Удивительный мир органической химии

В 1954 г. была одержана первая большая победа — расшифрована структура белка инсулина, регулирующего сахарный обмен в организме. Чтобы установить формулу этого гормона, английскому биохимику Фредерику Сенгеру потребовалось 10 лет. Формула молекулы этого белка — C₂₅₄H₃₇₇

O₇₅N₆₅

S₆. Оказалось, что эта молекула состоит из двух полипептидных цепей. В состав одной из них входит 21 аминокислотный остаток, а в состав второй — 30. Эти полипептидные цепи связаны друг с другом S—S-связями. За расшифровку строения белков, в том числе и инсулина, в 1958 г. Ф. Сенгер был удостоен Нобелевской премии. Почему же ученый выбрал инсулин, а не другой белок? Во-первых, потому, что, как ему показалось, изучив строение этого гормона, можно будет понять, почему он так активен, чем вызвана его способность автоматически регулировать содержание сахара в крови. Во-вторых, что не менее важно, этот белок удалось получить в чистом виде. Это очень важно для опытов. В-третьих, молекула инсулина не так уж и сложна. Среди других белков, сложнейших по структуре, молекула этого гормона — просто «карлик» (хотя этот «карлик» содержит 777 атомов!). Однако, несмотря на кажущуюся простоту этого белка, на расшифровку каждой полипептидной цепи Ф. Сенгер потратил по одному году. Еще восемь лет ушло на решение других вопросов, связанных с установлением места расположения мостиков, соединяющих обе цепи, как закручены и как уложены полипептидные цепи и т. д. Вот как трудно решалась проблема с установлением строения этого важного для человека гормона. Однако работа Ф. Сенгера имела и другое значение — она наметила основные пути синтеза этого гормона. В результате в 1960-1970 гг. синтез инсулина был осуществлен коллективами ученых США, ФРГ и СССР.

Работа ученых по расшифровке и синтезу белков продолжалась. Так, в 1966 г. был синтезирован гормон секретин, который стимулирует выделение поджелудочной железой воды и бикарбонатов. Этот полипептид содержит 27 аминокислотных остатков. Через два года был осуществлен синтез еще более сложного белка — рибонуклеазы, состоящей из 124 остатков аминокислот. Однако и это уже не предел. За последние десятилетия в изучении первичной структуры белков и их синтеза достигнут значительный прогресс. Ежегодно устанавливают полную структуру около 100 новых белков. При этом расшифровываются довольно сложные белки — ферменты. Например, в 1980 г. было расшифровано строение сложнейших ферментов — производных нуклеиновых кислот, полипептидные цепи которых состоят из 1342 и 1407 аминокислотных остатков! Через год был синтезирован полипептид, содержащий 41 остаток аминокислоты. Уже сегодня известны первичные структуры более 2 тыс. белков. Это стало возможным с появлением в биохимии новых методов исследования, современных приборов, широкого использования ЭВМ. Так, с привлечением компьютерной техники была получена информация о пространственной структуре некоторых белков, молекулы которых содержат многие тысячи атомов. А совсем недавняя победа ученых просто потрясает воображение: получена полная картина строения генома человека!

Для синтеза белковых молекул широко используют твердофазный синтез. Он состоит в том, что на полимерном носителе — матрице — закрепляется первая молекула аминокислоты, а потом к ней последовательно «подшиваются» все новые и новые молекулы других аминокислот. Затем готовая полипептидная цепь снимается с носителя. Поскольку все операции «прикрепления» молекул проводятся в строгой последовательности, то ученые смогли создать специальные приборы — автоматы, которые по заданной программе выполняют сложнейшую работу — соединяют с необходимой последовательностью друг с другом различные аминокислоты. Это не только облегчило, но и ускорило проведение таких синтезов. Представьте себе получение рибонуклеазы: для ее синтеза нужно было провести более 10 тыс. отдельных химических операций!

Задача завтрашнего дня — еще более грандиозна: синтез сложных белков, полипептидные цепи которых содержат многие сотни аминокислотных остатков. Можно только представить, какие перспективы откроются перед человечеством, когда ученые смогут управлять целенаправленным синтезом любых белков.

8.2. Жир или масло?

О жирах (или маслах) знают все. Эти продукты широко распространены в природе. Наряду с белковыми веществами и углеводами они являются важнейшими веществами для жизни человека, животных и растительных организмов.

Рассказывая о карбоновых кислотах, мы отметили, что их часто называют жирными кислотами. Такое название возникло в первой половине XIX в., когда стало известно, что некоторые из этих кислот входят в состав жиров. Так началось изучение этих важных для человека продуктов. Уже в 1850-1860 гг. был не только выяснен состав многих жиров, но некоторые из них даже получили в лаборатории. Это нанесло сокрушительный удар по сторонникам теории «жизненной силы», которые утверждали, что вещества, вырабатываемые живым организмом, получить искусственным путем невозможно.