Изучение коферментов

В 1905 году Э. Бюхнер и В. Антони и почти одновременно Гарден и Янг (1906) открыли действие коферментов. Они обнаружили, что диали-зированный дрожжевой сок не вызывает брожения сахара, однако после объединения диализированного дрожжевого сока и диализата брожение возобновляется. Компоненты, входящие по отдельности в эти растворы, были названы «апоферменты» и «коферменты».

Значительной вехой в развитии сравнительной биохимии стали работы О. Мейергофа. Он обнаружил в 1918 году, что кофермент, необходимый для спиртового брожения, осуществляемого бесклеточным дрожжевым соком, и образование молочной кислоты в мышечной ткани животных взаимозаменяемы. Обнаружение сходства процессов спиртового брожения у дрожжей и молочнокислого брожения в мышцах животных значительно ускорило изучение внутриклеточного обмена веществ.

Фитохимическая редукция дрожжей

Следующим вкладом, внесенным в понимание обмена веществ в клетках, стало открытие того, что дрожжи, способные бродить, могут восстанавливать целый ряд химических соединений, например, серу в H₂S, ароматические нитросоединения в соответствующие амины и альдегиды в первичные спирты. Эта восстановительная способность дрожжей стала широко известной как «фотохимическая редукция». Открытие того, что α - кетокислоты, особенно пировиноградная кислота, расщепляются на альдегиды и СО₂, привело к открытию карбоксилазы и кокарбоксила-ш и пониманию путей образования этанола (К. Нейберг с сотрудниками и Берлине, 1911-1912; Костычев с соавторами в Москве, 1912-1913). Другие открытия того времени связаны с опытами по «перехвату метаболитов». Если к дрожжам, сбраживающим глюкозу, прибавить бисульфит, то в результате образуется глицерол, а выход этанола снижается. Такие брожения с «перехватом метаболитов» стали известны как вторая и третья форма брожения по Нейбергу. Следующие шаги по изучению разложения сахара дрожжами и в мышцах были в общих чертах выяснены к 1940 году и опубликованы в биохимической литературе, например, Мейергофом н 1942 году.

Аэробное дыхание и роль кислорода исследовались главным образом на тканях животных до середины XX столетия, до того как были установлены природа и роль митохондрий в превращении энергии. Бактерии тогда играли подчиненную роль. Поэтому здесь основные этапы истории открытия представлены только в общих чертах. То, что отнятый от субстратов водород переносится большим числом специфических ферментов, было впервые исследовано с помощью метиленовой сини. П. Эрлих уже в 1885 году обнаружил, что метиленовый синий в тканях восстанавливается в лейкоформу. Отмытые мышцы окисляют сукцинат без кофермента, если добавить метиленовый синий (Batelh und Stern, 1910). Тем не менее Г. Виланд (1912) предложил теорию биологического окисления, в которой он отводил водороду решающую роль в дыхании.

Теория о. Варбурга. Изучение гемина

В противоположность Виланду О. Варбург не придавал дегидрированию первенствующей роли. К представлению о том, что при дыхании речь идет о «железном катализе», он пришел через модельные опыты. В присутствии кровяных телец осуществляется окисление аминокислот в альдегиды, СО₂ и аммиак. Варбург высказал предположение о существовании особого дыхательного фермента, активирующего кислород, и открыл, что этот фермент ингибируется цианидом, СО и наркотиком, доказав таким образом, что в состав фермента входит железо. Подавление цианидом означает, что в процессе принимает участие тяжелый металл; подавление окисью углерода и «световая чувствительность подавления окисью углерода означает, что тяжелым металлом является железо». О наркотиках было известно, что они - субстраты с активной поверхностью. О ферментном компоненте, участвующем в прекращении ингибирующего действия СО, было известно Варбургу (1928) как о дыхательном ферменте, принимающем участие в связывании гемов.

Гемин был исследован К. А. Мак Муном спектроскопически в мышечной ткани в 1886 году. Затем, не зная описания гистогематана Мак Муном, Д. Келин провел в Англии спектроскопическое исследование мышц в 1924 году. Так как он имел образование энтомолога, он проводил опыты на личинках Diptera. Он обнаружил характерные абсорбционные спектры тема и гематина как в тканях личинок насекомых, так и в суспензии дрожжей и Bacillus subtilis. Он назвал новые пигменты в ткани цитохромами, а окисляющие компоненты цитохромоксидазами. Таким образом, работы Варбурга и Келина вошли в концепцию дыхательной цепи. Варбург в своих исследованиях использовал две бактерии - Асеtobacter pasteurianum и Azotobacter (1932) и впервые спектроскопически установил наличие у аэробных бактерий цитохромов и цитохромоксидаз.