Молекулы жизни. Из публикаций

Молекулы жизни

Сегодня трудно найти человека, который никогда не принимал поливитаминные препараты. Однако всего полтора века назад о витаминах вообще не имели понятия, а их отсутствие приводило к тяжелейшим заболеваниям, уносившим тысячи жизней. Ученым потребовались столетия, чтобы понять, что для нормальной работы организма необходимы дополнительные вещества. И только в XIX в.  были открыты чудопрепараты, которые и получили название витаминов.

Цинга — толчок для научных открытий Витамины (лат. vita — жизнь + амины) — это органические соединения разнообразной химической природы, выполняющие важнейшие биохимические и физиологические функции в организме человека и в любых других живых организмах. Витамины обладают высокой биологической активностью, поэтому требуются человеку в сравнительно малых количествах, но регулярно. Сегодня это общеизвестно, однако вплоть до XIXв.наука была очень далека от осознания этой истины…               
В середине XIX в. стало очевидным, что пищевая ценность продуктов питания определяется содержанием в них белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды. Ученые считали, что если в пище присутствуют в определенных количествах эти питательные вещества, то она полностью соответствует биологическим потребностям организма. Это мнение на долгие годы прочно укоренилось в науке и поддерживалось известными физиологами того времени — Рубнером, Фойтом, Петтенкофером. Однако реальная жизнь нередко опровергала эти постулаты. Практический опыт врачей свидетельствовал об обратном: ряд специфических заболеваний непосредственно связан с нарушениями питания, с недостатком каких-то веществ в пище. Каких — пока оставалось неясным…               

А болезни свирепствовали. Так, цинга долгие годы уносила тысячи жизней мореплавателей, она была неизменной спутницей войн, эпидемий и голода. Во время двухгодичной экспедиции (1497—1499) капитана Васко да Гама более сотни моряков погибли от цинги. Из этого похода домой вернулись только 55 человек, капитан Сибирской экспедиции Витус Беринг умер во время зимовки в 1741г. тоже от цинги. Такая же судьба постигла русского полярного исследователя Георгия Седова, который в 1914 г. погиб от этой болезни во время экспедиции к Северному полюсу. Болезнь не щадила никого. В русско-японскую войну она обескровила действующую русскую армию: смертность на фронтах от цинги составляла 18%. Причины развития грозного заболевания в то время были еще неясны, а больных лечили фруктовыми соками, отварами из хвои и шиповника. Учитывая широкое распространение болезни, врачи ошибочно относили цингу к инфекционным заболеваниям, хотя возбудителя выделить не смогли. И только в 1884 г. русский патофизиолог Виктор Пашутин доказал, что цинга не является заразным заболеванием, а возникает из-за отсутствия в пище какого-то вещества, не синтезируемого организмом человека. Это вещество (позднее оно получило название аскорбиновой кислоты, или витамина С)Пашутин рассматривал как регулятор обменных процессов.

Смелые решения Николая Лунина

Новую эру в истории витаминов открыл русский ученый Николай Иванович Лунин. Он занимался изучением роли минеральных веществ в питании и проводил свои исследования на мышах. Искусственное питание для животных состояло из смеси очищенного казеина (белок молока), жира молока, молочного сахара, солей, входящих в состав молока и воды. Казалось, все необходимые питательные вещества в пище присутствовали. Однако мыши, получавшие такой корм, не росли, теряли в весе и непременно погибали. При этом контрольная группа мышей, получавшая натуральное молоко, развивалась совершенно нормально. На основании этих исследований Лунин в 1880 г. пришел к смелому для того времени выводу о том, что в молоке, кроме казеина, жира, молочного сахара и солей, должны
содержаться еще и другие вещества, жизненно необходимые для организма. Результаты исследований Николая Лунина стали основой для изучения неизвестных веществ, получивших впоследствии название витаминов.               

Однако научное открытие Лунина опровергало установившиеся законы в науке о питании. Неудивительно, что результаты его работ стали оспаривать и подвергать сомнению. Тем не менее научные исследования его сторонников продолжались, и вскоре, в 1890 г., физиолог Сосин повторил опыты Лунина с другим вариантом искусственной диеты. Итоги эксперимента полностью подтвердили выводы Николая Лунина. Но даже после этого в научных кругах того времени сомневающихся было достаточно.               

Позднее еще одним блестящим подтверждением правильности теории Николая Лунина стало установление причины болезни бери-бери (полиневрит). Особенно широко это заболевание было распространено в Японии и Индонезии, где население питалось в основном полированным рисом. Болезнь в первую очередь поражала нервную систему человека. Кроме того, страдала сердечно-сосудистая система (возникала тахикардия, сердечные боли, одышка), а также органы пищеварения.               

Нидерландский врач Эйкман, работавший в тюремном госпитале на острове Ява, в 1896 г. подметил, что куры, содержащиеся во дворе госпиталя и питавшиеся обычным полированным рисом, страдали заболеванием, напоминающим бери-бери. Но стоило сменить корм и давать курам неочищенный рис, как болезнь отступала. Эйкман решил провести исследования на большом количестве заключенных в тюрьмах Явы. В результате выяснилось, что среди людей, питавшихся очищенным рисом, в среднем один человек из 40 заболевал бери-бери, а в группе питавшихся неочищенным рисом — один из 10 тыс. Стало совершенно очевидно, что в оболочке риса содержится какое-то вещество, защищающее от этой грозной болезни.               

В 1911 г. польский ученый Казимир Функ повторил опыты Эйкмана на голубях и выделил это вещество в кристаллическом виде. Как выяснилось позже, это была смесь витаминов. Новое вещество было кислотоустойчиво и выдерживало, например, кипячение с 20%-ным раствором серной кислоты. В щелочных же растворах его активное начало быстро разрушалось. По химическим свойствам новое вещество можно было отнести к органическим соединениям. Выделенная Функом субстанция не была чистым витамином, но была богата тиамином (витамином В1). Химическая структура и синтез тиамина были осуществлены только через несколько десятилетий, в 1936 г., Вильямсом и сотрудниками его лаборатории. Огромная заслуга Функа состояла еще и в его предположении: именно недостаток в пище определенных веществ может быть причиной целого ряда заболеваний неясной этиологии. Такие заболевания он предложил называть авитаминозами, а группу излечивающих веществ — витаминами. В список авитаминозов, кроме бери-бери, он включил цингу, пеллагру, рахит и другие заболевания. Подводя итог своим многолетним исследованиям, Функ писал: «К известному перечню элементов пищи — белкам, жирам, углеводам, пуринам, липоидам и минеральным солям нужно прибавить новую группу, а именно — витамины». Так, исследования и выводы Функа явились ярким подтверждением правильности теории Н.И.Лунина.               
Результаты экспериментов Функа в последующие годы неоднократно повторялись и были подтверждены многими учеными. Так, итогом исследований таких ученых, как Хопкинс (Гопкинс), Осборн и Мендель, стал вывод о существовании каких-то веществ (помимо белков, жиров, углеводов и минеральных солей), необходимых для роста и жизни животных. Хопкинс определил их в категорию катализаторов, а Осборн и Мендель назвали неизвестные вещества «гипотетическими гормонами». Кстати, открытие некоторых витаминов было напрямую связано с поисками лекарств для лечения неизвестных и порой смертельно опасных заболеваний, причиной которых, как выяснилось спустя годы, было недостаточное потребление витаминов.


Спасительная аскорбинка

 Как бы то ни было, исследования продолжались. В 1913 г. Мак-Коллум и Дэвис открыли «растворимый в жирах фактор А» (витамин А), которым были богаты сливочное масло и желтки куриных яиц. Этот «фактор» излечивал от заболеваний глаз, восстанавливал рост и развитие животных, получавших рацион из белка, углеводов и солевой смеси. Позже было доказано, что витамин А необходим для нормального состояния не только эпителия глаз, но и других органов.               

В 1919 г. ученый Стенбок установил, что А-витаминной активностью обладает и ряд растительных продуктов, которые содержат красновато-желтые пигменты — каротиноиды. А в 1930 г. Станфорд Мур сумел научно объяснить, что каротин — это предшественник витамина А, превращающийся в организме человека и животных в данный витамин. Его строение установили Пауль Каррер и Ханс фон Эйлер-Хельпин в 1913 г . А в 1937 г. витамин А был синтезирован Рихардом Куном. Примерно в это же время Мак-Колум ввел обозначение витаминов первыми буквами латинского алфавита. Жирорастворимый фактор, как уже говорилось, был назван витамином А, вещество, исцеляющее от бери-бери,— витамином В, от цинги — витамином С. В последующие годы перешли к более рациональному названию, отражающему их химическую природу: витамин А — ретинол, витамин В — тиамин и т. д.               
Начало ХХ столетия можно назвать триумфальным — наука обогатилась новыми данными о витаминах. Так, в 1922 г. появились сведения о существовании нового витамина Е, в 1922— 1925 гг. был выделен препарат, обладающий противоцинготным свойством. Его химический состав удалось получить венгерскому ученому Сцент-Георги в 1928 г., а синтез его был осуществлен в 1933 г. В этом же году витамин С получил название аскорбиновой кислоты, т.е. предупреждающей скорбут (цингу).               

В 1929 г. был открыт еще один жирорастворимый витамин К, обладающий антигеморрагическим действием. В 1931г. Адольф Виндаус получил в чистом виде витамин D, который также растворим в жире. Затем было установлено, что в состав дыхательного фермента входит витамин В2 (рибофлавин), который в 1933 г. в чистом виде выделил Рихард Кун. Как самостоятельный фактор питания в 1934 г. был обнаружен витамин B6. В 1936 г. список пополнился витамином Р, в 1937 г.— витамином РР, излечивающим от пеллагры. Позднее при изучении болезней крови ученые открыли фолиевую кислоту и витамин В12… Эти скупые факты вместили в себя многолетние кропотливые исследования ученых из разных стран. В нашей стране интенсивное изучение витаминов началось только при советской власти.               

  Интересно, что до 1920 г. медицинскому сообществу были известны лишь три витамина — А, В, С. А в настоящее время их «семейство» насчитывает более 30 наименований, и хотя некоторые из них не содержат аминогруппу, по традиции они тоже называются витаминами. Водорастворимые, жирорастворимые и витаминоподобные вещества — сегодня никто не сомневается, что витамины являются необходимой составляющей пищи и оказывают действие на обмен веществ. С их появлением открылись новые перспективы не только в профилактике и лечении авитаминозов, но и в терапии инфекционных заболеваний. Можно ли утверждать, что все витамины открыты? Большинство ученых полагают, что все. При этом не исключают, что для полного здоровья человеку, вероятно, необходимы еще какие-то, пока неизвестные вещества. Как знать, возможно, и мы станем свидетелями новых открытий…