Этель Дуглас Хьюм

Этель Хьюм

Бешан или Пастер?
Утерянная глава истории биологии

Перевод Марии Семеновой (Санкт-Петербург)

VI. Растворимый фермент

Для того, чтобы оценить по достоинству значение открытий Бешана, необходимо представить всю отсталость научных взглядов того времени. Считалось, что спонтанное происхождение растительной и животной жизни обязано физическим и химическим процессам. Более того, полагали, что ферментация предшествует появлению микроорганизмов, а физиологическая теория ферментации Дюма была оставлена без внимания.

Сигнальный эксперимент Бешана, как мы знаем, оказался лучом света в темном царстве. Давайте познакомимся с теорией, которую профессор вывел из своих наблюдений.

К моменту публикации его записок ученые были совершенно не готовы принять идею, что плесень может появляться без взаимодействия с каким-либо альбуминоидным веществом, и сначала даже настаивали, что Бешан в своих экспериментах, скорее всего, использовал сахар с примесями. Тем не менее, леденцовый сахар, применяемый Бешаном, был совершенно чистым и при нагревании с натровой известью не выделял аммиак. Критиков не убеждал даже тот факт, что количество аммиака, высвобождаемого плесенью, намного превышало его возможное содержание в предполагаемых примесях. Дополнительное доказательство Бешан получил в ходе опытов, продемонстрировавших, что микроорганизмы могут развиваться в минеральной среде (которую невозможно заподозрить в принадлежности к альбуминоидам).

Конечно, Бешан не был первым, кто проводил наблюдения и заметил микроорганизмы плесени, это было сделано и до него. Бешан был первым, кто неопровержимо доказал их атмосферное происхождение, и, помимо прочего, объяснил их функцию. Для любого, кто интересуется этим важным вопросом, лучше всего будет изучить вторую конференцию, или главу, его великой работы "Микрозимы" (Les Microzymas), где дается полное объяснение предмета. Здесь же мы можем лишь вкратце передать небольшую часть его учения.

Выдающимся доказательством, с которым профессор столкнулся в ходе своих наблюдений, стал тот факт, что плесень, появлявшаяся в подслащенной воде (контактирующей с воздухом), при нагревании с едким кали высвобождала аммиак. Это свидетельствовало об образовании азотистого органического вещества, возможно, альбуминоида, служившего одним из тех материалов, которые необходимы для развития организованной материи. Откуда оно появлялось? Профессор находит ответ, изучая природу. Он описывает, как из семени цветущего растения прорастает побег, который затем растет и развивается, всегда превосходя по весу семя, из которого вырастает. Откуда берутся необходимые для семени химические соединения? Бешан говорит, что ответ элементарен, и объясняет, что органы молодого растения работают как химическая фабрика, в которой вещества из окружающей среды (например, вода из почвы, в которую растение пускает свои корни, и которая снабжает их азотными солями; атмосфера, которая обеспечивает листья растения угольной кислотой и кислородом) могут вступать в реакцию согласно химическим законам и синтезировать соединения, которыми растение питается и с помощью которых оно строит свои клетки, а, значит, и все свои органы. Так же ведет себя и мукоровая спора, которую воздух доставляет в подслащенный раствор. Она развивается, а воздух, содержащий питательные материалы, вода и растворенные в сладком растворе вещества вступают в реакцию в организме этого микроскопического растения. Таким образом, создается необходимый органический материал, и получаются соединения, которых не было в первоначальной среде. Он продолжает объяснять, что мукор — это растение, способное производить органическое вещество, и что оно способно развиваться в среде, не содержащей ничего организованного. Для производства такого органического материала жизненно необходимы определенные минералы. Здесь Бешан обращается к объяснению Лавуазье о том, что вода атакует стекло и частично растворяет его. В свою очередь, Бешан показывает, что благодаря этому плесень получает необходимые земельные и щелочные вещества. Добытые таким способом количества очень невелики, поэтому и урожай плесени ограничен. Однако, если в подслащенную воду добавить определенные соли, такие как сернокислый алюминий, азотнокислый калий или фосфат натрия, то образуется много плесени, и инверсия сахара ускоряется пропорционально.

Это означает, — говорит Бешан, — что каждая из этих солей создает специфические благоприятные условия и, возможно, способствует воздействию на стекло, которое в результате отдает больше своего вещества1.

Тем не менее, загадка ферментации остается не совсем понятной без объяснения непосредственных причин изменения сахара, то есть, причин превращения сахарозы в глюкозу.

И тут Бешан снова прибегает к аналогии. Он сравнивает влияние плесени с воздействием, которое оказывает на крахмал диастаза, способная при нагревании в растворенном виде расщеплять крахмал, превращая его сначала в декстрин, а затем в сахар.

Справедливость такого сравнения Бешан доказал строгими экспериментами. Измельчая плесень, появившуюся в растворах, он обнаружил, что ее клетки выделяли растворимый фермент, являющийся прямым агентом превращения сахара. То же самое он наглядно продемонстрировал в отношении пивных дрожжей. Желудок, например, тем же способом воздействует на пищу: не напрямую, а с помощью выделяемого секрета — желудочного сока, который содержит пепсин (вещество, более или менее аналогичное диастазе) и который является прямым агентом химических изменений, происходящих в этом пищеварительном органе. Таким образом, именно при помощи своего растворимого продукта пивные дрожжи и некоторые другие виды плесени вызывают химическую реакцию, изменяющую тип сахара. Так же, как желудок не смог бы переваривать пищу без выделяемого им сока, так и дрожжи не могли бы изменять сахар без растворимого фермента, который выделяют их клетки.

На стр. 70 "Микрозимов" профессор Бешан приступает к описанию некоторых экспериментов, которые он предпринял в этой связи. Среди прочих, здесь есть описание опыта с тщательно промытыми и высушенными пивными дрожжами, которые были смешаны с чуть превышавшей их по весу сахарозой. После тщательного перемешивания с креозотом смесь становилась мягкой, а затем, при нагревании, абсолютно жидкой. Бешан дает исчерпывающее объяснение этому явлению. Он говорит, что дрожжевая клетка подобна закрытому пузырьку или контейнеру с содержимым, и что ее объем в пространстве ограничивается мембранной оболочкой. В высушенном состоянии (а именно в таком состоянии он использовал дрожжи для этого эксперимента) она по-прежнему сохраняла более 70% воды, что не более ощутимо на ощупь, чем количество, содержащееся в человеческом организме (в среднем восемьдесят процентов веса тела). Он объясняет, что в обычном состоянии живые дрожжи при контакте с водой ничего не выделяют, кроме экскреторных продуктов, но при контакте с сахаром клетки дрожжей воспринимают раздражение и мембрана оболочки позволяет выделяться воде с некоторыми другими содержащимися в растворе веществами, и это та самая жидкость, которая разжижает смесь дрожжей с сахаром. Бешан объясняет, что выделение жидкости происходит благодаря физическому процессу осмосу, во время которого раствор проходит через проницаемую мембрану. Получив этот жидкий продукт, профессор растворяет его водой и оставляет фильтроваться.

Тем временем, Бешан выполняет другой опыт: он растворяет маленький кусочек сахарозы в воде и обнаруживает, что при нагревании с щелочным тартратом меди не происходит никаких изменений. Затем он берет другой маленький кусочек сахара и нагревает его до кипения с сильно разбавленной соляной кислотой. Нейтрализовав кислоту едким кали, он делает раствор щелочным. Затем добавляет свой медный реагент и нагревает его, при этом происходит восстановление и выпадает желтый осадок, который потом становится красным. Под действием кислоты сахар подвергается инверсии, то есть превращается в смесь глюкозы и фруктозы (компонент фруктового сахара), которая восстанавливает двухвалентную медь синего реагента до одновалентной меди, выпадающей в осадок в виде красной окиси.

Затем Бешан возвращается к жидкости, которая была оставлена фильтроваться, и обнаруживает, что при малейшем нагревании с реагентом (щелочным тартратом меди) происходит изменение в сахаре. Это является для него доказательством того, что дрожжи, помимо воды, выделяют нечто, что даже на холоде обладает способностью быстро превращать сахар.

Здесь профессор Бешан отмечает2 два факта, которые необходимо четко выделить. Во-первых, что без выделяемого элемента дрожжи сами по себе не действуют, так как при погружении в воду с добавлением реагента, щелочного тартрата меди, восстановления не происходит. Во-вторых, что тепло разрушает активность выделяемого элемента, так как дрожжи, доведенные до кипения в небольшом количестве воды с сахаром, не вызывают инверсию даже спустя время, дополнительно отведенное для получения эффекта, а реагент щелочного тартрата меди не восстанавливается. Если вкратце, то он открыл, что нагревание разрушает активность фермента, выделяемого дрожжами и плесенью любых видов, так же, как нагревание разрушает активность проросшего ячменя — активность диастазы, и других растворимых ферментов, то есть ферментов, способных растворяться в жидкости.

Бешан обнаружил, что ацетат натрия особенно эффективно способствует просачиванию растворимого содержимого клетки сквозь ее стенки. Экспериментируя с достаточно большим количеством материала, он добавил кристаллы этой соли к высушенным дрожжам. Смесь стала жидкой и после этого была отброшена на фильтр. Он обнаружил, что одной части ацетата натрия достаточно для разжижения десяти или более частей дрожжей. Затем он взял отфильтрованную жидкость и добавил к ней спирт — появился белый осадок. Он собрал его с помощью фильтра и промыл спиртом, чтобы освободить от ацетата натрия. После сливания спирта он высушил осадок между листами фильтровальной бумаги и затем соединил его с водой. В результате получился раствор с нерастворимым осадком. Это был свернувшийся белок, полученный из дрожжей и ставший нерастворимым в результате свертывающего действия спирта.

Что касается растворившейся части осадка, то ее можно снова осадить при помощи спирта, — говорит Бешан3. — Этот новый осадок по отношению к пивным дрожжам — то же самое, что диастаза по отношению к проросшему ячменю или синаптаза — к миндалю; это и есть тот элемент в дрожжах, который вызывает инверсию сахара. Если некоторое количество его растворить в воде, добавить сахарозу и несколько минут подержать раствор на водяной бане при 40°С, то с помощью щелочного тартрата меди можно убедиться, что произошла инверсия сахара. При обычной температуре инверсия тоже происходит очень быстро, но скорость инверсии тем меньше, чем меньше количество активного продукта, что объясняет замедленную реакцию с некоторыми видами плесени, которые я мог применять только в маленьких количествах. Все это доказывает, что причина инверсии сахара формируется заранее в плесени и дрожжах, а поскольку изолированное активное вещество действует и без кислоты, значит, я был прав, сравнивая его с диастазой.

Уже после установления этих фактов профессор Бешан дал активному веществу название зимаза, от греческого зиме — фермент. Сначала это слово он применил к активному веществу дрожжей и плесени, но впоследствии оно стало общим термином, а зимазам дрожжей и плесени он дал более узкое определение — цитозимазы.

Впервые название зимаза для растворимых ферментов Бешан публично упоминает в своих "Записках о ферментации организованными ферментами", которые он зачитал в Академии наук 4 апреля 1864 г.4

В следующем году он вновь возвращается к этому вопросу и показывает, что зимазы есть в микрозоаэробах и микрофитах, изолировав их, как Пайя и Персо изолировали диастазу из проросшего ячменя. Он обнаружил, что эти зимазы обладают общей способностью быстро превращать сахарозу в глюкозу, или виноградный сахар. Он открыл антрозимы в цветах, морозимы в белой тутовой ягоде и нефрозимы в почках животных. И наконец, в следующем 1866 г. он дает название микрозима своему главному открытию, которое стало для него фундаментальным объяснением вопроса в целом, но которое еще не было очевидным для него во время написания записок 1857 г., сделавших бессмертными его предыдущие эксперименты. Но мы вынуждены оставить это для рассмотрения в будущем. Эти даты приведены здесь лишь для того, чтобы продемонстрировать, насколько давно профессор Бешан сделал полноценное открытие формирующегося в клетках дрожжей азотистого вещества, которому он дал название зимаза.

Помимо справедливого признания, простая историческая точность требует, чтобы его собственное изобретение было официально присвоено ему. Вместо этого, в "Энциклопедии Британике"5, в статье члена Института химии (FIC) Джулиана Левета Бейкера "Ферментация" мы обнаруживаем утверждение, что "в 1897 г. Бюхнер подверг дрожжи большому давлению и выделил азотистое вещество, ферментативное по свойствам, которое он назвал зимаза". Также в "Руководстве по бактериологии"6 Р. Таннета Хьюлетта, доктора медицины, члена Королевской коллегии врачей, доктора философии (Лонд.), члена Королевского микроскопического общества, мы читаем:

До 1897 г. не был получен энзим, который мог бы вызывать такое изменение [спиртовое брожение]; это происходило только в присутствии живых дрожжевых клеток, но в этом году, измельчив живые клетки дрожжей, Бюхнер получил сок, который разлагал декстрозу с образованием спирта и угольной кислоты. Он объявил, что эта "зимаза" является спиртовым ферментом дрожжей.

И еще, профессор Франкланд и миссис Франкланд в своей книге "Пастер"7, прощая ошибочность некоторых взглядов Пастеру, пишут следующее:

В этом году [1897] Бюхнер открыл, что растворимый элемент, вызывающий спиртовое брожение сахара, может быть извлечен из дрожжевых клеток, и для него предлагается название зимаза. Это важное открытие должно пролить новый свет на теорию ферментации.

Но, как мы видели, это "важное открытие" было сделано почти на полвека раньше французским ученым!

Правда, Пастер обвинил Бешана в заимствовании идей у Мичерлиха. Однако Бешан не просто опроверг это, но и показал, что Пастер сам следовал взглядам немецкого ученого, причем в той их части, где эти взгляды были ошибочными8.

Теперь ясно, что Бешан первым дал убедительное доказательство воздушного происхождения дрожжей и плесени, а также причин их физиологической и химической активности. Когда он начинал работать, не существовало такого учения, которое он мог бы приписать себе, если допустить, что плагиат вообще мыслим для столь глубоко сведущего и честного исследователя в истории науки, который шаг за шагом отслеживал любые наблюдения, предшествовавшие его собственным. К несчастью, он сам оказался жертвой плагиата. Опередив всех, он был, увы, излишне скромным, но был единственным, кто действительно заслуживал всемирной славы Пастера! Давайте остановимся ненадолго, чтобы проследить за карьерой последнего и увидеть, каким образом он присвоил себе честь великого открытия Бешана о вторгающихся из атмосферы полчищах микроорганизмов с их ферментативной силой.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 Les Microzymas, р. 84.
2 Les Microzymas, рp. 71–72.
3 Les Microzymas, р. 72
4 Comptes Rendus 58, р. 601
5 11-е изд.
6 6-е изд., р. 36
7 См. гл. IX.
8 Les Microzymas, рp. 76–77.

предыдущая часть Предыдущая глава   оглавление Оглавление   Следующая глава следующая часть