биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Понявший цвета травы и борща: Мартин Вильштеттер

[23 августа, 2015 г.]

Наш нынешний герой — человек с трагической судьбой. Он решил остаться на родине и в итоге едва не попал в концлагерь. Благодаря ему мы знаем, почему трава зеленая, а борщ — красный, и каким молекулам мы обязаны разнообразием цветов цветков. Ну и без его открытий мы никогда не попробовали бы фиолетовое пюре... Встречайте — Рихард Вильштеттер, лауреат Нобелевской премии 1915 года. Формулировка Нобелевского комитета: «за исследования красящих веществ растительного мира, особенно хлорофилла».

Адольф фон Байер

Рисунок 1. Иоганн Фридрих Вильгельм Адольф фон Байер (1835–1917). Немецкий ученый, преуспевший в областях органического синтеза и стереохимии, лауреат Нобелевской премии по химии 1905 года «за заслуги в развитии органической химии и химической промышленности благодаря работам по органическим красителям и гидроароматическим соединениям». Получать новые вещества Байер начал с 12 лет: первым его творением стал карбонат меди и натрия (двойная соль). Позже появились индиго, фенолфталеин, флюоресцеин и барбитуровая кислота.

Как человека, занимавшегося органической химией и особенно — комплексами макрогетероциклов с металлами, автора сих строк всегда манили две формулы биомолекул. Это вам не скучные белки — это настоящие крутые молекулы. Сложные, с первого раза не запомнить структуру... И похожие. Только металлы в центре разные — у одной кобальт, а у другой — магний. И что самое важное — за обе дали Нобелевскую премию по химии. Только в первом случае — за синтез, а во втором — за исследование. Да-да, вы правы... Мы говорим о витамине B12 (и великом Роберте Бёрнсе Вудворде [1]) и о хлорофилле и Рихарде Мартине Вильштеттере, о котором автор пока не написал ни строчки. Пардон — строку уже написал. И намеревается продолжить это благородное дело. Но обо всём по порядку.

Наш герой родился в еврейской семье в Карлсруэ. Его отец Макс Вильштеттер занимался торговлей тканями (и потому, кстати, хорошо разбирался в растительных красителях. Совпадение? Не думаю!). Учился Рихард в Карлсруэ, потом в реальной гимназии в Нюрнберге... Кстати, понятия «реальное училище, реальная гимназия» означают не столько непризрачность учебного заведения, сколько естественно-научный уклон — против гуманитарного. Были такие и в царской России... Впрочем, мы отвлеклись. Молодой Рихард проявил такие крутые успехи в учебе, что ректор рекомендовал его в Королевский колледж в Мюнхене. Но тут выяснилось, что юноша не вышел пятой графой (или какая она там была в немецких паспортах?). А он очень хотел изучать химию — и в 1890 году поступил в Мюнхенский технический университет. Однако вскоре выяснилось (как это часто бывает с юными химиками), что он уже всё, что там преподают, знает. Но желание, если оно настоящее и сильное, сбывается всегда. И Вильштеттер переходит в Мюнхенский университет (без «технический») — и не просто переходит, а попадает в лабораторию самого Адольфа фон Байера (рис. 1), великого химика, не имеющего отношения к однофамильному концерну (тот основан Фридрихом Байером). Будущий нобелевский лауреат (премия 1905 года), человек, получивший в Германии дворянский титул за научные работы, Адольф Байер тоже прославился через красители: он синтезировал индиго.

Байер стал научным руководителем молодого химика — именно под его руководством Вильштеттер защитил докторскую диссертацию. Не про красители, про кокаин (рис. 2). Именно Вильштеттер изучал структуру любимого препарата Шерлока Холмса (ну а что, во времена Конан Дойла о зависимости от кокаина, бывшего лекарством, особо не задумывались, знаменитая «кокаиновая паника» началась лишь в 1900 году). Изучал наш герой и другие алкалоиды.

Кокаин

Рисунок 2. Кокаин. Слева — Молекула кокаина. Кокаин — метиловый сложный эфир бензоилэкгонина, тропановый алкалоид, производимый растением Erythroxylum coca (кока). Психостимулирующее действие обусловлено связыванием транспортеров моноаминов, нарушающим обратный захват нейромедиаторов в дофаминовой, норадреналиновой и серотониновой системах. Местноанестезирующее действие связано с блокированием потенциал-зависимых натриевых каналов периферических нейронов. Справа — Реклама кокаиновых капель от зубной боли (США, конец XIX в.). ООН постановила внести коку и кокаин в список запрещенных веществ только в 1963 году. Рисунок с сайта www.huffingtonpost.com.

Тем временем карьера Вильштеттера постепенно продвигалась. В 1896 году он уже лектор в университете, в 1902-м — экстраординарный профессор. В год, когда его патрон удостоился Нобелевской премии по химии (1905), он переходит на полную профессорскую ставку в Цюрих, в знаменитый ETH (кстати, вуз-партнер моего родного МФТИ ныне) и... начинает работать на производстве хлорофилла. Вещества, которое делает листья зелеными.

Именно на поприще изучения хлорофилла — а до Вильштеттера вообще никто не знал даже брутто-формулы этого важнейшего вещества — Рихард добился наибольших успехов. Сначала он выявил эмпирическую формулу хлорофилла — относительное содержание в нем атомов углерода, азота, водорода, кислорода и магния.

Следующим достижением стало то, что Вильштеттеру удалось опровергнуть утверждение о том, что у каждого растения — свой хлорофилл [2]. Химик вместе со своим учеником Артуром Штоллем показал, что во всём растительном царстве существуют всего две очень близкие формы хлорофилла — a и b (правда, потом нашлись и c1, и c2 (рис. 3), и некоторые другие)*. Постепенно Рихард начал расшифровывать структуру пигмента — установил наличие тетрапиррольного кольца (порфирина), центрального атома магния... Можно отметить, что растением, которое дало материал для основной работы Вильштеттера, стала крапива: в ней содержится очень много хлорофилла, и именно она стала основным сырьем «хлорофилловой фабрики».

* — Гораздо позже был установлен и механизм поглощения хлорофиллом квантов света на первом этапе фотосинтеза — процесса образования органики из углекислого газа и воды на свету. Несмотря на то, что общая биохимия процесса давно «разложена по полочкам» (во многом благодаря М. Кальвину), далеко не все его детали и молекулы-участницы описаны: одна из «темных лошадок» фотосинтеза — шустрый фермент карбоангидраза: «Волонтер фотосинтеза» [3]. Однако биоинженеры даже с помощью отдельных компонентов этой сложнейшей природной фотохимфабрики обещают въехать в эру зеленой энергетики — на биофотоэлементах: «Биофотовольтаика. По-настоящему зелёная энергия» [4]. И правда, чем мы хуже тли — ведь даже она дармовую солнечную энергию научилась использовать: «Биологи заподозрили тлю в способности к фотосинтезу» [5]?! — Ред.

Хлорофилл

Рисунок 3. Хлорофилл. Слева — Структурные формулы хлорофиллов c1 и c2. Справа — Сравнение структуры молекул хлорофилла и гема (связывающей кислород простетической группы гемоглобина крови).

Ханс Фишер

Рисунок 4. Ханс Фишер (1881–1945). Немецкий химик-органик, доктор медицины, преподаватель. Изучал пирролы, пигменты крови, желчи и зеленых растений. Синтезировал билирубин и гемин, выяснил строение хлорофиллов а и b. Лауреат Нобелевской премии по химии 1930 г. «за исследования по установлению строения гемина и хлорофилла и особенно за синтез гемина».

В 1912 году по просьбе Ханса Фишера (рис. 4) — он станет нобелевским лауреатом в 1930 году частично за изучение структуры гема в гемоглобине крови и удивится, насколько гем и хлорофилл похожи — Вильштеттер переезжает в Институт кайзера Вильгельма в Берлине и переключается на антоцианы — растительные пигменты (рис. 5). Мы тоже регулярно с ними сталкиваемся: большинство растительных веществ, отвечающих за красный, синий и фиолетовые цвет, — именно антоцианы*. К примеру, один из них отвечает за красный цвет борща.

* — С разнообразием антоцианов, их биосинтезом и технологиями модификации цвета растений знакомит обзор «Разноцветные „чудеса“ науки» [6]. Там же можно найти фото фиолетовых овощей, синих роз и т.п. — замечательных воплощений фантазии биологов, которым всё немножко фиолетово. О превращении не особо полезного фастфуда в чуть более полезный — потому что... фиолетовый — рассказано в статье «О том, как получали и изучали фиолетовый попкорн» [7]. — Ред.

Здесь тоже удалось достичь значительных успехов. Вильштеттер, к примеру, показал, что бόльшая часть цветков обязана своим цветом всего лишь трем антоцианам, различающимся расположением ОН-групп.

Антоцианы

Рисунок 5. Антоцианы: воплощение вильштеттеровской теории в кулинарную практику. Слева — Общая формула антоцианов (окрашенных растительных гликозидов с антиоксидантными свойствами) и «антоциановый» картофель. Борщ Вильштеттер вряд ли пробовал, а с «последствиями» своего открытия — уж точно нет. Однако и естественных антоциансодержащих растений всегда хватало: красные, фиолетовые и черные ягоды, баклажаны, свёкла, черный рис, красная капуста... Справа — «Антоциановый» фастфуд: картофельные и кукурузные чипсы.

Исследования были в самом разгаре, когда началась Первая мировая. Вильштеттер оказался негодным к службе — пару лет назад он травмировался в горах... Первые два года войны Нобелевские премии присуждались, и премию 1915-го получил наш герой. Точнее, тогда он узнал, что ее получил. Церемония вручения состоялась лишь в 1920 году.

«Цель моей работы состояла в том, чтобы установить структурные характеристики наиболее широко распространенных пигментов растений, в частности хлорофилла, и найти определенные критерии, касающиеся их химической функции», — так описал свой труд Рихард Вильштеттер в нобелевской лекции.

Четыре года спустя карьера нобелевского лауреата внезапно оборвалась. «Государственный антисемитизм» в Германии начался задолго до прихода нацистов к власти. В 1924 году Вильштеттер уходит с профессорского места в Мюнхенском университете, где он служил с 1916-го, в знак протеста против того, что назначенный им чиновник отказал в принятии на работу нескольким кандидатам-евреям. Рихард слишком хорошо помнил, как его не приняли в учебное заведение по той же самой причине. Тем не менее он продолжает научную работу в совершенно новой теме — ферменты, лейкоциты...

С приходом к власти Гитлера становится намного хуже. Самому Вильштеттеру предлагают прекрасные места в США и Великобритании; он же считает, что должен работать на родине. Родина платит тем, что в 1938 году в дом нобелевского лауреата приходит полиция, чтобы отправить его в концлагерь Дахау. Экономка успевает запутать полицию, Вильштеттер бежит в Швейцарию, но его лодку, пересекающую Боденское озеро, перехватывает гестапо... Тем не менее вмешательство швейцарского посла дает ученому возможность остаться в Швейцарии. Приют ему предложил бывший ученик, Артур Штолль, с которым он работал над химией хлорофилла...

И всё же новая мировая война дотянулась до Вильштеттера: 1942 год, сердечный приступ, смерть... Он еще успел написать автобиографию «Из моей жизни», которая, к сожалению, пока не переведена на русский язык [8].

Вот что пишет о Вильштеттере другой нобелевский лауреат, Роберт Робинсон: «Вильштеттер был великим экспериментатором и великим изобретателем экспериментов. Однако его высший дар исследователя заключался в умении организовать работу». Золотые слова, ведь умение организовать свою работу — это одно из редчайших свойств и ученого, и любого человека. Всегда вспоминаю их, когда мне опять ни на что не хватает времени.

Литература

  1. биомолекула: «Роберт Вудворд: евангелист органической химии»;
  2. Willstätter R. (1906). Zur Kenntniss der Zusammensetzung des Chlorophylls. Justus Liebigs Ann. Chem350, 48–82;
  3. биомолекула: «Волонтер фотосинтеза»;
  4. биомолекула: «Биофотовольтаика. По-настоящему зелёная энергия»;
  5. биомолекула: «Биологи заподозрили тлю в способности к фотосинтезу»;
  6. биомолекула: «Разноцветные „чудеса“ науки»;
  7. биомолекула: «О том, как получали и изучали фиолетовый попкорн»;
  8. Willstätter R. Aus meinem Leben / ed. by Stoll A. Weinheim. Verlag Chemie, 1949. — 454 p. (eng. ed.: From My Life. NY: Benjamin, 1965. — 395 p.).

Автор: Паевский Алексей.

Число просмотров: 841.

Creative Commons License — условия использования и распространения материалов сайта.
Вернуться в раздел «Личность»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.