ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.07.2024
Просмотров: 109
Скачиваний: 1
биологической Мекке конца XIX в. Он заметил, что у не которых мелких кораллов скелет состоит из роговидной массы. Предположив, что эта масса является белковым веществом, он подверг ее гидролизу соляной кислотой. В процессе гидролиза происходило выделение значитель ных количеств паров пода. Изучаемое вещество, действи тельно, оказалось белком. Дрексель выделил из его гид ролизата лейцин, тирозин и лизни и обратил внимание иа нестойкое вещество, содержащее иод. Этого вещества в белке должно было быть очень много, так как сухой белок содержал 7,89% иода, а поскольку содержание иода было
даже меньше, |
чем золы, то Дрексель |
предположил, что |
он входит в состав органических соединений. |
||
Дрексель |
подверг скелет коралла |
Gorgonia Cavalinii |
гидролизу в присутствии баритовой воды, рассчитывая, что образуется йодат пли перйодат бария. Но этого не произо шло. Когда из гидролизата был удалей барий, а раствор обработали нитратом серебра, выпал густой хлопьевидный осадок поднда серебра. Очистка органического иодсодержащего соединения привела к получению кристалли ческого вещества. Свойства его и ближайших производ ных были подробно изучепы. Был определен его элемент ный состав, который приблизительно соответствовал формуле CiHsNJO:, как впоследствии оказалось, неверной.
Таким образом было выделено первое иодсодержащее органическое соединение животного происхождения. Дрексель считал, что это вещество — продукт гидролиза белка, но полагал, что оно достаточно сложно по строе нию. Однако между исходным белком и полученным веще ством было одно интересное различие: иод в белке был не стабилен при воздействии соляной кислоты, новое же ве щество было устойчиво.
Дрексель еще до опубликования результатов сообщил методику выделения подогоргоевой кислоты, как он на звал новое соединение, Ф. Хундесхагену. Последний занял ся изучением содержания иода в белках и нашел ряд бел ков, где содержание иода достигало нескольких процентов. [63]. Хотя он и не смог выделить иодсодержащие орга нические соединения, но сделал много важных наблюде ний над способностью их давать цветные реакции.
На основании наблюдений Хундесхагеиа Дрексель смог определить природу выделенного им соединения. Хотя это определение носило предположительный харак-
52
тер, Дрексель не ошибся. Он писал: «Содержащие сереб ро растворы дают с реактивом Миллона красное окрашива ние, возможно, они являются иодсодержащими органиче скими соединениями — иодтпрозипом и веществом иодспонгином» [62]. Сам Хундесхаген придерживался оши бочного представления о строении иодсодержащего соеди нения, считая его не аминокислотным производным. .
Эти открытия укрепили позиции сторонников представ ления о преобладающей роли аминокислот в построении молекулы белка. Они показали также, что в молекулу белка, могут входить остатки разнообразных аминокис лот, некоторые из которых имеют четко выраженные ос новные свойства, отражающиеся на свойствах белков. Вы ше мы видели, что открытие новых аминокислот все ча
ще происходило при исследовании гидролизатов |
белков. |
В том случае, если аминокислота выделялась из |
каких- |
либо других источников, за этим сразу следовали направ ленные поиски этой аминокислоты в белковом гидролиза те и открытие ее уже в составе белков. Так было, напри мер, в случае фенилаланина и аргинина. Однако остава лась одна аминокислота, открытие которой в белковых ве ществах должно было значительно повлиять на представ ления о свойствах и строении последних. Это была един ственная известная серусодержащая кислота — цистин. Почти столетие прошло с момента ее открытия, но в бел ках она обнаружена еще не была.
Несмотря на то, что в 1865 г. Э. Крамер в своей работе проводил аналогию между серином, аланином и цистином, а о наличии серы в белках говорили еще в начале века, только в 1884 г. Э. Кюльц заинтересовался присутствием серы в белках и вопросом, связана ли она с цистином [64]. Продолжая начатые исследования форм существования се ры в белках, он поручил изучение вопроса о соотношении содержания серы и содержания цистина в белках своему племяннику и ассистенту Рихарду Кюльцу. Но Р. Кюльц через год умер и его работа осталась неоконченной, а ре зультаты первых экспериментов не увидели света вплоть до 1890 г., когда Э. Кюльц опубликовал их [65].
Э. Кюльц и Р. Кюльц обнаружили, что при действии на фибрин растертых тканей поджелудочной железы в при сутствии салициловой кислоты в течение двух суток не происходило выделение сероводорода. Из полученного гид ролизата Кюльц выделил характерные шестигранные
53
кристаллы цистина. Однако он воздержался от утвержде ния, что выделенный цистин происходит из белка. Он до пускал его предсуществование в свободной форме в ткани поджелудочной железы или полагал его продуктом жиз недеятельности микроорганизмов.
Оценивая исторически эту работу, имеет смысл ска зать несколько слов, объясняющих потери цистина при изучении белковых гидролизатов1. До Глазиветца и Габермана для гидролиза белков использовали серную кислоту (метод Мульдера с использованием щелочи получил мень шее распространение). При этом цистин всегда увлекался в осадок сульфатом кальция в процессе нейтрализации из бытка кислоты. Даже использование HG1 не сразу приве ло к успеху, так как при добавлении хлорида олова цис тин разлагался, а нрп добавлении HCL (для предотвраще ния образования гумииов — это был весьма распространен ный прием) переходил, как впоследствии выяснилось, в ци стеин, значительно более растворимое соединение 4.5
В 1894 г. А. Эммерлииг при гидролизе роговой ткани со ляной кислотой обнаружил в гидролизате смесь цистина и тирозина [67], но ие довел до конца их идентификацию. В 1895 г. Ф. Зутер, по поручению Баумана, попытался до казать переход цистина в цистеин в процессе гидролиза и очистки гидролизата [68]. Но он получил от Баумана фильтраты гидролизата роговой ткани, приготовленные за несколько месяцев до этого. Цистин в них был, естест венно, практически целиком потеряй.
Однако хорошо спланированные эксперименты Зутера сыграли определенную роль в истории структурной химии цистина, о чем речь пойдет ниже.
Успеха добился К. Мёрнер лишь в 1899 г. Ему удалось выделить цистин из солянокпслотпого гидролизата роговой ткани [69]. Гидролиз проводился им 15%-иой кислотой при температуре до 95° С в течение одной — двух педель. Гпд-
4В дальнейшем было показано, что чаще происходит процесс окпелепия цистеина, нормально присутствующего в белках, в цпстин.
Вдальнейшем проблема определения серусодержащпх амино кислот в нативных белках сводилась именно к блокированию этой реакции. Эволюция методов гидролиза белков от жестких ко все более мягким имела непосредственное влияние на оценку состояния —SII- н —S—S-групп в белках.
5Эту реакцию оппсал в 1884 г. Э. Бауман [66].
54
ролизат после механической о ч и с т к и нейтралпзовывалп, осадок вновь растворяли и обрабатывали окисыо свинца. Избыток свинца удаляли спиртом, осадок растворяли до бавлением щавелевой кислоты, раствор вновь нейтрализо вали СаСОл пли NH3 и после обработки избытком аммиака полученный фильтр использовали для кристаллизации. В результате выпадали кристаллы тирозина и цистина, ко торые можно было уже легко разделить [70]. Присутствие цистина в различных фракциях доказывалось также и цветными реакциями. Кристаллы были тщательно иденти фицированы и проанализированы. Выход был значителен и это тоже было одной из удач Мёрпера. Эта работа позво лила также получить многие достоверные сведения о свой ствах цистина, в частности, впервые установить существо вание двух стереоизомеров этой аминокислоты.
Таким образом, к 1900 г. из всех открытых аминокислот только валин еще не был найден в белковых гидролизатах, но и это открытие было не за горами.
Изучение строения аминокислот
В процессе разработки первых методов синтеза и изуче ния общих свойств аминокислот были сделаны первые за ключения об их конституции, а впоследствии и строении. Представление о гомологическом ряде аминокислот позво лило сделать несколько правильных заключений о взаимо отношениях сравнительно просто устроенных аминокис лот — глицина, аланина, лейцина.
В доструктуриую фазу изучения аминокислот было на коплено много данных не только о свойствах аминокпслот, но и о свойствах некоторых родственных им (или считаю щихся родственным) соединений. Работа по синтезу амииосоединений, начатая Вюрцем и Гофманом, была про должена во второй половине XIX в. Были разработаны многочисленные способы введения аминогруппы в различ ные органические соединения. О. Мендиус ввел метод образования аминогрупп действием водорода на нитрилы (1862 г.). М. Гербе достигал того же восстановлением во дородом амидогруппы (1899 г.).. А. Готье гидролизовал нитрилы в присутствии разбавленных кислот (1866 г.). Многочисленные частные реакции позволяли делать за ключения об углеродном скелете аминокислот. Значитель ные успехи были достигнуты в органической хпмнп али-
55
фатнческих п ароматических кислот. О том, какое значение имело это обстоятельство для развития знаний о структуре аминокислот, свидетельствует история синтеза аланина, о которой мы уже писали. Стремясь получить молочную кислоту, А. Штреккер, воздействуя на альдегпдаммиак цианистым водородом, получил аминонитрпл. Последний омылением переводился в аланин, а аланин действием азотистой кислоты (реакция, открытая Р. Пирпа) мог быть превращен в молочную кислоту. Таким образом, эти реакции вели к получению амиио- п соответствующих окспкпслот. Успехи в установлении строения последних вели
кустановлению строения соответствующих аминокислот.
Ворганической химии середины XIX в. (40—60-е годы) было синтезировано значительное число соединенпй. Их систематизация и характеристика дали обширный эмпи рия ескпй материал. Группа аминокислот могла заполнить
лишь одну ячейку в новой системе классификации органи ческих веществ. Вместе с тем некоторые их свойства, на пример, оптическая активность привлекалп к ним присталь ное внимание. Успехи синтеза, в частности после работ Штреккера, а также синтезы некоторых естественных аминопропзводных (таурпн — А. Штреккер, А. Кольбе, 1862 г.;
бетапп — О. Лпбрейх, |
1869 |
г.; |
саркозин и креатин — |
Я. Фольгард, 1862 г. и 1868 |
г.) |
позволили подойти к по |
|
ниманию принципов |
строения |
аминокислот — присутст |
вия и расположения в них группировок, обусловливающих основные и кислотные свойства.
Эти знания позволили быстро перейти от описания вза иморасположения реакционных групп в простых аминокис лотах к полному описанию аминокислот в соответствии с принципами теории строения. В 1858 г. А. Каур сделал правильное заключение о строении глицина. Интересна последовательность его рассуждений. Он полагал, что так же как аминобензойная кислота образуется в результате восстановления нитробензойной кислоты, так и глицин дол жен образовываться при восстановлении нитроуксусной кислоты [71 ] 6.
6 Вершиной доструктурных представлений о строении аминокис лот и генетической связи между ними следует признать работу Крамера (см. Приложения, стр. 120). По существу, он сделал все необходимые выводы, которые впоследствии позволили построить структурные формулы не толькосерина, по н аланина и цисти на, причем гораздо более правильные, нежели следующие из данных синтеза аланина,
56
Но еще раньше в 1853 г. Л. Пастер провел важные со поставления свойств аспарагиновой кислоты и амидов не которых органических кислот [72]. Он доказал, что ампдп диамид яблочной кислоты, синтезированные им из эфира кислоты и аммиака, были изомерны аспарагиновой кислоте и аспарагину, но не идентичны им. Работы Пастера при влекли внимание к вопросу строения аспарагиновой кисло ты, но даже ее синтез, осуществленный в 1880 г. А. Дессенем [73] и в 1888 г. А. Энгелем [74], не позволил оконча тельно выяснить ее структуру. Однако в том же 1888 г. А. Пыоттн смог описать структуру аспарагиновой кислоты на основании ее синтеза [75]. К пониманию синтеза Пыотти и его правильному обоснованию вел достаточно длинный путь, в том числе через работы И. Гварески [76], полу чившего и изучившего ряд ураминовых производных.
Установление строения валина интересно тем, что при менение метода аналогии, успешно используемого при изу чении глицина и аланина, в данном случае было затрудне но. Эмпирическая формула валина C5HiiN0 2 приводила к нескольким вариантам аминосоединений: аминовалериа новой, амипоизовалериановой или этилметиламииоуксусной кислотам. Синтез аминовалериановой кислоты уже был описан Кауром в 1869 г.— обработка бромвалериановой кислоты аммиаком [77]. Но Каур не описал свойств сво его продукта, поэтому всю работу необходимо было вести сначала.
В1866 г. Д. Кларк и Р. Фиттиг синтезировали аминовалериановую кислоту [78] обработкой бромвалериановой кислоты аммиаком при 100° С в течение суток. Но полу ченный ими продукт имел ииую точку плавления, чем ва лин Ф. Горуп-Безанца. Однако последний допускал, что синтетический продукт Кларка и Фиттига и его аминокис лота идентичны.
Вэтих работах в 1878 г. была обнаружена ошибка, когда Э. Шмидт и Р. Захтлебен установили, что синтези рованная ими аминоизовалериановая кислота идентична аминокислоте Горуп-Безанца [79]. Это было подтвержде но синтезами амипоизовалериановой кислоты А. Лпп-
пом [80].
Однако вопрос о строении валина был вновь поднят Липпом в 1882 г. [81]. Он рассуждал следующим образом: раз аминоизовалериановая кислота не является валином Горуп-Безанца, как это может следовать из несовпадения
57
некоторых свойств синтетического и природного продукта, значит этот продукт есть не что иное, как аминовалериа новая кислота. Синтезировав амииовалериановую кисло ту, он сравнил ее с продуктом Горуп-Безанца и с «бутэланином» П. Штотцеиберже. Лини с удивлением отметил, что свойства валина и амииовалериаиовой кислоты замет но расходятся. Попытка решить вопрос строения валина зашла в тупик. Основной причиной возникновения труд ностей было сопоставление н е п р е п а р а т о в , получен
ных одним |
автором, а сопоставление о п и с а н и й п р е |
п а р а т о в . |
Вопрос остался открытым и был решен уже |
в XIX в. |
|
Заключения о строении аминокислот на основании пер вых попыток пх синтеза были в значительной мере случай ными. Основанные на некоторых, иногда недостаточно оп ределенных аналогиях, они часто затушевывали вопрос и уводили в сторону от правильного пути. Так было, напри мер, с установлением строения тирозина К. Шмидтом и О. Нассе [82], которые сопоставили тирозин с салицило вой кислотой.
Хотя еще в 1859 г. Г. Штеделер на основании экспери ментов по изучению ряда соединений тирозина с тяжелыми металлами, кислотами и щелочами и ряда его моно- и ди нитросоединений, а также на основании возможности пре вращения тирозина в хлораиил наметил путь изучения строения тирозина [83], Шмидт и Нассе отвергли заклю чения Штеделера 7 на основании реакций окрашивания и чисто умозрительных аналогий с превращением глици на в уксусную кислоту. Знакомство с последним процес сом было явно недостаточно, чтобы делать заключения о строении такого вещества, как тирозин. Естественно, что попытки синтеза тирозина из галоидсалициловых кислот обработкой этиламином привели к веществам, которые невозможно было идентифицировать с тирозином. Струк тура этих веществ также оказалась неясной.
Положения Шмидта и Нассе были опровергнуты Л. Бартом [84]. Он предполагал, что тирозин — этиламино-
7 Штеделер подчеркивал, что тирозин принадлежит к ряду соеди нений типа глицина и лейцина. «Без сомнения,— писал он,— тирозин имеет такое же строение, как и эти вещества; соеди няется он не только с основаниями, но и с сильными кислотами по типу аммония» [83].
58