Вітаміни: початок шляху [2]

Продовження. Початок о №6, 2018

ЗАГАДКА БЕРИ-БЕРИ

Як ми вже згадували, серед хвороб, викликаних неякісним харчуванням, були такі, які пов'язані зі специфікою вживання в їжу продуктів в певних регіонах Земної кулі.

Першим в списку цих захворювань варто бери-бери. Воно поширене в країнах Південно-Східної Азії і Далекого Сходу: Філіппінські острови, Індонезія, Океанія, Китай і Японія. У всіх цих країнах основним продуктом харчування завжди був і залишається рис, а з початком використання цього злаку в шліфованої вигляді (очищеному від зовнішньої оболонки за допомогою машинної обробки) проблема постала дуже гостро.

Європейці зіткнулися з цією хворобою на початку 1600-х років, коли Голландія захопила і зробила своєю колонією острів Ява, що входить зараз до складу Індонезії. Жителі острова, а в особливості ув'язнені місцевих в'язниць, страждали від жорстокої хвороби, яка супроводжувалася сильною слабкістю, поступовою втратою чутливості кінцівок, їх паралічем і дуже часто закінчувалася смертю.

Ця хвороба для ув'язнених стала справжнім прокляттям, так таким, що слова «тюрма» і «смерть» для жителів Яви перетворилися в синоніми. Хвороба була поширена в величезному регіоні, але мова піде про острів Ява, тому що саме там було зроблено відкриття причини цього грізного захворювання.

Християн Ейкман (1858 - 1930),
лауреат Нобелівської премії з фізіології
і медицині 1929 (спільно з
Фредеріком Гоуленд Хопкінсом)

Дослідження провів голландський мікробіолог Християн Ейкман (11.08.1858 - 05.11.1930), талановитий лікар і вчений, який розпочинав свою лікарську практику офіцером медичної служби на острові Ява, куди відбув у складі медичної комісії Королівства Нідерланди в 1886 році для вивчення проблеми захворювання бери-бери і пошуків шляхів її лікування.

На той час існувало кілька теорій про причини цього захворювання. Після того, як японський лікар К. Такаки вилікував в 1882 р хворих моряків від бери-бери, прибравши з їх раціону рис, припустили, що рис отруєний, інфікований якимось мікроорганізмом. Бактеріологія тоді була прогресивною, що набирає обертів наукою.

Сам Х. Ейкман спочатку також був прихильником бактеріологічної причини досліджуваної їм хвороби і почав своє дослідження в бактеріологічній лабораторії столичного військового госпіталю (м Батавия, нині Джакарта). Там же він очолював яванський медичну школу, яка згодом стала Університетом Індонезії.

Крім бактеріальної теорії виникнення хвороби існували ще дві. За однією з них вважалося, що рис містить якесь токсична речовина, а по інший - що в даному злаку відсутні такі важливі поживні речовини, як білки і жири.

У пошуках причини хвороби і порятунку життя тисяч людей Х. Ейкману допомогли, як не дивно, курчата. Коштували вони дешево, і їх у великій кількості розводили на Яві. Х. Ейкман звернув увагу, що курчата, так само, як і люди, хворі бери-бери, страждають недугою з тими ж симптомами.

Вчений з колегами все експерименти провів на цих домашніх птахів, їх використовували в якості піддослідних. В результаті розтину трупів хворих птахів було виявлено, що причиною смерті є запалення безлічі нервів. Х. Ейкман назвав патологію поліневритом, продовжував вважати її походження бактеріальним і шукав збудника.

І тут трапилася несподівана річ, хворі пташенята одужали! Як таке могло статися, адже від хвороби ще ніхто не міг врятуватися ?!

В хід подій втрутився Його Величність Випадок. У віварій прийшов новий співробітник, який вважає дуже марнотратним годувати курчат шліфованим рисом, яким харчувалися люди, і купував для птахів дешевий необроблений рис, рис разом з лушпинням. Через деякий час такого харчування хворі птахи вилікувалися.

Щоб переконатися, що причина одужання знаходиться саме в рисовому лушпинні, видужали птахів знову починали годувати шліфованим рисом, і хвороба з'являлася знову. Коли в раціон курчат після цього знову вводили неочищений рис, повторно наступало одужання. Х. Ейкман припустив, що в шліфованої рисі з'являється отрута в процесі очищення.

Результатом проведених Х. Ейкманом експериментів стало доказ того, що причиною хвороби є використання в їжу шліфованого рису. За зібраною статистикою частота виникнення захворювань у в'язнів о. Ява, які харчувалися очищеним рисом, була в 300 разів вище, ніж у тих, хто вживав «поганий» дешевий нешліфований рис.

У 1890 році вчений опублікував статтю «Поліневрит у курчат», в якій описав подібність симптомів захворювання поліневритом у курчат і бери-бери у людей і результати експериментів з неочищеним рисом. На цьому робота Ейкман обірвалася, через хворобу він змушений був повернутися на батьківщину в Нідерланди і більше на Яву не повертався.

Зате там, на острові залишився асистент Ейкман, Гаррі Грійнс (Грейс), він-то і вирішив продовжити розпочату шефом справу і після серії додаткових експериментів в 1901 році припустив, що хвороба бери-бери викликається браком якогось специфічного речовини, що міститься в рисовому лушпинні.

Припущення Г. Грійнса наштовхнулося, як це нерідко буває, на стіну несприйняття, адже бактеріальна теорія виникнення захворювання залишалася на той час самої визнаної в наукових і медичних колах.

Але саме експериментальні роботи Х. Ейкман вважаються відправною точкою в з'ясуванні причини різних захворювань, пов'язаних з порушенням раціону. І через майже 40 років після описаних подій, в 1929 році, Християн Ейкман за рік до своєї смерті став одним з двох Лауреатів Нобелівської премії з фізіології і медицини «за відкриття вітамінів, стимулюючих процеси росту».

Фредерік Гоуленд Хопкінс
(1861-1947)

Другим ученим, який розділив з Ейкманом цю Нобелівську премію, став англійський біохімік Фредерік Гоуленд Хопкінс (1861-1947). Цьому видатному вченому належить кілька важливих відкриттів. Він є автором методу осадження сечової кислоти хлоридом амонію (1891 г.), методу, який був загальновизнаний і затребуваний багато десятиліть.

Після отримання докторського ступеня в 1894 році Ф. Хопкінс успішно починає працювати в університеті Гюї в напрямку хімії білків, а через 4 роки його запрошують на роботу в Кембридж, де молодий талановитий дослідник в результаті рутинних трудомістких експериментів відкриває нову амінокислоту - триптофан.

Вивчена і описана Ф. Хопкінсом амінокислота поповнила список з'єднань, вже відкритих німецькими биохимиками Емілем Германом Фішером і Альбрехтом Косселем.

Працюючи в галузі хімії білків (протеїнів), Хопкінс припустив, а пізніше, в 1906 році довів, що різні білки в раціоні мишей здатні надавати різні ефекти на ріст тварин. Зокрема, білки, в яких відсутня відкрита ним амінокислота триптофан, недостатні для потреб організму, тобто він встановив, що деякі амінокислоти є «незамінними», заклавши фундамент нової концепції в біохімії.

І тут ми повинні згадати досліди Н.І. Луніна в далекому 1880 році, який годував мишей штучним молоком, від чого у них сповільнювався зростання. Експерименти, проведені Ф. Хопкінсом в 1906-1908 рр., Мали ту ж постановку.

Вважаючи, що властивості білків, необхідних для росту організму, визначаються складом споживаються компонентів, він згодовував мишенятам їжу, що складається з свинячого жиру, крохмалю та казеїну (білка молока). Від такого харчування припинявся ріст тварин, після чого Ф. Хопкінс додавав в раціон невелику кількість молока, і мишенята знову починали активно рости. Значить, припустив Хопкінс, молоко містить деякі відсутні в штучному харчуванні чинники, необхідні для росту і назвав їх «додаткові чинники їжі». Н.І. Лунін свого часу зробив таке ж припущення, і ось Ф. Хопкінс повністю його підтвердив.

Казимир Функ
(1884-1967)

Отже, Фредеріку Хопкінсу належить відкриття нових з'єднань, назва яким «вітаміни» ( «vita» - з лат. «Життя», «аmine» - азотовмісна з'єднання) дав в 1912 році польський хімік Казимир Функ (1884-1967).

Грунтуючись на досвіді своїх попередників, які вивчали причину захворювання бери-бери, К. Функ також припустив наявність в рисовому лушпинні компонента, що нормалізує порушений хворобою обмін речовин. Більш того, він виділив це з'єднання і успішно лікував їм птахів і людей. До складу молекули входили сірка і аміногрупи (NH2), і тому К. Функ назвав нове з'єднання «тіамін» (thio - приставка в номенклатурі сірковмісних сполук, аmine - приставка для з'єднань з аминогруппой).

Термін «вітаміни», дослівно можна визначити, як життєво необхідні азотовмісні речовини, адже від їх прісуствующімі в раціоні дуже часто залежали життя і здоров'я людей, тварин і птахів. Хоча згодом з'ясувалося, що до складу цих сполук не завжди входить аминогруппа, проте, термін успішно прижився і залишив у віках пам'ять про його автора.

Крім того, Казимиру Функу належить ще один термін - «авітаміноз», стан організму при відсутності вітаміну або вітамінів в раціоні як причина розвитку різних патологій. Узагальнені дані в області нових з'єднань К. Функ опублікував в книзі «Вітаміни» в 1912 році, а в 1936 році встановив хімічну структуру тіаміну.

Фредерік Хопкінс свої експерименти провів кілька раніше Казимира Функа, в 1906-1908 рр., Але не надавав їм великого значення, а опублікував їх результати тільки в 1912 році. У лекції на присудження Нобелівської премії в 1929 році Ф. Хопкінс віддав належне польському вченому, зазначивши його неоціненний внесок у формування нової теорії і розділу біохімії - вітамінології.

Чому Ф. Хопкінс вважав свої експерименти, які опинилися згодом революційним відкриттям, несерйозними? Судіть самі, адже він займався питаннями проміжного обміну речовин, вивчав комплекс окислювально-відновних реакцій, в результаті якого клітина отримує енергію.

Він у співавторстві з Уолтером Флетчером показав накопичення молочної кислоти в м'язах при зниженні вмісту в них кисню. Цей факт став фундаментом для відкриття зв'язку механізму м'язового скорочення з процесом перетворення енергії біохімічних реакцій в електричну енергію високого потенціалу. Це відкриття належить Арчибалд В. Хіллу і Отто Мейергофа і відзначено Нобелівською премією з фізіології і медицині в 1922 році.

Крім того, в 1921 році Хопкінс відкрив трипептид (тріамінокіслота), названий їм глутатионом, який бере участь в переносі кисню в клітинах. Також він відкрив фермент ксантиноксидазу, що каталізує окислення ксантину і гіпоксантину до сечової кислоти.

Всі перераховані відкриття є віхами фундаментальної біохімії, і Ф. Хопкінс в повній мірі розумів їхню соціальну значимість. Тому відкриття їм в проміжних дослідах нових, невідомих на той момент додаткових з'єднань не здавалося таким вже значною подією.

І тільки через кілька десятиліть після експериментів Х. Ейкман і Ф. Хопкінса, в 1929 році Нобелівський комітет прийняв рішення, що їх роботи є першими, які заклали новий розділ біохімічної науки - вітамінолог, і удостоїв їх звання Лауреатів з фізіології і медицини «за відкриття вітамінів , що стимулюють процеси росту ».

Поруч з іменами цих вчених, безумовно, варто і ім'я Казимира Функа, хоча його й не було в списку Нобелівських лауреатів за це відкриття. Справедливості заради, варто сказати, що творець концепції вітамінів Казимир Функ номінувався на Нобелівську премію чотири (!!!) рази: двічі - з хімії (1926 і 1946 рр.) І двічі - з медицини (1914 і 1925 рр.). За що його можна вважати рекордсменом за частиною номінацій.

За довгі роки після відкриття тіаміну вивчені структура і функції цього важливого біологічно активного з'єднання.

Так що ж являє собою цей тіамін, вітамін В1, авітаміноз якого забрав стільки життів в країнах Південно-Східної Азії і Далекого Сходу?

Тіамін - безбарвне крісталлічесоке речовина, добре розчинна у воді, ефірі і хлороформі, щодо термостабилен, витримує обробку, в тому числі, і термічну (до 130-140 0С) концентрованими кислотами, в лужному середовищі при температурі 80-100 0С швидко інактивується. За своєю структурою це - гетероциклічна сполука, містить пиримидиновое і тіазоловое кільця. Його синтезують рослини і багато мікроорганізмів. Людський організм і організм тварин його не виробляє, ось чому потреба в цьому речовині ми можемо заповнити тільки з їжею за рахунок продуктів тваринного і рослинного походження (хліб, крупи, картопля, пивні дріжджі, а також м'ясо, печінку і нирки домашніх тварин).

Добова норма тіаміну для людини становить 1,5-3 мг в залежності від віку та фізичного навантаження. При зменшенні вмісту тіаміну в організмі розвивається гіповітаміноз, а при відсутності - авітаміноз. Симптоми такого стану описані вище, це хвороба бери-бери або поліневрит.

Як же діє на нервову систему низький вмісту тіаміну в крові, або повна його відсутність, викликаючи запалення нервової тканини - поліневрит? Справа в тому, що без участі вітаміну В1 не можуть проходити деякі дуже важливі реакції енергетичного обміну, в першу чергу вуглеводів.

Потрапляючи в організм, тіамін приєднує до себе фосфатну групу (від однієї до трьох, цей процес називається фосфорилюванням), після чого стає активним і включається в один з метаболічних шляхів, перш за все в гліколіз, процес окислення глюкози.

А глюкоза - це єдине джерело енергії для нервових клітин, тобто при нестачі тіаміну нервові клітини не отримують своєї добової дози цього важливого вуглеводу. І тоді вони розростаються, прагнучи за рахунок більшої площі збільшити контакт з дрібними кровоносними судинами, з яких можна добувати цінне харчування. Але, в збільшених нервових клітинах засвоєння глюкози скорочується на 60%, а мембрана (захисний шар) нервових клітин стоншується, втрачаючи свою природну консистенцію і в'язкість, тобто певний ступінь плинності. Результатом стають «оголені», роздратовані нерви.

Сьогодні ні в кого не викликає сумнів важливість ролі вітамінів в профілактиці і лікуванні багатьох грізних захворювань. А розпочали ми розповідь - це привід ще раз згадати імена великих учених, чиї відкриття стали давно прописну істину, сприймаються, як само собою зрозуміле, і назавжди вписані в підручники як фундаментальні знання.

Далі буде…

Р.П. Виноградова, доктор біологічних наук, професор,
О.А. Гудкова, провідний інженер відділу регуляції обміну речовин,
Інститут біохімії ім. А.В. Палладіна НАН України, м Київ.