Существует группа органических веществ под названием «алкалоиды». Многие из них ядовиты и оказывают наркотическое действие. Содержащие их лекарственные растения известны с древнейших времен. В начале XIX в. были выделены в кристаллической форме первые такие соединения; в соответствии с их химическими свойствами они были названы алкалоидами, т. е. «щелочеподобными».
Первые опыты производились с опиумом, и в 1817 г. из него был выделен морфин. После этого были открыты стрихнин, хинин, кофеин, кокаин и т. д. Ныне известно около 1000 алкалоидов, которые в зависимости от своего строения делятся на несколько групп.
С исследованием алкалоидов связано имя английского ученого Роберта Робинсона. В частности, он изучил такие алкалоиды более сложного строения, как морфин и стрихнин. В их молекулах содержится соответственно 40 и 47 атомов, поэтому, чтобы определить их структуру, потребовались немалые усилия. Робинсон успешно справился с этой задачей, хотя на различных этапах работы приходилось делать выбор между десятками возможных структурных формул. Затем он приступил к изучению ряда других алкалоидов. На основании проведенных исследований он разработал теорию этих соединений в растительных клетках.
Английский химик занимался исследованиями и в других областях. Изучая структуру половых гормонов, Робинсон синтезировал искусственные вещества, оказывающие подобное действие. Рассматривая механизм электрохимических реакций между органическими молекулами, он внес вклад в химическую теорию. Разнообразная научная деятельность Роберта Робинсона (протекавшая преимущественно в Оксфордском университете) увенчалась присуждением ему в 1947 г. Нобелевской премии по химии. Этой награды он был удостоен за исследование биологически активных растительных веществ, в частности алкалоидов.
Кроме того, еще два исследователя стали лауреатами Нобелевской премии за открытия в области природных соединений.
Это были Джон Уоркап Корнфорт, сотрудник Робинсона, и Владимир Прелог, сотрудник и преемник Ружички в Федеральном техническом институте в Цюрихе.
Главные работы Д. Корнфорта связаны с проблемой биосинтеза холестерина. Это вещество играет важную роль в процессе обмена веществ и в образовании гормонов в организме человека. Удачно применяя метод меченых атомов, ученый показал, как осуществляется синтез сложного соединения в более примитивном организме. Исследования были далеко не простыми, так как каждый этап биосинтеза состоит из серии сложных реакций, связанных с изменением и модификацией молекулярных структур. За эти и другие исследования Корнфорт был избран членом Лондонского королевского общества и получил множество наград и отличий. Очередным выражением признания его заслуг было присуждение ему в 1975 г. Нобелевской премии по химии.
Другим лауреатом того же года стал Владимир Прелог, известный своими мастерски выполненными исследованиями в области стереохимии органических соединений. Вместе с другими учеными он разработал стереохимическую номенклатуру, принятую сейчас во всем мире. Крупным его достижением является синтез углеводорода адамантана, который по своей структуре напоминает кристаллическую решетку алмаза.
В 60-е годы Владимир Прелог стал заниматься изучением обмена веществ у микроорганизмов и участвующих в нем соединений. Он объяснил механизм действия ряда антибиотиков, которые, блокируя действие некоторых веществ, нарушают последовательность реакций обмена. Прелог выделил ряд исключительно сложных комплексных органических соединений, с помощью которых микроорганизмы извлекают из окружающей среды такие необходимые для обеспечения жизненных процессов элементы, как калий, железо, бор и другие.
Обширная научная деятельность Прелога завоевала ему признание научной общественности. Он был избран иностранным членом Академии наук СССР, Лондонского королевского общества, Национальной академии наук США, Американской академии наук и искусств и многих других научных обществ и академий[16].
В 1975 г. В. Прелог был удостоен Нобелевской премии по химии за исследование физиологически активных низкомолекулярных соединений. Вместе с ним был награжден и Д. Корнфорт. Награждение названных ученых символизировало очередное признание биоорганической химии, являющейся связующим звеном между химией и биологией и одной из важных областей современной науки.
Витамины
В 1881 г. русский ученый Николай Иванович Лунин провел интересные эксперименты, с пищевыми веществами: извлекая белки, жиры, углеводы и соли из молока, он кормил этой смесью лабораторных мышей. Несмотря на то что пища бралась, казалось бы, из самого полноценного продукта, животные чахли и умирали. Из этого Лунин, совершенно естественно, сделал вывод, что для удовлетворения потребностей организма кроме указанных веществ необходимы еще какие-то. Однако его публикация, как и работы многих других ученых на эту тему, не обратила на себя особого внимания.
Как выяснилось впоследствии, с этими веществами связан ряд заболеваний, в лечении которых в конце прошлого века врачи испытывали затруднения.
К ним относится, в частности, болезнь берибери, которая была серьезной проблемой для стран Юго-Восточной Азии, и особенно для Индонезии, которая была в то время голландской колонией.
В 1886 г. голландское правительство направило на остров Яву известного патологоанатома Корнелиса Пекельхаринга и невролога Клеменса Винклера из Утрехтского университета. Их помощником был назначен военный врач Христиан Эйкман, уже работавший в тропических районах. В то время бактериология переживала расцвет, и, совершенно естественно, голландские ученые занялись поисками микроба, вызывающего берибери. Пекельхаринг и Винклер, не обнаружив ничего заслуживающего внимания, вскоре уехали, оставив Эйкмана в Батавии (Джакарта) для продолжения работы. Он пробыл там 10 лет, проводя многочисленные исследования, связанные с тропической медициной, и продолжая поиски причины болезни берибери. Его исследования завершились интересным открытием.
Тайна этой болезни была разгадана совершенно случайно. Лаборатория в Батавии имела небольшое хозяйство по разведению кур. Птицы находились на довольно однообразной рисовой диете и постепенно становились жертвой болезни, клиническая картина которой весьма напоминала берибери. Интересовавшийся этим заболеванием Эйкман сразу уловил сходство и занялся экспериментами. Он добавил в пищу кур немного рисовых отрубей, и они быстро выздоровели. Оказалось, что при полировке риса, когда зерно очищается от оболочки, теряется какое-то ценное вещество, и местные жители, питавшиеся преимущественно рисом, становились жертвами берибери.
Подозрение, что эта болезнь связана с питанием, высказывалось еще в 70-е годы прошлого века. В 90-е годы Эйкман открыл причину болезни, но на это почти никто не обратил внимание. Болезнь берибери продолжала оставаться серьезной проблемой. Во время русско-японской войны из-за нее была выведена из строя шестая часть личного состава японской армии. Чтобы разрешить проблему, необходим был иной подход. Одним из ученых, способствовавших этому, был Фредерик Гоуленд Хопкинс.
Рано заинтересовавшись химией, Хопкинс работал в различных фирмах и лишь в 28-летнем возрасте занялся медициной. В 32 года он получил диплом и стал преподавать физиологическую химию, как называли в конце прошлого века биохимию. Знание химии и медицины позволило Хопкинсу провести интересные исследования. По существу его методика была такой же, как и у Лунина. Он кормил лабораторных животных (детенышей мышей и крыс) искусственной смесью из различных пищевых веществ и регулярно взвешивал их на весах, наблюдая за ростом. При появлении малейших отклонений от нормы Хопкинс тотчас начинал проводить химические анализы пищи.
Прежде всего он открыл, что белковые вещества различаются по своей питательной ценности. Более подробные исследования показали, что это определяется их составом. Хопкинс открыл незаменимые аминокислоты, которые не могут синтезироваться организмом и должны поступать в него с пищей. Питание неполноценным белком плохо отражалось и на мышах, поэтому в своих дальнейших экспериментах Хопкинс использовал наиболее полноценный белок — казеин (молочный белок). Несмотря на это, состояние лабораторных животных нельзя было назвать хорошим. Хопкинс выяснил, что в зависимости от степени очистки казеин оказывает различное воздействие. Тогда он решил добавить в пищу животных немного молока — эффект был поразительный. Состояние животных резко улучшалось.
К 1910 г. Хопкинс собрал достаточно данных и в марте 1911 г. на одном из собраний членов Английского биохимического общества выступил со своей теорией о «дополнительных» питательных веществах. Эта тема сразу была подхвачена прессой. Лондонская газета «Дейли мейл» опубликовала сенсационные материалы, которые были перепечатаны многими газетами Европы и Америки. Создалась обстановка, в которой кто-то должен был сделать последний завершающий шаг.
