Файл: Шамин А.Н. Развитие химии аминокислот.pdf

Открытие новых аминокислот н критерии их существования в природе

Насколько был плодотворен эфирный метод, свидетельство­ вало открытие с его помощью продуктов гидролиза белка новых, ранее неизвестных аминокислот. При первом же использовании нового метода Эмиль Фишер среди продук­ тов разложения казеина [39] обнаружил оптически актив­ ную аминокислоту, которая позднее была им названа про­ литом н оказалась L-ппрролндпн-с/.-карбоиовон кислотой [58]. В следующем 1902 г. при исследовании желатины он обнаружил новую окспкпслоту, которая оказалась окснпролппом [59] *.

Помимо пролпна Э. Фишер при исследовании эфирным методом продуктов распада казеина обнаружил амнпопзовалерпаповую кислоту (валин) и фелплалании, кото­ рые до этого в казеиновых гидролизатах обпаружепы нс были. Результаты дальнейших исследований подкрепили эти первые новые открытия. В частности, Э. Фишер по­ казал, что серии является одним из весьма распространен­ ных продуктов распада белковых веществ. Он смог это окончательно доказать, разработав специальный метод от­ деления эфира серина на основании плохой растворимости последнего в петролейиом эфире.

Однако эфирный метод имел существенные ограниче­ ния, которые сказались на его применении в дальнейшем. Оп не мог быть использован для точных количественных определений аминокислотного состава белков. Прп самых благоприятных условиях перегонки могло быть определено не более 70% анализируемых сухих веществ. В большин­ стве случаев определению в расчете па чистые аминокис­ лоты подвергалось не более 50% исходных веществ. Для суждения о количественном содержании амппокпелот не­ обходимо было прибегнуть к весьма искусным, по в то же время спорным интерполяциям. Количественный амино­ кислотный анализ белков был удовлетворительным лишь

висключительных случаях. Примером успешного прпме-1

1Пролив эфирным методом в растительных белках (эдестнис) впервые обнаружили Э. Абдергальдеи и О. Ростоцкп [60]. В про­ дуктах переваривания белка (глиаднна) пролни обнаружил тем же эфирным методом Э. Фишер совместно с русским биохимиком Е. С. Лондоном, стажировавшимся в его лаборатории [61].

82

нения метода мог служить анализ фиброина шелка, ко­ торый при гидролизе давал ~36% глицина, легко количе­ ственно отделяемого в воде от трудиорастворпмых хлоргидратов эфиров других аминокислот.

значительной долей определенности судить об основных компонентах белковых молекул. Стало ясно, из каких «кирпичей» построеп белок.

Одним из наиболее интересных и важных открытий Э. Фишера было открытие пролииа — иервой имииокислоты белкового происхождения. Но нролпи еще до его от­ крытия в составе белка был получен синтетически. Это сделали независимо друг от друга Р. Вильштеттер в 1900 г.

[62]и в следующем году Э. Фишер [63].

Р. Вильштеттер интересовался положением карбоксиль­ ной группы в гигриновой кислоте — продукте окисления гпгрииа и кускогигрииа (алкалоидов перуанского расте­ ния «куско»). Этот вопрос был важен для решения вопро­ са классификации алкалоидов группы гнгрпна: в том слу­ чае, если карбоксильная груииа находилась в а-, а не (1-по-

ложенин, ее можно было соотнести с тропаповымн алкало­ идами — а-замещенными продуктами N-метилпирролидп- па. Через аф-дпбромпропилмалоиовый эфир Вильштет­ тер получил N-метплпирролпдиикарбоновую кислоту (вы­ ход которой был ничтожен). Это соединение оказалось идентичным гигриновой кислоте.

Через год Э. Фишер сообщил об успешном синтезе этой же кислоты через фталимнд пропплброммалонового эфира. При обработке последнего аммиаком он рассчитывал полу­ чить производное аф-дпаминовалернановой кислоты, но вместо этого образовалась смесь фталпмпда с другими про­ дуктами; при ее нагревании с соляной кислотой оп полу­ чил пролнн.

Доказательство того, что это новая белковая аминокис­ лота, было получено аналитически с помощью эфирного ме­ тода. Специальные исследования были проведены для дока­ зательства того, что пролпи не является вторичным про­ дуктом гидролиза белка. Это было доказано Э. Фишером и Е. С. Лондоном в уже упоминавшейся ранее работе

[61].

Название «пролии» было предложено Э. Фишером позд­ нее в работе по синтезу пролплаланина: ои полагал, что

83

для названия этого вещества слово «а-ппрролпдппкарбо- новая кислота» очень длинно, поэтому он предложил на­ звать его «пролппом» — словом, производным от пирроли-

дина [64].

В1902 г. Э. Фишер обнаружил в эластине оксипропнлин

[65]и показал, что он также широко распространен в бел­ ках. После его выделения синтез океннролипа осуществил Г. Лепке [66] через а-хлор-р-оксппропшшалоновый эфир. После лактонпзацпн эго вещество бромпровали в а-бром- б-хлор-'у-валеролактоп, который при обработке аммиаком

давал окспнролпп. Доказательство наличия окенгрунны у [3-углерода было получено О. Гаммарстеиом [67].

Интересно отметить, что с помощью эфирного метода Э. Фишера некоторыми исследователями было сделано не­ сколько ложных открытий аминокислот; это свидетельство­ вало о том, как были уверены в его надежности современ­ ники. Такие «открытия» были сделаны и учениками Э. Фи­ шера. Например, известность приобрели «казеиновая ки­ слота», описанная 3. Скраупом [68], «днамннот.рноксидодекаповая кислота», описанная Э. Абдергальдсном (см. [69]). О ложных открытиях можно было бы и ие упоми­ нать, но они явились последствием серьезного поворота в представлениях х и м и к о в об основных положениях х и м и и белка п о возможностях х и м и и аминокислот. Дело в том, что самым значительным последствием введения Э. Фише­ ром эфирного метода явилось накопление доказательств, свидетельствующих в пользу исключительно аминокислот­ ного строения белка.

Упомянутые «открытия» не были единственными в ис­ тории химии аминокислот. В 1884 г. Дж. Тадичам, иссле­ дуя химическими методами нервные и мозговые ткани, предположил, что в гидролизатах пейропластииа присут­ ствует не лейцин, а его изомер — норлейдии [70]. Из гид­ ролизата непосредственной кристаллизацией была полу­ чена лейциновая фракция, из которой были выделены мед­ ные соли вещества, отличающегося от лейцина по некото­ рым характеристикам, в первую очередь по растворимо­ сти. Доказательств, что это вещество действительно порлейцпи, тогда получено не было.

ставили доказательства выделеппя p-aMinio-N-каироновой кислоты из белков нервной ткани, которой они дали пазва-

84

ние «порлейцин». Это открытие было подтверждено Э. Чарнецкп и К. Шмидтом [73], описавшими выделение норлейцииа из белков нервной ткани. Работы [71—73] были снабжены изложением методов идентификации, начиная от сравнения кристаллов и кончая анализом и определени­ ем физико-химических параметров.

Лишь в 1945 г., уже с помощью распределительной хро­ матографии, Р. Коисден, А. Мартин, А. Гордон, О. Розенгейм и Р. Синг блестяще опровергли эти доказательства [74]. С существованием норлейцина как составной части белка было покопчено.

В 1918 г. Э. Дэкии описал выделение из гидролизатов казеина повой моиоампнодикарбоновой кислоты, которая по некоторым признакам была определена им как [1-оксиглу- таминовая кислота [75]. Эта работа была встречена с ин­ тересом, так как якобы позволяла разрешить ряд недоуме­ ний, накопившихся с 1908 г., когда Т. Осборн с сотр. начал изучать количественные соотношения азота аммиака в белках с содержанием аспарагина и глутамина, а также аспарагиновой и глутаминовой кислот. В этих исследова­ ниях как будто бы было получено доказательство в пользу существования какой-то иной дикарбоновой кислоты, кро­ ме аспарагиновой и глутаминовой.

Работа Дэкина была воспринята как открытие этого «недостающего звена». В 1919 г. он синтезировал Р-оксп- глутампиовую кислоту и сообщил ряд новых данных о ее содержании в белках и о свойствах [76]. Но уже в 1931 г.

Л. Шинн в специальной работе «Существует ли оксиглутаминовая кислота в белках молока?» [79] отвергли все доказательства ее существования, но при этом не была ис­ ключена вероятность существования не (1-, а у-оксикисло- ты. Спор был решен лишь в 1945 г., опять-таки хромато­ графическим методом [80] — оксиглутаминовая кислота в белках оказалась фантомом.

Мы уже писали об ошибочных открытиях учеников Э. Фишера. Только в течение первой четверти XX в. было сделано кроме упомянутых выше 9 ложных открытий ами­ нокислот (некоторые из которых даже получали подтвер­ ждение) . В последующие годы было сделано еще несколь­ ко ошибочных открытий: появились сообщения об а-амино-

85

адипиновой кислоте, окснвалиие, порвалиие, якобы со­ держащихся в белках.

Мы не будем останавливаться на анализе причин лож­ ных открытий конкретных аминокислот в белковых вещест­ вах, тем более что это уже делалось спецпалистами-хими- камн. Надо лишь учесть, что кроме встречающихся в бел­ ках ныне известных 26 аминокислот, существует около сот­ ни природных аминокислот небелкового происхождения. Таким образом, ложные открытия составляют ~10% всех открытий природных аминокислот.

Необходимо учитывать также, что проверка и опровер­ жение ложных открытий также несут в себе зерна знаппй, ценность которых заранее не может быть оценена.

Проблема ложных открытий непосредственно связана также с важным для развития химии аминокислот вопро­ сом критерия оценки существования аминокислоты в при­ роде. Этот вопрос был поставлен в 1893 г. Э. Шульце и А. Лнкирппком [81]. В 1931 г. критерии оценки были сформулированы Г. Внккерн и К. Шмидтом. Сводились они

кследующему:

1.Для того чтобы аминокислота считалась определен­ ным продуктом, она должна быть выделена, кроме ее пер­ вооткрывателя, каким-либо другим исследователем.

2.Строение аминокислоты должно быть установлено путем синтеза п должна быть показана тождественность синтетического продукта с рацематом природной амино­ кислоты, а после оптического разделения синтетического продукта — с оптическим изомером природного.

3.Чистота продукта, выделенного из гидролизата, дол­ жна быть доказана, а само вещество должно быть охарак­ теризовано анализом солей и типичных производных.

Г. Внккерн и К. Шмидт показали, что эти критерии формировались исторически. Так, последний был введен после ложпых открытий аминокислот химиками школы Э. Фишера. Смысл формирования критериев они обосно­ вали так: «Хотя эти критерии могут показаться несколько произвольными, они существенны до тех пор, пока нет еди­ ного критерия, позволяющего признать все множество пре­ паратов, которые время от времени описывали как опреде­ ленные однородные продукты полного гидролиза белков, но для которых не было доказательств их строения» [82,

стр. 170].

Факт формулирования этих критериев также был сви-

86

детельством завершения строительства основного каркаса здания химии аминокислот, что было осуществлено Э, Фишером и его последователями.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1.N. Liibav'm. Ueber die kiinstliche Pepsin-Verdauung des Caseins und die Eimvirkimg von Wasser auf Eiweisssubstanzen.—F. 1-lop-

pe-Seyler’s Med.-Cliem. Untersuclumgen (1866—1871). 1871, S. 463. 2. A. Kossel. Ueber die Eiweissstolfe.— J. Physiol., 23, 7 (1898—

1899).

3.А. II. Шамип. Развитие химии белка. М., «Наука», 1966.

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

welche bei der Zerselzung der Eiweisssloffe durch Salzsanre durch

I-Iefe.— Biochem. Z., 1, 8 (1906).

8 . F. Erhlich, A. Wendel. Uber die asymmetrische und symmetrischc Einwirkung von Helen und Schimmelpilzen.— Biochem. Z., 6 , 22

(1914).

9.F. Ehrlich. Biologische Methode des Spaltung von Aminosauren.—

Abderhalden Ilandbuch der Biol. Arbeitsmet. Berlin, 1917.

10.E. Fischer. Uber die Spaltung einiger racemisclier Amidosaure in

die optischalctieven Komponenten.— Bor. chem. Ges., 32, 2451 (1899).

11.E. Fischer. Spaltung racemisclier Amidosauren in die optischaktieven Komponenten. III.— Ber. chem. Ges., 33, 2370 (1900).

12.E. Fischer, A. Mouneyrat. Spaltung einiger racemisclier Aminnosiiuren in die optischaktieven Komponenten. IV.— Ber. chem. Ges., 33, 2383 (1900).

13.E. Fischer. Spaltung einiger racemisclier Aminosauren in die oplischaktieven Komponenten. II.— Ber. chem. Ges., 32, 3638 (1899).

14.E. Fischer, O. Warburg. Spaltung des Leucins in die optischaktie­ ven Komponenten.— Ber. chem. Ges., 3S, 3997 (1905).

15.E. Fischer, W. lacobs. Spaltung des racemiscben Serin in die op­

tischaktieven Komponenten.— Ber. chem. Ges., 39, 2942 (1906).

16.E. Fischer, G. Zemplen. Synthese der beiden optischaktieven Prolin.— Ber. chem. Ges., 42, 2989 (1909).

17.E. Fischer. Synthese von Polypeptiden. IV. Derivalo des Phenyla­ lanine.— Ber. chem. Ges., 38, 605 (1908).

18.E. Fischer, W. Schmitz. Synthese der a-Aminosauren mittels der

Bromfettsauren.— Ber. chem. Ges., 39, 351 (1906).

19.R. Willstatter. Uber Synthese der a-Diaminovaleriansaure.— Ber. chem. Ges., 33, 1160 (1900).

20.E. Fischer. Synthese der a-Diaminovaleriansaure — Ber. chem. Ges.,

34, 454 (1901).

21.E. Schulze, E. Winterstein. Ueber die Konstilulion des Arginins.—

Per, chem. Ges., 32, 3191 (1899).

87

22.E. Fischer, F. Weigert. Synthese der a-Diaminocapronsaure (Inaktieves Lysin).— Ber. chem. Gos., 35, 3772 (1902).

Ges., 40, 1754 (1907).

29.M. Джу а. История химии. Пер. Г. В. Быкова, под ред. С. А. По­ година. М., «Мир», 1966.

30.Е. 1. Erlenmeyer, Н. Ырр. Ueber Phenyl-a-amidopropionsauro

(Phenylalanin).— Ber. chem. Ges., 15, 1016 (1882).

31.A. Pinner, A. Spilker. Ueber Streker’s Melhoden.— Ber. chem. Ges.,

22, 685 (1889).

32.II. Д. Зелинский, Г. Стадников. О простом общем методе синтеза

а-амннокислот.— ЖРФХО, 38, 772 (1906).

33.Т. Curtins, W. Sieber. Unrwandlung von Malonsaurc in Glycocoll und von Methylmalonsaure in a-Alanin. I.— Ber. Chem. Ges., 54, 1430 (1921); Unrwandlung von alkylierten Malonsaurc in a-Ami- nosauren.— Ber. chem. Ges., 55, 1543 (1922).

34.В. M. Родионов. Материалы к биобиблиографии ученых СССР.

37.A. Kossel, F. Kutscher. Beitrage zur Kenntniss der Eiweisskorper.— Z. physiol. Chem., 31, 165 (1900).

38.E. Fischer. Ueber die Hydrolyse des Caseins durch Salzsaure.—

Z.physiol. Chem., 33, 151 (1901).

39.K. Hoesch. Emil Fischer. Sein Leben und scin Werk. Berlin —

Leipzig, 1921.

40.E. Fischer. Ubor die Enlstehung von a-Pyrrolidincarbosaure und

Phenylalanin bei dor Hydrolyse des Eieralbumin.— Z. physiol. Cheni., 33, 412 (1901).

41.II. Fischer, P. Leven, R. /leers. Uber die Hydrolyse des Leims.—

Z. physiol. Chem., 35, 70 (1902).

42.E. Millon.— C. r. Acad. Sci., 28, 40 (1849).

43.O. Nasse. Ueber Millon’s Reaction.— Sitzungsber. naturwiss. Ges.

Halle, 1879, 1.

44.A. Adamkiewicz. Ueber die Eiweisswert des Peptons.— Arch. ges.

Physiol., 9, 156 (1874).

88