Нобелевские премии. Ученые и открытия

Чолаков Валерий

По истечении контрольного времени сосуд открывали, и водоросли переносили в спирт, где они сразу погибали. Таким образом можно было фиксировать различные этапы фотосинтеза.

Оставалось лишь выяснить, в какие соединения включился меченый углерод. Для этой цели использовался метод хроматографии на бумаге. Поскольку радиоактивный углерод непрерывно излучает, хроматографический лист, положенный на фотопластинку, создавал на ней изображение. Это позволило хорошо видеть, как разделились различные вещества, и давало возможность выделить их в чистом виде для анализа. С помощью этого оригинального метода Калвин показал, что двуокись углерода фиксируется в форме фосфоглицериновой кислоты. Это было поистине замечательное открытие. Оказалось, что углерод

просто подключается к одному из уже известных звеньев цепи обмена углеводов и таким образом входит в состав глюкозы и других более сложных Сахаров.

За это крупное открытие — этапов биохимических превращений двуокиси углерода при фотосинтезе — М. Калвин получил в 1961 г. Нобелевскую премию по химии. Находясь в расцвете творческих сил (ему было тогда 50 лет), профессор Калвин продолжает плодотворно работать в этой исключительно важной для человечества области. Овладение тайной фотосинтеза оказало большое влияние на развитие земледелия. Как известно, растения усваивают менее одного процента падающего на них света, но исследования показывают, что эффективность фотосинтеза можно многократно увеличить. Это привело бы к значительному повышению урожайности и, кроме того, способствовало бы развитию «зеленой энергетики» (использованию биомассы в качестве топлива).

Зеленые растения продолжают оставаться основой существования человечества. Однако в земледелии проблема, заключается не только в получении высокого урожая, но и в его сохранности и наиболее рациональном использовании.

В голодный послевоенный 1945 г. Нобелевская премия по химии была присуждена финскому биохимику Арттури Илмари Виртанену за разработанный им эффективный метод консервирования и хранения зеленых кормов. Этот метод давал возможность в несколько раз увеличить производство кормов, особенно в северных странах.

Виртанен начал заниматься данной проблемой еще в 20-е годы, когда, будучи молодым ученым, проходил стажировку в Мюнхене. Там он познакомился с исследованиями Г. Вигнера, касающимися потери питательных веществ при консервации зеленой массы. Оказалось, что эти потери значительны — составляют до 50% содержания белков и витаминов. Потеря ценных питательных веществ происходит при сушке сена и складировании зеленой массы, когда в них начинают происходить нежелательные биохимические процессы.

В результате экспериментов Виртанен разработал в 1928 г. простой метод консервации свежескошенных трав путем добавления соляной и серной кислот. Это приводило к почти полному прекращению процессов окисления в растительной массе и связанному с ними распаду питательных веществ. Прекращались и всякого рода ферментационные процессы, вызываемые микроорганизмами. Чтобы обеспечить почти 100-процентное сохранение белков и витаминов, необходимо было только строго соблюдать установленную дозировку кислот.

Метод Виртанена имел еще одно преимущество: скошенную зеленую массу можно было сразу же убирать с поля. В северных странах сено сохнет довольно медленно, нередко подвергаясь при этом пагубному воздействию дождей. Кроме того, оно долго занимает площадь, предназначенную для других сельскохозяйственных культур. Быстрая уборка зеленой массы позволила получать ежегодно по два-три урожая высококачественных кормов. Эта технология нашла широкое применение в 30-е годы и дала возможность ряду стран удовлетворить потребности животноводства в фураже без импорта его из других стран [21] . Во время войны, когда международная торговля практически прекратилась, это стало жизненно важным. И не удивительно, что Виртанен стал первым послевоенным лауреатом Нобелевской премии по химии. Он один из нескольких лауреатов этой премии, открытия которых непосредственно способствовали решению продовольственной проблемы человечества.

21

А.И. Виртанен сделал очень много для совершенствования

технологии производства масла и сыров. Он был научным консультантом известной фирмы «Валио». — Прим. ред.

Биоэнергетика

В начале нынешнего столетия шведский исследователь Магнус Блике, используя термоэлектрический эффект, создал прецизионную аппаратуру для измерения количества тепла, выделяемого живым организмом. Позднее она была усовершенствована английским ученым Арчибалдом Вивиеиом Хиллом из Кембриджского университета. Его термогальванометр измерял изменения в температуре порядка ¹/ ₁₀₀₀oC за сотую долю секунды. С помощью этого прибора удалось открыть интересные биохимические процессы, происходящие при сокращении мышц.

Хилл установил, что при самом сокращении выделяется только та часть тепла, которая сопровождает реакции превращения химической энергии в организме. Остальное количество тепла (оно может составлять более половины) выделяется через несколько минут. Все это тепло возникает в результате работы мышцы как термодинамической машины, к. п. д. которой достигает приблизительно 20—30%, а остальная часть тепловой энергии рассеивается.

Английский исследователь изучал также закономерности сокращения мышц в зависимости от их питания кислородом. Оказалось, что на первой стадии сокращения кислород не нужен, тогда как на второй от него зависит, будет выделяться дополнительное тепло или нет. Выяснение этих закономерностей, связанных с фазами действия и восстановления в работе мышц, оказалось очень полезным для биохимиков, так как открывало путь для исследования биоэнергетических реакций и интерпретации данных. Эти результаты способствовали лучшему пониманию термодинамики мышц и позволили конкретно исследовать работу этих «живых машин».

В 1859 г. немецкий ученый Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон обнаружил в мышечной ткани молочную кислоту. Незадолго до этого он получил от Берцелиуса письмо, в котором шведский коллега сообщал о том, что молочная кислота была обнаружена в мясе оленя, убитого после длительного преследования. Эти первые наблюдения заложили основу исследования биохимических процессов, связанных с дыханием и выделением энергии.

В начале нашего столетия было уже точно известно, что при работе мышцы в ней накапливается молочная кислота, которая при бездействии мышцы окисляется. Считалось, что это какой-то побочный продукт, образующийся при работе мышечных клеток. Лишь количественные исследования немецкого ученого Отто Мейергофа внесли некоторую ясность в этот вопрос. Прежде всего он показал, что на стадии покоя окисляется не более одной трети молочной кислоты. Затем Мейергоф установил, что часть молочной кислоты восстанавливается, образуя полисахаридный гликоген, который подобен крахмалу и играет в клетках животных роль «депо энергии».

Таким образом, картина начала проясняться. На первой стадии сокращения мышцы обнаруженное Хиллом выделение тепла, как это установил Мейергоф, происходит в результате разложения гликогена на моносахарид и молочную кислоту. При этом химическая энергия превращается в механическую. На второй стадии, когда мышца бездействует, молочная кислота частично окисляется, а частично восстанавливается до гликогена. В 1922 г. Мейергоф и Хилл за свои исследования термодинамики мышечной деятельности и механизма мышечного сокращения были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.

В нормальных условиях глюкоза и кислород не вступают в реакцию, однако в присутствии подходящих ферментов сахар довольно активно окисляется, превращаясь в двуокись углерода и воду. Изучение таких биокатализаторов является одним из крупных достижений известного биохимика Отто Генриха Варбурга, работавшего в Гейдельберге и в Институте физиологии клетки в Берлине (Далем). Поскольку ферменты обычно встречаются в ничтожно малых количествах, Варбург исследовал их косвенными методами, преимущественно с использованием спектроскопии.