События, непосредственно касающиеся открытия, идентификации, полной расшифровки структуры и синтеза витамина С, были финишем в длинной многовековой истории одной очень грозной болезни под названием цинга, болезни, которая унесла несметное количество жизней, в основном моряков и путешественников.

Может именно поэтому её ещё называли «морской цингой». У термина «цинга» есть синоним «скорбут» от латинского названия болезни «scorbutus», это необходимо знать, чтобы понять некоторые другие термины, связанные с названием фактора, дефицит которого в организме и приводит к развитию этого заболевания.

Появление таких симптомов как истончение стенок кровеносных сосудов, кровоточивость слизистой оболочки дёсен, выпадение зубов, физическое истощение свидетельствуют о развитии цинги.

Напомним, что уже в 18 веке Джеймс Линд нашёл средство для лечения болезни, это были свежие цитрусовые. Но вплоть до конца 19-го века никто не мог установить причину появления заболевания, и врачи продолжали считать, что оно вызывается инфекцией вследствие антисанитарии, заражения продуктов питания токсинами гниения, перегрузок, длительного пребывания на холоде в условиях высокой влажности (условия морского флота).

Но вот в конце 19-го века, в 1895 году, американский эпидемиолог, патолог, ветеринар и профессор Гарвардского университета Теобальд Смит (1859–1934) сообщил о своих экспериментах, в которых наблюдал странную геморрагическую болезнь (кровотечение) у морских свинок, содержавшихся на овсяной диете. К сожалению, учёный не смог связать кровотечение у морских свинок с заболеванием цингой.

Более того, эта публикация была встречена без особого внимания. Но стоит заметить, что Т. Смит всю жизнь занимался изучением инфекционных заболеваний животных и людей и внёс огромный вклад в медицину. Так, он смог выявить различия между туберкулёзом людей и крупного рогатого скота, высказал предположение о переносе малярии комарами, использовал комплекс «токсин-антитоксин» как вакцину при дифтерии и многое другое.

Но вернёмся к цинге. Спустя 10 лет, уже на Европейском континенте, в Дании Аксель Хольст (1860-1931), профессор гигиены и бактериологии в университете Осло и педиатр Теодор Фролих (1870-1947), заинтересовавшись поисками причины заболевания цингой, у которой был ещё один синоним – «морская (или корабельная) бери-бери», напрямую связывали болезнь с нарушением рациона питания.

Вместо голубей, традиционно используемых для моделирования бери-бери, учёные провели эксперименты на морских свинках. Это произошло случайно, но позже выяснилось, что такой выбор оказался самым правильным, поскольку морские свинки относятся к млекопитающим, не способным вырабатывать антискорбутный фактор, тогда как в печени голубей он синтезируется.

Также как, и Т. Смит, А. Хольст и Т. Фролих, скармливали животным только один овёс или отруби и через определенное время наблюдали у них кровоточивость дёсен, но в отличие от своего предшественника поняли, что имеют дело с симптомами коварной цинги. Они пошли дальше Т. Смита и ввели в рацион морских свинок известные ещё со времён Дж. Линда антицинготные продукты: свежие овощи и фрукты (капусту и лимоны). Как вы понимаете, животные выздоровели!

Результаты своих экспериментов учёные публикуют в Гигиеническом журнале в 1907 году. Обратите внимание на дату! Это было до окончания работ Ф.Г. Хопкинса в Великобритании, Л. Менделя, Т.Б. Осборна, Э.В. МакКолума в Америке и публикации книги «Витамины» К. Функом, то есть в это время в научном мире теория о дефиците питания как причине возникновения определённых заболеваний отсутствовала как таковая.

Поэтому предположение А. Хольста и Т. Фролиха встретили несерьёзно и с опаской. Но среди исследователей истории витаминологии существует гипотеза, что Казимир Функ при создании концепции витаминов и написании своей знаменитой книги опирался, в том числе, и на работу А. Хольста и Т. Фролиха. А когда события по идентификации витамина С вышли на финишную прямую, модель цинги на морских свинках, разработанная датскими учёными, была признана как классическая, и это признание навсегда вписало их имена в историю витаминологии.

Далее в нашей истории идёт период с 1908 г по 1920 г, за это время опубликована книга К. Функа и появился термин «витамин», а также принята буквенная классификация этих соединений, третьим по счету в списке которых под буквой «С» стал антискорбутный (антицинготный) фактор.

Нужно обязательно отметить, что в 1914–1918 гг. вся Европа находилась в состоянии войны, шла Первая мировая война. Эти трагические события полностью перевели экономику, медицину и науку стран континента на военные рельсы, все отрасли работали только на нужды фронта.

И, понятно, что фундаментальные исследования были отложены на неопределённое время, почти все выдающиеся учёные в области физиологии и биохимии отдавали свой гражданский долг на медицинской военной службе и в специализированных лабораториях по производству лекарств. По окончании войны в разрушенной Европе далеко не все страны смогли быстро вернуться к мирной жизни, частью которой было развитие науки.

Так что только в начале 1920-х годов началось постепенное возобновление активных научных исследований, а главными их центрами в Европе смогли остаться Германия и Великобритания. В этих странах и проходили все основные события, связанные с открытием витамина С, за которое была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине в 1937 г. двум учёным одновременно: Альберту Сент-Дьёрдьи (Albert Szent-Györgyi 1893-1983) по физиологии и медицине и Уолтеру Норману Хоуорсу (Walter Norman Haworth 1883-1950) по химии.

Альберт Сент-Дьёрдьи, пожалуй, одна из самых колоритных, неординарных и ярких фигур в мировой науке. Круг его интересов был необычайно широк, авторитет огромным, он вёл активную политическую деятельность, но, конечно же, навсегда остался человеком, кто первый дал миру витамин С.

По необычной фамилии учёного нетрудно догадаться, что его родина – Венгрия, которая на момент рождения Альберта входила в состав Австро-Венгерской Империи. С началом Первой мировой войны А. Сент-Дьёрдьи пришлось прервать обучение в медицинской школе Будапешта и пойти служить военным врачом. Служба в армии раскрыла у молодого человека такие качества как смелость и находчивость в достижении цели, и, как показала вся последующая жизнь А. Сент-Дьёрдьи, они стали главными чертами его характера, благодаря которым ему удалось достичь огромных высот в науке.

После окончания военной службы, будущий Нобелевский лауреат заканчивает обучение и с дипломом магистра отправляется на поиски места, где может реализовать свои научные знания и амбиции. Он сменил много городов и стран до 1922 года от родной Венгрии до Германии, работая в биохимических лабораториях, пока, наконец, не осел на четыре года в Нидерландах, в Гронингенском университете.

В это время его интересы сконцентрировались в области клеточного дыхания – совокупности биохимических процессов в клетке для извлечения энергии из питательных веществ. Изучая эти реакции на растениях, А. Сент-Дьёрдьи обнаружил наличие сильного восстанавливающего компонента в растительном соке капусты и цитрусовых.

В присутствии этого соединения бензидин (вещество, используемое в аналитической химии для идентификации окислителей) окислялся гораздо медленнее. Кроме того, учёный предположил, что заболевание надпочечников, известное как болезнь Эддисона, одним из симптомов которой является исчезновение кожного пигмента, вызвано дефицитом именно этого восстанавливающего реагента. И он выделил из коры надпочечников коровы вещество с аналогичными восстанавливающими свойствами.

На этом этапе своей карьеры А. Сент-Дьёрдьи проявил талант не только как экспериментатор, но и как интерпретатор, излагающий грамотно и ясно свои результаты в научных статьях, которые охотно печатали известные профильные издания. Благодаря этому таланту, а также упомянутой смелости и находчивости, ему не составило труда наладить научные контакты с коллегами в своей области науки.

В 1926 году умер научный руководитель А. Сент-Дьёрдьи, работа в лаборатории закончилась, и в состоянии крайнего отчаяния его посещали мысли не только об окончании карьеры, но и жизни. От трагического шага учёного спасло известие о Конгрессе Международного физиологического общества в Стокгольме, на котором, как он понимал, соберётся весь цвет европейской биохимии и физиологии, и посещение этого научного форума поможет найти выход из создавшегося тяжёлого положения.

В Стокгольме выдающийся Фредерик Гоуленд Хопкинс в своём докладе сослался на последнюю статью А. Сент-Дьёрдьи, чем молодой учёный был весьма удивлён и обрадован. Тут снова пришли на помощь знаменитая смелость и некоторая наглость (в хорошем смысле этого слова) нашего героя, и он представился Ф. Хопкинсу, который незамедлительно пригласил Альберта работать в Кембридж. Это была для него огромная удача и шанс сделать рывок в научной карьере, вывести свои исследования на достойный уровень и успешно их закончить.

Все надежды А. Сент-Дьёрдьи оправдались полностью. В течение 1927 г. он смог выделить свой восстановитель из капусты, цитрусовых и коры надпочечников коровы в чистом виде, определить, что вещество является сахарной кислотой с эмпирической формулой С₆Н₈О₆!

Хопкинс, как руководитель этой работы, понимая её ценность и основание для получения докторской степени своим подопечным, настаивает на присвоении выделенному соединению авторского названия. В этом вопросе Сент-Дьёрдьи проявил снова свою смелость, а также молодой азарт и тонкое чувство юмора, предложив сначала как вариант «ignose» (от «ignosco» — «я не знаю», «неизвестный» – и «-ose» для обозначения сахара), а потом, после неодобрения редактора, «godnose» («god» – по англ. «бог»). Редактор, напрочь лишённый чувства юмора, отклонил оба варианта и предложил своё название «гексуроновая кислота», отражавшее 6-углеродную основу соединения. На что А. Сент-Дьёрдьи согласился.

Так, работа по получению гексуроновой кислоты принесла докторскую степень по биохимии молодому венгерскому учёному, а его популярность после публикации этих результатов перешагнула океан и достигла берегов Американского континента.

В 1929 г. А. Сент-Дьёрдьи получает приглашение на очередной Международный Конгресс по физиологии, который на этот раз проходил в Бостоне, США. После завершения Конгресса ему предлагают работу в клинике Майо (Рочестер, штат Миннесота) и А. Сент-Дёрдьи не задумываясь, соглашается, ведь ему обещают неограниченную поставку надпочечников крупного рогатого скота из многочисленных скотобоен, расположенных в окрестностях Рочестера. Из этого сырья А Сент-Дьёрдьи выделяет целую унцию (28,35 г !!!) чистой кристаллической гексуроновой кислоты.

И в этом месте надо сделать небольшую остановку, чтобы отметить особенный момент нашего повествования.

Для завершения идентификации нового соединения необходимо было установить его химическую структуру. На тот момент в современной химии и биохимии был только один авторитетный человек, который мог блестяще справиться с этой задачей, – Уолтер Норман Хоуорс, второй герой нашей Нобелевской истории.

Окрылённый успехом на этапе получения чистого кристаллического препарата гексуроновой кислоты, А. Сент-Дьёрдьи отправляет её У.Н. Хоуорсу, но знаменитому и признанному химику такого количества оказалось недостаточно, чтобы провести детальный анализ для установления химического строения молекулы этого соединения.

В 1931 г. А. Сент-Дьёрдьи принимает приглашение венгерского правительства возглавить факультет медицинской химии в Сегедском Университете, втором после Будапешта центре подготовки научных кадров. Это приглашение он получил ещё в Кембридже как признание на родине своих успехов в международном научном мире. В Сегеде А. Сент-Дьёрдьи конечно же продолжает работу с гексуроновой кислотой.

Именно в это время в США в Питтсбургском университете группа учёных под руководством Чарльза Глена Кинга совершенно независимо от А. Сент-Дьёрдьи ведёт исследование по выделению из лимонного сока вещества с антицинготными свойствами и проверяет его эффективность на морских свинках, с индуцированной цингой по методу А. Хольста и Т. Фролиха. Результат оказался положительным.

Один из сотрудников этой лаборатории, Джозеф Свирбелли, отправляется в Европу и не куда-нибудь, а в Сегедский Университет, и А. Сент-Дьёрдьи просит его проверить антицинготные свойства гексуроновой кислоты на морских свинках. Успешное лечение животных доказало, что гексуроновая кислота и есть витамин С.

Об этих результатах и о том, что по ним готовится публикация в известном европейском издании Nature, Дж. Свирбелли сообщает в письме своему бывшему шефу, Ч.Г. Кингу, который тоже считал, что получил из лимонного сока витамин С, идентичный гексуроновой кислоте.

Понимая, что конкуренты по исследованиям готовы опубликовать свои материалы, Ч. Кинг экстренно отдает свои данные в американский журнал Science, который публикует их в апреле 1932 года. А. Сент-Дьёрдьи и Дж. Свиррбелли делают тоже самое в Nature, но почти полгода спустя после публикации Ч. Кинга. Как всегда встал вопрос первенства, у обеих групп были свои сторонники, обвинявшие конкурентов в плагиате.

Точку в этом споре поставил сам А. Сент-Дьёрдьи. У него закончились запасы гексуроновой кислоты, и он был в поисках сырья для её выделения. Случайно обнаружив, что сладкий болгарский перец обладает антискорбутным свойством, то есть содержит искомое вещество, а Сегед и его окрестности славятся как край по выращиванию этой культуры, А. Сент-Дьёрдьи окончательно решил вопрос с сырьём для получения своей гексуроновой кислоты, то есть витамина С.

Ему удалось наработать невиданное количество, целых 3 фунта (1 фунт = 454 г), этого вещества в кристаллической форме. Теперь можно было отправить У.Н. Хоуорсу достаточное для установления химической структуры количество гексуроновой кислоты, что знаменитый химик и сделал. А поскольку гексуроновая кислота обладала антискорбутными свойствами, А. Сент-Дьёрдьи и У.Н. Хоуорс приняли решение переименовать её в аскорбиновую кислоту. Вот под этим именем нам и известен витамин С!

Надо обязательно рассказать нашим читателям о втором Нобелианте за открытие витамина С – сэре Уолтере Нормане Хоуорсе и почему именно к нему обратился Сент-Дьёрдьи за помощью в идентификации своей гексуроновой кислоты.

Итак, Уолтер Норман Хоуорс – незаурядная личность и учёный, который, несмотря на огромные трудности и препятствия, смог получить высшее образование по химии. Среди его педагогов в Геттингенском университете (Германия) был Нобелевский лауреат по химии за 1910 год, профессор Отто Валлах, а сам У. Н. Хоуорс достиг больших успехов в каждой области химии, к которой проявлял интерес и затем проводил исследования.

Так, в начале своей научной деятельности, в 1909 году, под началом О. Валлаха он занимался изучением терпенов – углеводородов, которые входят в состав некоторых растительных масел и используются в качестве растворителей. Эта работа принесла У. Н. Хоуорсу степень доктора.

В 1911 г. в Англии он, уже в Манчестерском университете, повторно получает докторскую степень по химии и начинает карьеру лектора по этой дисциплине в престижном Империал-колледже в Лондоне, а затем – в объединённом колледже Университета св. Эндрю в Шотландии.

Университет св. Эндрю на рубеже веков превратился из небольшого учебного заведения в крупный исследовательский центр в области органической химии благодаря работам профессора Томаса Парди (1843–1916), который внёс неоценимый вклад в изучение оптической активности и стереохимии.

Т. Парди вместе со своим учеником и коллегой Джеймсом Ирвином (1877–1952), который с 1921 года и до самой смерти был проректором Университета св. Эндрю, разработали метод, позволявший определять структуру вещества, а главным объектом их исследований в этой области стали углеводы.

С момента знакомства с Т. Парди, Дж. Ирвином и их работами У.Н. Хоуорс, заинтересовавшись новым разделом органической химии, с головой погружается в её изучение. Занятия наукой прерывает начало Первой мировой войны, и к изучению пространственной структуры моно- и полисахаридов У.Н. Хоуорс возвращается только после окончания военных действий сначала в Дархемском университете, а затем и в университете Бирмингема в должности профессора органической химии.

В 1925 г. У.Н. Хоуорс предположил, а затем и доказал, что молекула глюкозы, распространённого углевода и основного компонента природных моно- и полисахаридов, имеет вид замкнутого шестичленного кольца.

Предположение У.Н. Хоуорса было гениальным и новаторским, ведь в 1891 году Эмиль Фишер (Нобелевский лауреат по химии 1902 года) впервые предложил пространственную структуру глюкозы (проекция Фишера), но в его интерпретации она была линейной. А начиная с 1925 г., мы пользуемся замкнутой пространственной проекцией Хоуорса.

После расшифровки структуры большого количества сахаров У.Н. Хоуорсом, что стало огромным вкладом в фундаментальную органическую химию, Бирмингемский университет становится ведущим центром по изучению структуры сахаров, а одно из зданий университета носит имя этого великого химика.

Вот теперь становится ясным, что У.Н. Хоуорс во второй половине 1920-х годов был первым, признанным и непревзойдённым специалистом в области структурной химии углеводов. Поэтому А. Сент-Дьёрдьи, также имея к этому времени широкое признание за свои работы в мировой биохимии, счёл необходимым обратиться за помощью в расшифровке структуры своей гексуроновой кислоты только к У.Н. Хоуорсу.

К 1932 г. учёный-химик подтвердил эмпирическую формулу этого углевода С₆Н₈О₆, установленную самим А. Сент-Дьёрдьи, и показал, что соединение имеет пятичленную кольцеобразную структуру с тремя короткими разветвлёнными цепями. У.Н. Хоуорс в 1937 году синтезировал аскорбиновую кислоту и стал первым химиком, синтезировавшим витамин!

После этого учёные, используя синтетическую аскорбиновую кислоту, показали широкий спектр биохимических реакций с участием витамина С.

Одним из важных участков метаболических процессов с участием этого соединения оказался синтез коллагена – основного компонента соединительной и костной ткани, а это – кожа, кости, хрящи и стенки кровеносных сосудов. После этого стало, наконец-то, понятным, почему дефицит аскорбиновой кислоты, т.е. авитаминоз С, проявляется в кровоточивости слизистых оболочек (прежде всего дёсен).

Кроме того, аскорбиновая кислота способствует всасыванию железа в кишечнике. А железо входит в состав молекулы гемоглобина, белка крови – транспортёра кислорода в организме, поэтому при дефиците витамина С в тканях наступает кислородное голодание и человек испытывает сильную слабость.

Вот вам и ответ на вопрос, как возникает заболевание от неправильного питания!

Знаменитый американский биохимик, дважды Нобелевский лауреат, Лайнус Полинг в 1970 году публикует статью, в которой предлагает использование высоких доз витамина С (10 г в сутки) для повышения защитных свойств организма при простудных и даже онкологических заболеваниях.

Сегодня Всемирной организацией охраны здоровья установлена суточная доза витамина С: для детей 30–90 мг/сутки в зависимости от возраста, для взрослых – 90 мг/сутки с коррекцией в количестве (30–35) мг/сутки в зависимости от состояния организма, ведь поддержание необходимого уровня этого вещества в организме напрямую связано со здоровьем и жизнью людей.

Кроме захватывающих событий из истории открытия витаминов, а также ярких личностей, которые эту историю творили, есть ещё один очень важный момент. Когда появляется проблема в обществе, связанная со здоровьем и жизнью людей, над её решением начинают трудиться врачи и учёные.

Со временем одиночные исследования перерастают в коллективные и нередко группы учёных в повседневной рутинной работе получают одинаковые результаты независимо друг от друга. Они создают фундамент, который делает возможным прорыв, когда один из многих окажется первым, кто обнаружил новое вещество, выделил его в чистом виде, определил формулу и структуру, а потом и сумел синтезировать!

Именно эти учёные срывают финишную ленточку, в смысле, становятся Нобелевскими лауреатами.

Продолжение следует…

У нас впереди ещё несколько интересных историй.

Р.П. Виноградова, доктор биологических наук, профессор,
О.А. Гудкова, ведущий инженер,
Институт биохимии им. Палладина НАН Украины

По теме:

Витаминный алфавит

Загадка бери-бери

Витамины: начало пути