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

и животных может быть выделено идентичное, достаточ­ но сложное вещество, решились в начале XIX в. далеко не сразу.

В 1827 г. Браконно провел исследования «казеиновых» веществ Пруста [36] н оцепил его открытия не очень высо­ ко: «Никто не может отрицать огромного вклада, который внес в науку Пруст. Но необходимо сожалеть, что послед­ ние его работы не отличаются точпостыо н правильностью, хотя он был достаточно грамотным химиком. После того, как я провел в атом направлении несколько исследовании, я убедился, что это вещество — крахмал, и перестал повто­ рять опыты..., связанные с брожением творога» [36, стр. 159]. Однако это утверждение Браконно чересчур ка­ тегорично. Сам он утверждал, что, хотя вещества Пруста и не заслуживают названия ни «кислота», ни «окисел», они все же заслуживают специального названия (что ие вяжется с утверждением, что это — просто крахмал). Браконно на­ звал их «апоссппдппом» (от греческого «результат гние­ ния»). Виккерп и Шмидт считают, что он необоснованно дал новое название веществу, которое за 7 лет до этого сам же назвал «лейцином». Но с этим нельзя согласиться, так как те скудные данные, которыми располагал Браконно при характеристике этого вещества, ие свидетельствовали в пользу идентичности препаратов.

О том, сколь иеопределепнымп были те препараты, с ко­ торыми оперировали Браконно и Пруст, можно видеть из определения Бракоппо состава «казеата аммония», описан­ ного Прустом. Этот «казеат» содержал «апосеппдпн», ук­ сусную кислоту, соду, синильную кислоту, «желтое масло», «животное вещество, растворимое в воде и спирте», «жи­ вотное вещество, растворимое в воде, по ие растворимое в спирте», «коричневую древесную смолу», «желтую едкую жидкость» и т. и. Это была поистине адская смесь всевоз­ можных полупродуктов распада различных белков, поли­ сахаридов и жиров. Ни о какой индивидуальности ве­ щества здесь не могло быть и речи.

Первым, кто после Браконно получил относительно чи­ стый лейцин, был голландский химик Г. Я. Мульдер. В 1839 г. он впервые показал, что «лейцин Браконно», толь­ ко «более чистый», можно получпть ие только кислотным, но и щелочным гидролизом белков [33] — приемом, впервые введенным Мульдером. Последний отметил растворимость дейцпиа, определил точку плавления его кристаллов, имев-

23

iunx вид белых матовых пластинок, и показал, что при нагровапин до 108° С с окпсыо свпнца лейцин ие терял в мас­ се, а следовательно, не содержал «химически связанной воды», что вводило в заблуждепио его предшественников. Он провел анализ лейцина, сразу правильно установив его эмпирическую формулу.

Мульдер первым высказал убеждение, что «апосеппдип» и «лейцин Браконно» — это один и тот же препарат. В 1846 г. 10. Либих отметил, что лейцин может быть полу­ чен из казеина, при сплавлении последнего с едким кали [37]. Полную ясность в вопрос о соотношении «апасспндпиа» и лейцина внес П. А. Ильенков, изучавший в лабора­ тории Либиха продукты гппеиия сыра [38, 39]. Использо­ вав для опытов очищенный казеин и проведя тщательные апализы, он указал, что «Мульдер мог с полным правом считать «апосеппднп» нечистым лейцппом» [38]. Ильен­ ков установил и особо подчеркнул очень важное обстоя­ тельство: лейцин мог иметь различное пропехождеппе, он мог быть получен из казеина в результате разложения, ои мог образовываться и в процессе гниения пли брожения: «лейцин и летучие кислоты образуются при гпнеппп казе­ нна (т. е. чисто биологическим путем.— А. Ш., Н. Д.) пли в результате воздействия щелочей при высокой темпера­ туре» [39, стр. 27].

После работ Мульдера химики, изучающие белковые вещества, стали обращать более пристальное впимаппе на продукты их гидролиза. Особеппо пристальпо изучал про­ дукты разложения белков 10. Либих со своими учениками. Поэтому открытие следующей аминокислоты в составе бел­ ка — тирозина — можно считать «ожидаемым открытием», хотя на этом этапе истории химии белка ие была известна ни аминокислотная природа выделенного вещества, ни аминокислотный принцип строения белков.

Ю. Либих в 1846 г., сплавляя казеин с равным по весу количеством КОН, получил гомогеипую массу. После рас­ творения ее в воде, подкисления уксусной кислотой и ох­ лаждения раствора выпадали тонкие игольчатые кристал­ лы, трудно растворимые в холодной воде и нерастворимые в спирте и эфире. Повторное растворение в воде с неболь­ шим количеством углекислого калия давало чистые блестя­ щие иглы кристаллов нового вещества [40].

Либих был первым, кто обратил внимание па амфотер­ ные свойства выделенного им вещества, заметив, что оно

24

легко растворимо в щелочах и легко реагирует с кислота­ ми. Точного элементного анализа и полной характери­ стики нового вещества Либих по провел, по назвал его тирозином.

В 1848 г. А. Де-Ла-Рю иолучнл тирозин из кошенили [41], отметив некоторые из характерных его свойств и ус­ тановив дли него эмпирическую формулу. Но он не решил вопроса о происхождении тирозина, хотя и ответил отри­ цательно иа вопрос, не является ли он артефактом. В том же 1848 г. Ф. Вопи, молодой и талантливый, меисе чем че­ рез год погибший в бою ученик Либиха, впервые выделил тирозин из белкового гидролизата [42].

Работа Боппа характеризует процесс дальнейшего осоз­ нанного поиска новых усовершенствованных методов разло­ жения белков с целью получения нс модифицированных, а предсуществующих фрагментов белков. Даже тот незна­ чительный опыт выделения отдельных соединений из гид­ ролизатов позволил ему заметить, что некоторые процеду­ ры разложения значительно влияют па состав гидролиза­ та. В частности, Воин отметил трудности получения лей­ цина и тирозина при тех методах разложения, которые применял Либих. В то же время оп обпаружпл, что тиро­ зин н лейцин не разлагались при длительном кипячении с соляпой кислотой. Одпако данные Мульдера как будто бы свидетельствовали о бесперспективности гидролиза со­ ляной кислотой, п Bonn решил проверить данные Муль­ дера. Оп обрабатывал казепп соляной кислотой, при этом белок растворялся. Затем раствор нагревался п после ки­ пячения в течение 6— 8 часов белок пачниал разлагаться. При этом происходило выделение значительных количеств неразложившпхея тирозина н лейцина. Этот опыт был очень важеп, так как он позволил значительно изменить ц упростить процедуру нейтрализации и очистки гидро­ лизата, а также выделения из пего лейцина и тирозина (простым осаждением 80%-ным спиртом).

Бонн не анализировал полученные препараты, так как форма нх кристаллов подтверждала полностью идентич­ ность с описанными ранее препаратами.

25

Элементный состав U эмпирические формулы аминокислот

Мы уже писали об анализах цистина, проведенных В. Праутом в 1816—1820 гг. [24 — 26]. Это было первое определе­ ние элементного состава аминокислоты.

Анализы Праута были далеко не точными, в частности, он не обнаружил в цнстппс серы. Количество атомов мог­ ло быть описано эмпирической формулой (ее Праут не вы­ вел): CoHoNOe (при истинной формуле C0H12N2O4S2). Однако интерес химиков к новым веществам увеличивался и, естественно, предпринимались многочисленные, более пли менее удачные попытки определить их состав.

Изложение результатов этих анализов, также как и со­ поставление эмпирических формул, представляет для исто­ рика определенные трудности, но в то же время и сущест­ венный интерес. Поскольку именно в период наиболее ин­ тенсивных исследований состава аминокислот и выведе­ ния их эмпирических формул происходило осознание того факта, что исследователи имеют в данном случае дело с по­ вой группой веществ, интересным становится вопрос: ка­ ким образом эти совершенно правильные представления согласовывались с весьма разнохарактерным]! формулами? Предпринимались ли попытки с доструктурных позиций представить единство этой группы веществ пли это един­ ство поддерживалось только определениями свойств?

Трудности же заключались в том, что в те годы, когда проводились первые определения эмпирического состава аминокислот, среди химиков не было единства взглядов па принимаемые за исходные при расчетах величины атом­ ных весов элементов. Химики пользовались в своих вычис­

денными нм после появления гипотезы В. Праута о един­ стве материн и выраженной в пей идеи о кратности атом­ ных весов элементов атомному весу водорода, принятому за единицу.

В своих публикациях химики нередко не считали нуж­ ным сообщать, какая величина атомного веса бралась пми за исходную (С = 12 пли 0 = 6?). Поэтому заключения о правильности той пли иной из предлагаемых формул час­ то бывают затруднительными. Мы старались там, где это возможно, указывать используемое значение атомных

26

весов. В отдельных случаях памп проводились пересчеты формул на основании приведенных авторами исходных аналитических данных.

В 1830 г. А. Плиссон и Ж. Анри установили эмпириче­ ские формулы аспарагина и аспарагиновой кислоты (C,.H.5NsOt н CuHuNjOtсоответствепно) [43]. Эти формулы были далеки от точности, ио уже в 1837 г. Пелуз в письме

заключение о природе аспарагина. Он заметил, что аспа­ рагин это амид аспарагиновой кислоты и дал ему наимено­ вание — аспарамид.

Либих, получивший от Г] елуза препараты аспарагина п аспарагиновой кислоты, подверг их анализу и вывел ис­ правленные формулы: соответствепно CsHieNiOe и С8Н |Д 2О0. Сопоставление этих формул уже использовалось Либихом для заключений о строении исследуемых веществ. Так как формула аспарагиновой кислоты отличалась от формулы аспарагина па NJI-, что можно было трактовать как удвоенную молекулу аммиака, Либих сделал вывод, что образование аспарагина должно происходить без вы­ деления молекулы воды. Он доказывал, что «аспарамид относится не к классу амидов, а к классу не содержащих воду кислородных кислот, способных образовывать с аммиаком соединения, которые не похожи на аммо­ нийные соли, хотя количество кристаллизационной воды в кристаллическом состоянии соответствует атомному соот­ ношению воды в аммонийных солях, образуемых кислород­ ными кислотами» [45]. Поэтому Либих вернул исследуе­ мому соединению наименование «аспарагпи».

Приведенные выше формулы были получены Либихом не сразу. В письме к Берцелиусу от 30 мая 1833 г. он пи­ сал: «Я недавно анализировал аспарагиновую кислоту и получил такие же результаты, как и Пелуз, согласно ко­ торым аспарамид превращается в аспарагиновую кпелоту так, как это описал Пелуз. Формула аспарамида СДгНвОа,

27

очень чистый аспарагин п аспарагиновую кислоту» [46]. Пелуз предоставил Либиху для анализа и препарат ци­ стина. Последний передал его для анализа Таулову, кото­ рый получил данные, позволившие установить первую эм­

пирическую формулу цистина: C0H12N2O4S:: [23]. Проведенные анализы цпстпиа и вычисленные для пе­

го эмпирические формулы практически ничего не дали, да и не могли дать для решения вопроса о связи аспарагино­ вой кислоты и цпстина. На основании данных В. Праута формула цпстпиа должна была выглядеть так: CoHnNOs (С = 6). Таулов при вычислении своей формулы прини­ мал С = 6, О = 8 и S = 16. Эта формула в 1852 г. была про­ извольно исправлена Гмелпиым — CgH7NO.-,S2 (С = 6), тан как он считал, что сумма числа атомов Н + N должиа быть четной [47].

Однако формула Праута вызвала многочисленные сом­ нения. Так, Ш. Жерар в своем руководстве по органиче­ ской химии привел формулу, близкую формуле Таулова (только с удвоенным числом атомов): C^IHiNsOeS/, [48], по и ее считал сомнительной. Эта неопределенность сохраня­ лась в течение довольно продолжительного времени. Даже в 1864 г., когда К. Гроте определял в очищенных препара­ тах цпстина содержание углерода, водорода и серы, он по­ лучил данные, блпзкпе формуле Гмелииа [49], и предпо­ ложил, что Таулов недостаточно точно определял водород.

Гораздо более определенными были цанпые об элемен­ тном составе глпцппа. Первым анализ глицина, получен­ ного прп гидролизе желатина, пповел Мульдер п получил формулу C8H,bN,,0- (С = 6) [50]. Характерны процедуры псправленпя полученпых формул и логика рассуждения их авторов. Так, Мульдер заметил, что при нагревапип препа­ рата с окпсыо свинца до 100° С ои терял 12,5% массы, но при нагревании до 110° С без окиси свинца потерь массы не отмечалось. Ои сделал вывод, что глицин содержит хи­ мически связанную воду, п немедленно исправил формулу СsН [/,N Ог. [51]. Эта формула была еще далека от истинной. Еще меиее точной была формула, вычисленная Ж. Б. Буссенго [52, 53]. Позднее Мульдер показал, что анализируе­ мый нм препарат содержал примесь лейцина.

В 1846 г. был впервые правильно определен состав глицина и вычислена его правильная формула. Это было сделано Э. Хорсфордом в лаборатории Либиха [54]. Фор­ мула Хорсфорда в атомных весах Гмелпна выглядела так:

28

C4H5NO2• НО и соответствовала при пересчете современной формуле C.2H5NO2. Одновременно с Хорсфордом правиль­ ные формулы далп Лоран п Мульдср, уступившие первен­ ство в установлении правильной формулы. Однако работа Хорсфорда выделяется среди этих уже рутпппых опреде­ лений. В ней были намечены границы н о в о г о к л а с с а в е щ е с т в и определены нх характерные черты. Это бы­ ло очень важное заключение, сделанное на основании нич­ тожно малого материала. Было известно лишь четыре ами­ нокислоты и одни амид, связь между ними была еще дале­ ко не очевидной. Но Хорсфорд, отметив, что глицин прояв­ ляет свойства как кислот, так н оснований, ппшет: «Тут сам собой напрашивался вопрос, в каком разделе хи­ мии нужно поместить гликоколлп? Что из себя представля­ ют эти соединения — основания, кислоты или соли?» И продолжает: «Можно считать гликоколлп п кислотами, и щелочами, и солями, в них проявляются все свойства, чем и отличается этот класс соединений от других» [54]. Хотя эта идея не была новой, мы помним, что по отноше­ нию к цистину то же самое уже отмечал Уолластон: слова «этот класс соединений» придают заключению Хорсфорда гораздо более важное историческое звучание.

По существу именно с 1846 г. химики начали сгруппи­ ровывать аминокислоты в одной классификационной ячей­ ке, несмотря на то что многие ученые, даже открывшие и исследовавшие эти соединения, поняли это далеко не сразу.

Первые анализы аминокислот, как правило, приводили к неточным результатам. Это не может казаться неожидан­ ным по нескольким причинам. Помпмо несовершенства методик анализа, важной помехой развитию аналитической химии аминокислот было отсутствие чистых препаратов. Лишь в одном случае, н именно вследствие чистоты препа­ рата, удалось сразу провести достаточно точный анализ, позволивший вычислить правильную эмпирическую фор­ мулу. Это было в случае анализа лейцина Мульдером в 1839 г. Определенная им формула С^Нг^гО.-, (при С = 12) представляла удвоенную современную формулу.

Окончательно правильную формулу лейцпиа установи­ ли в 1848 г. ПТ. Жерар и О. Лоран (CgH^NO^), выделив препарат лейцина из белков творога [55]. Они также под­ черкнули существование нового класса соединений с общей формулой С„П2,н 1NO2. Вторым членом этого ряда они считали глицин, третьим — саркозии и шестым — лейцин.

29

Но оснований для классификации было еще слишком мало, п этот ряд был в значительной степени произвольным по­ строением. Даже в момент своего создания в нем не было места для вновь открытой аминокислоты — тирозина.

Основания для внесения саркозипа в предлагаемый ряд сводились к параллели в образовании муравьиной кислоты из глицина, уксусной из саркозипа и валериановой из лейцина при действии едкого натра.

Но все же анализ аминокислот даже на ранних фазах своего развития стал инструментом создания естественной системы аминокислот. Так, А. Каур в 1858 г. аналитически доказал идентичность лейцина н «апосеиедниа» Браконно (с формулой CtJiuNO,. при С = 6) [56] и расположил глнцпп и лейцин в ряд, аналогичный аминокислотному ря­ ду Лорана и Жерара.

Предварительный анализ тирозина Либихом привел к формуле C12H9N 05 [40]. В 1848 г. анализ повторил А. Де- Ла-Рю и получил формулу СмаНцЖ)в (обе формулы в атом­ ных весах Гмелнна), т. е. соответствующую истинной фор­ муле тирозина [41]. После работы Бонна Ф. Хинтербергер в той же лаборатории Либиха получил тирозин из гидроли­ зата роговой ткани серной кислотой. Анализ полученного препарата привел его к такой же формуле [57].

Л II Т Е Р А Т У Р А

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

2.L.-N. Vauquelin, Р. Robiquel. Reconvert d’un nouveau principe vegelale dans les asperges (Asparagus sativus Linn.).— Ann. chim., 57, 88 (1806).

3.P. Robiquet. Essais analitique des asperges.— Ann. chim., 55, 152

(1805).

4. P. Dalong. Analyse chimique de la racinc d’asperge.— ,T. Pharm.,

12, 27S (1826). /

5.L. Bacon. Allheine, nouvelle substance vegelale ct procede pour l’obtenir.— J. chim. mod., 2, 551 (1826).

6.A. Plisson. Sur l’identite du malale acide d'allheine avec l’aspara-

9.A. Plisson. De l’identile de 1‘asparagine avec l’agedoite.— J. Pharm.,

14, 177 (1828).

10.C. Wiltstock. Ueber das Allhain odor Asparagin der Altlmwurzcl.—

Ann. Physik und Chcm. (Poggendorff), 20, 346 (1830).

30