторический анализ не распространяется дальше начала 50-х годов.

Все сказанное выше определило деление книги на четы­ ре главы, в которых рассматриваются открытие амино­ кислот и формирование представлений о них как о новом классе химических соединений, открытие их участия в построении белковой молекулы, создание теории амино­ кислотного строения белка, развитие аналитической химии и стереохимии аминокислот. В Приложения нами выне-

5

сены переводы статей Л. Н. Воклепа и П. Робине об откры­ тии ими аспарагина, фрагменты статей Э. Крамера об открытии в гидролизате белка и выделении серина и Н. Н. Любавина о роли аминокислот в построении белковой молекулы. Эти материалы служат важной и интересной иллюстрацией, характеризующей определенные фазы исто­ рии химии аминокислот. Эти забытые ныне работы, по существу, являются классическими, вобравшими в себя все наиболее важное для первых двух фаз развития химии аминокислот. Их публикация позволит также показать историческую судьбу отдельных эмпирических находок и трактовку, которую давали им авторы.

Более ста лет тому назад русским химиком II. Н. Люба­ виным было высказано предположение об исключительной роли аминокислот в построении белковой молекулы [3]. Эта гипотеза открыла путь к созданию пептидной теории строения белка, впервые позволившей представить обра­ зование белка из одних только аминокислотных остатков. За этим последовало признание полимерной природы бел­ ков, развитие работ по изучению активных групп белков и, наконец, по синтезу пептидов, белков и отдельных фраг­ ментов их молекул, в первую очередь фрагментов, обла­ дающих биокаталитнческой активностью. Развитие стерео­ химии аминокислот п соответственно знаний о простран­ ственном строении пептпдиых и полнпептидных фрагмен­

функций белков.

Однако не все достижения в химии аминокислот были определяющими в развитии белковой проблемы. Химия аминокислот развивалась и под влиянием факторов, типич­ ных для любой группы органических (в том числе биоло­ гически важных) соединений.

За три десятилетия, которые прошли с момента появле­ ния практически незамеченной работы Н. II. Любавина, до публикации первых статей Э. Фпшера [4] и Ф. Гофмей­ стера [5], были достигнуты весьма важные и существенные успехи в химии аминокислот как таковых. Можио при­ знать, что на этом этапе развитие химии аминокислот оказало решающее влияние на формирование представле­ ний о химической природе белковых веществ. Именно зпанпя об аминокислотах дали в рукп химпков материал для построения гипотез о пептидной связи и вытекающих

6

отсюда заключении о важнейших, в том числе и физико­ химических, свойствах белков.

Хотя изучение химии аминокислот имеет самостоятель­ ное значение в истории органической и биоорганической химии, до сих пор в нстории науки развитие знаний об аминокислотах оценивалось лишь по непосредственному вкладу в развитие химии белка [6, 7]. При этом историков науки интересовали определенные итоги, более или менее утвердившиеся в науке заключения о свойствах, строении, методах синтеза аминокислот, т. е. все те выводы, которые могли быть непосредственно использованы при решении назревших вопросов химии белка. Вопрос же о том, как были получены эти результаты, каково место этих иссле­ дований в истории органической химии в целом, каково соотношение между развитием проблемы белка и пробле­ мы аминокислот, наконец, каковы были биологические предпосылки изучения свойств аминокислот как важней­ ших продуктов обмена веществ,— все это ни разу не под­ вергалось специальному историческому исследованию.

Особое внимание мы хотели обратить на соотношение развития химии аминокислот и химии белка. Мы уже ука­ зывали па то обстоятельство, что только развитие опреде­ ленных представлений о строении и свойствах аминокислот предопределило успехи в решении принципиального во­ проса о типе строения белковой молекулы. Вместе с тем исследования аминокислот и белков до этого момента были относительно независимы. Впоследствии на развитие хи­ мии аминокислот значительное влияние стали оказывать биохимия и физиология азотистого обмена. Подобные при­ меры, сдвига «точек соприкосновения» не единичны в истории науки. В качестве примера, впрочем гораздо бо­ лее сложного, отсутствия контактов химии и биологии мож­ но привести исторический процесс развития проблемы ге­ нетического кода, в которой произошло объединение ито­ гов относительно независимо развивающихся до опреде­ ленного момента химии нуклеиновых кислот и теории генов.

В случае химии аминокислот и белка это соотношение «основной» и «смежной» проблем может быть подвергнуто более детальному анализу, так как уже проведена значи­ тельная работа по изучению истории химии белка [6, 7]. Таким образом, помимо воссоздания истории химии природпых аминокислот, перед нами стояла и эта задача.

7

До настоящего времени история химии аминокислот практически не освещалась в научной литературе. Особое место занимает лишь обзор Г. Виккери и К. Шмидта [8], по объему приближающийся к небольшой книге, который посвящеп некоторым вопросам качественного изучения аминокислот в различных источниках. Этот обзор, в от­ дельных вопросах не утративший своего значения, в целом значительно устарел, так как с момента его публикации прошло уже более 40 лет. Кроме того, хотя слово «история» вынесено в его заголовок, он не носит специально истори­ ческого характера, и в силу этого ие лишен некоторых погрешностей'(в частности, в нем полностью игнорируется хроиологнчпость изложения вопроса в целом). Принятый авторами принцип-изложения (краткий обзор химии от­ дельных аминокислот) был вызван требованиями момента; специально анализ истории развития химии аминокислот в целом авторами ие проводился.

брана обширная библиография по аналитической химии амппокпслот (дохроматографпческого периода) и по био­ химии аминокислотного обмена. Отдельные вопросы исто­ рии изучения амппокпслот затронуты в ней с достаточной точностью II полнотой.

В последние десятилетия было опубликовано большое число монографий по химии и главным образом биохимии аминокислот, а также специальных методических руко­ водств [10—22]. Эти труды, помимо значительной биб­ лиографии, особенно [11, 14, 16, 18], нередко содержали исторические введения или вводные главы (см. например [16, 18]). В этих исторических разделах, однако, как правило, приводились факты в том виде, в каком они даны в статье Г. Виккери и К. Шмпдта.

Особое виимаипе сейчас привлекает стереохимия ами­ нокислот, которая имеет собственную историю [23—25]. Таким образом, биофизический аспект, а именно рентгено­ структурные исследования аминокислот и их ближайших производных и их значение для изучения строения белков и пептидов на определенных фазах развития белка, также представляет интересный материал для исторического ис­ следования.

Значительное число монографий и обзоров посвящено

8

аналитической химии белков, где апалнз аминокислот за­ нимает центральное место [26—30]. Однако эти работы являются также лишь библиографическими источниками и сами не содержат исторических сведении. Вместе с тем вопрос развития аналитической химии аминокислот, тес­ нейшим образом связанный с развитием хроматографиче­ ских методов, чрезвычайно важен для попнмання вопроса взаимосвязи химии аминокислот с развитием химии белка

ипреобразованием биологической химии в целом.

Вспециальной историко-химической литературе вопро­ сам истории химии аминокислот уделяется ничтожно малое место. В книге А. Айда [31]. являющейся широко распро­ страненным в англоязычных странах пособием по истории современной химии, история химии аминокислот сводится

кперечислению открытия некоторых аминокислот и к упо­ минанию некоторых работ по их синтезу (синтезы Штреккера, Фишера и Курциуса). В «Истории химии» М. Джуа

[32]приведены отдельные данные об открытии и изучении процессов превращений аминокислот и их синтезы, однако раздел, посвященный специально истории химии амино­

кислот, занимает всего половину страницы [32, стр. 350] и в нем упоминаются лишь относительно второстепенные работы Г. Лпмприхта по синтезу лейцина. В «Истории хи­ мии» Д*. Партпигтопа [38] можно найти лишь чисто опи­ сательные сведения об открытии и изучении отдельпых

синтез алапппа А. Штреккером, причем ие как одна из исходных вех развития химии аминокислот, а как заверше­ ние определенных синтезов в ряду ампноеоедпненпй.

Наиболее обширные сведения об отдельных моментах истории химии аминокислот можно найти в трудах А. Ладеибурга [36], К. Гребе [37] и особенно в «Истории орга­ нической химии» А. Вальдепа [38], задуманной как окон­ чание «Истории органической химии» Гребе.

Если в первых двух из упомянутых работ фрагменты химии аминокислот связываются с историей химии других групп соединений (чаще всего органических кислот и ами­ нов), то в книге Вальдепа им посвящены несколько стра­ ниц и важная хронологическая таблица в разделе «Белкп. Полипептиды». Само включение истории химии аминокис­ лот в этот раздел знаменательно, так как указывает на

9

неразрывную связь ее с историей химии белков. Интересен также и набор характеристик, связываемый Вальдеиом только со свойствами белков и ролью аминокислот в реак­ циях синтеза пептидов.

Этим исчерпывается историография химии аминокис­ лот, оставляя широкое поле для изучения как всей пробле­ мы в целом, так и для воссоздания деталей истории, инте­ ресных с самых различных точек зрения.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1.Б. М. Кедров. Предмет и взаимосвязь естественных наук. М.,

Изд-во АН СССР, 1962.

2.В. М. Кедров. Ленин п диалектика естествознания XX века. М.,

«Наука», 1971.

3.N. Lubavin. Ueber die kiinstliche Pepsin-Verdanung des Caseins und die Einwirkung von Wasser auf Eiweisssubslanzen.— F. Ilop-

pe-Seyler’s Med.-Chcm. Untersuchungen (1866—1871). 1871,

S. 463.

4.E. Fischer. Untersuchungen iiber Aminosauren, Polypeptide und

Proteine (1899—1906), Bd. I. Berlin, 1906.

5. F. Hofmeister. Bau des Eiweissmolekiiles.— Erg. Pliysiologie, I,

159(1902).

6.A. H. Шамин. Развитие химии белка. М., «Наука», 1966.

7.А. II. Шамин. Химический синтез белка (исторический очерк).

М., «Наука», 1969.

8.Я. В. Vickery, С. L. Schmidt. History of Discovery of Amino acids.— Chem. Rev., 9, 169 (1931).

9.II. II. Mitchell, T. Hamilton. The Biochemistry of the Amino

Acids.— The Chem. Cat., N 48, 1929.

10.Сб. «Аминокислоты и белки». Под ред. А. Г. Пасынского. М.,

ИЛ, 1952.

11.А. Е. Браунштейн. Биохимия аминокислотного обмена. М.,

Изд-во АМН СССР, 1949.

12.А. Е. Браунштейн. Главные пути ассимиляции и диссимиляции

азота у животных. М., Изд-во АН СССР, 1957.

13.А. Майстер. Биохимия аминокислот. М., ИЛ. 1961.

14. Advances in Protein Chemistry, vol. 1—22. Ed. M. Anson,

K. Baily. New York, 1944—1971.

15.И. Губен. Методы органической химии, т. 4, вып. 1, кн. 2. Пер.

с нем. М.— Л., Госхимиздат, 1949.

16.Дж. Гринштейн, М. Виниц. Химия аминокислот и пептидов. М.,

«Мир», 1965.

17.Я. А. Преображенский. Химия природных соединений. М., «Выс­

шая школа», 1970.

18.D. М. Greenberg. Aminoacids and Proteins. Springfield, 111., 1951.

19.Сб. «Белки», т. I—III. Под редакцией Г. Нейрата и К. Бейли.

М., ИЛ, 1956—1959.

20.Е. I. Cohn, 1. Т. Edsall. Proteins, Amino Acids and Peplids as Ions and Dipolar Ions. New York, 1943,

10