Прежде чем начать новую историю открытия витаминов, мы решили вспомнить несколько пословиц и идиоматических выражений. Вот они.

«Кровь с молоком», говорят, когда хотят подчеркнуть крепкое здоровье человека. Выражение «кровь ударила в голову» используют, чтобы охарактеризовать возбуждённое эмоциональное состояние; а когда мы испытываем сильное чувство страха, то говорим, что «кровь стынет в жилах».

«Голубая кровь» – говорят о человеке аристократического происхождения. «Братья по крови», – крылатая фраза о духовном родстве, «драться до последней капли крови» – о силе духа и стремлении к цели.

Ну, и ещё существует масса поговорок, в которых употребляется слово «кровь», и становится понятно то, насколько широко его использование в фольклоре и литературе, как в прямом, так и переносном смысле.

А всё потому, что кровь – это основа жизни, жизненной силы и, собственно, сама жизнь. Ведь иногда жизнь человека напрямую зависит от степени потери крови, давайте вспомним ещё одну поговорку: «Кровь людская – не водица, проливать её не годится». Да, речь пойдёт о самом главном, физиологическом смысле этого термина.

Кровь, будучи биологической жидкостью, тем не менее, считается тканью, ведь кровеносными сосудами пронизано всё тело, с кровью разносится кислород и все необходимые для жизни вещества почти во все органы и ткани, исключение составляют кости и хрящи. А организм, как саморегулирующаяся система, оберегает себя от опасных потерь крови специальной защитой – свёртываемостью, способностью образовывать плотный сгусток в месте нарушения целостности кровеносных сосудов при различных травмах или оперативных вмешательствах.

Свёртываемость крови – это безумно сложная иерархическая система, состоящая из 13 факторов, и она не работает, если в организме отсутствует одно вещество, причём, в мизерном количестве. Как вы уже догадались, речь идёт ещё об одном факторе, в данном случае антигеморрагическом (предотвращающем кровоизлияния), витамине К.

Эта история для нас, сотрудников Института биохимии, важна ещё и потому, что основатель нашей alma mater и биохимической школы в Украине, академик Александр Владимирович Палладин, внёс огромный вклад в изучение и синтез одной из форм этого витамина.

Термин «геморрагия» мы употребляли и в предыдущих историях об открытии витаминов, в частности о витамине С, предотвращающем заболевание цингой, основным симптомом которой является кровоточивость дёсен.

Так что же означает странное слово «геморрагия»? А это – латинское название термина «кровотечение (кровоизлияние)» (геморрагия (др.-греч. αἷμα — кровь + ῥοῦς (< ῥόος) — течение).

Когда речь шла о цинге, то причиной геморрагии было истончение стенок кровеносных сосудов из-за нарушения синтеза коллагена, основного компонента соединительной ткани, а с самой кровью было как раз всё в порядке. Но бывают такие состояния, когда в организме не хватает или полностью отсутствует вещество, без которого не запускается система свёртывания крови.

Открытие антигеморрагического фактора, названного впоследствии витамином К, также, как и открытие остальных витаминов, отмечено присуждением Нобелевской премии за 1943 год по физиологии и медицине, как это часто бывает в таких случаях, одновременно двум учёным-биохимикам: Хенрику Даму (Дания) и Эдуаруду Дойзи (США).

Причём, если формулировки о присуждении премий Нобелевским комитетом за открытие остальных витаминов были комплексными, содержали ещё и другие заслуги номинантов, то Х. Даму и Э. Дойзи награда была присуждена конкретно за открытие витамина К.

Несмотря на то, что Хенрик Карл Петер Дам (1895–1976) получил самую престижную в научном (и не только научном) мире награду, сведений о его личности очень и очень мало. Спасибо энциклопедическому специализированному изданию прошлых лет о Нобелевских лауреатах за то, что у нас есть возможность расширить эти знания и почерпнуть хоть немного основной информации о личности выдающегося учёного.

Отчасти ситуация со скудными биографическими сведениями сложилась от того, что сам лауреат, датчанин Х. Дам, был очень скромной и непубличной личностью, считавший свою Нобелевскую награду случайной, не означавшей наличие у него особых качеств и не позволяющей в дальнейшем почивать на лаврах. Его-то и на родине не особенно знали, можно сказать, Х. Дам – самый малоизвестный Нобелевский лауреат.

Похоже, что любовь и интерес к химии у Дамов – это семейное пристрастие, отец Хенрика, Эмиль, был химиком-фармацевтом, посвятившим большую часть своей жизни изучению истории аптечного дела в Швеции и написанию книг на эту тему. Сам Хенрик изучал любимую науку в Копенгагенском политехническом институте на факультете химического машиностроения, а после получения степени магистра несколько лет преподавал химию в разных высших учебных заведениях Дании с 1920 по 1925 год.

В 1925 году Х. Дам прерывает карьеру лектора и направляется в Грацкий университет (Австрия) для изучения микрохимического анализа органических веществ под руководством Фрица Прегля, который и разработал метод этого самого микрохимического анализа, позволявший определять в минимальных количествах вещества его составные компоненты, а также молекулярную массу по температуре кипения.

За эту работу австрийский учёный стал Нобелевским лауреатом по химии за 1923 год. Очевидно, новаторство Ф. Прегля так впечатлило Х. Дама, что он решает ехать изучать предложенную австрийским учёным методику и совершенствовать свои знания в химии в течение ближайших трёх лет в Грацком университете.

В 1928 году в Копенгагене на деньги благотворительного фонда Дж. Рокфеллера (Рокфеллеровского фонда) создаётся Датский институт биохимии и физиологической химии, который, по сути, являлся одним из подразделений медицинского факультета Копенгагенского университета. Одной из сфер интересов этого фонда было, и остается до настоящего времени, финансирование исследований в здравоохранении.

Х. Дам после возвращения из Австрии начинает работать в этом институте и приступает к изучению жирорастворимых веществ – стеролов. Главный представитель стеролов – всем известный холестерол (холестерин), один из основных компонентов клеточных мембран всех живых организмов, обеспечивающий их устойчивость в широком диапазоне температур. Он синтезируется в организме (80% всего холестерола) и поступает с пищей (20%), является предшественником стероидных гормонов и жёлчных кислот.

Изучая метаболизм холестерола у цыплят, Х. Дам исключил это соединение из их рациона. Через несколько недель у цыплят началась геморрагия в тяжёлой форме: кровоизлияния под кожу, в мышцах и внутренних органах. Учёный установил, что причиной было резкое снижение сворачиваемости крови у новорождённых птенцов.

Первой мыслю было, что холестерол влияет на свёртываемость крови. Но введение его в рацион проблему не решило, выздоровлению цыплят помогло добавление к корму цельного зерна. И тогда Х. Дам подумал, что дело не в холестероле, а в некоем веществе, растворяющемся в нём (жирорастворимом). Ну, что же, обнаружен новый фактор пищи, отсутствие которого приводит к тяжёлому заболеванию, т.е., молодой биохимик понял, что имеет дело с новым витамином!!

Круг замкнулся, обнаружен ещё один витамин и в этом снова помогли цыплята, как и когда-то на о. Ява в поисках Христианом Эйкманом причин заболевания бери-бери, которые привели к открытию первого из витаминов В₁, тиамина.

Следующими этапами после открытия нового соединения являются, как мы это знаем из предыдущих историй об открытии витаминов, выделение (экстрагирование) его из сырья растительного или животного происхождения, установление химической структуры и синтез. Чтобы осуществить такие исследования Х. Дам в 1932 году выигрывает грант опять-таки Рокфеллеровского фонда и отправляется в Фрайбургский университет (Германия) в отдел патологической химии, которым руководил Рудольф Шенгеймер.

Почему Х. Дам выбрал именно эту лабораторию? Да потому, что Р. Шенгеймер первым придумал и разработал методику мечения молекул стабильными изотопами для изучения метаболических процессов в организме. Кстати сказать, изотопный метод используется до сих пор и считается самым точным в биохимии.

Причём очень активно в этот период немецкий биохимик со своими коллегами занимался изучением обмена жиров с помощью дейтериевой метки. Именно этот участок метаболизма, обмен жиров, и нужно было исследовать Х. Даму. И это уже второй случай после микроанализа Ф. Прегля, когда Х. Дам использует в своих целях только прогрессивные точные методики.

Результаты своих исследований молодой датский биохимик публикует в 1935 году в самом авторитетном и престижном научном издании Европы – Nature. В своей статье Х. Дам обнаруженное им вещество называет koagulationvitamin («koagulation» – в немецком и скандинавском языках «свёртываемость») или витамин К.

Так в витаминном алфавите появилась буква «К», что нарушило последовательный принцип присвоения букв вновь открытым витаминам, потому что автор открытия использовал для этого первую букву биохимического процесса, в котором данный витамин принимает непосредственное участие.

Из-за нацистских репрессий, которые начались в Германии во второй половине 1930-х г., Р. Шенгеймер вынужден эмигрировать в США и сотрудничество Х. Дама с этой лабораторией прервалась. Дальнейшую работу по выделению витамина К он продолжает в Цюрихе (Швейцария).

Там в содружестве с Паулем Каррером, уже известным нам биохимиком в области изучения витаминов и лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине за 1937 год, наш герой, вооружённый методами органического микроанализа, выделяет из листьев люцерны искомое жирорастворимое соединение с антигеморрагическими свойствами. Тандем настоящего и будущего Нобелевских лауреатов совершил прорыв на пути открытия нового витамина и выяснил, что на самом деле существуют две формы этого соединения.

И, как это было уже не раз в истории науки, когда решением одной и той же проблемы занимаются несколько независимых друг от друга групп учёных, на финальном этапе установления химической структуры нового витамина европейцев опередили американские учёные.

Изучением нового загадочного витамина, влияющего на свёртываемость крови и предотвращающего кровотечения, в 1936 году занялся американский биохимик Эдуард Адельберт Дойзи (1893–1986) с коллегами. Он также, как и Х. Дам, занимался стероидными соединениями и был известен к этому времени своими исследованиями женских половых гормонов и разработкой теста для их определения. Кроме того, Э. Дози был дважды номинирован за эти работы на Нобелевскую премию по химии (1931 г. и 1936 г.), но так её тогда и не получил.

Вы спросите, почему Э. Дойзи обошёл на финише своих европейских коллег, один из которых на тот момент уже был Нобелевским лауреатом? Да потому, что не всё так просто было на пути установления химической структуры нового витамина. И главная причина состояла в том, что это исследуемое соединение оказалось светочувствительным, оно под воздействием света полностью разрушалось и, соответственно, теряло свои свойства.

Первым этот факт удалось установить именно Э. Дойзи, потратившему два года усилий, работая, как говорят биохимики, «на ведро», то есть впустую. После этого все работы с новым витамином велись в условиях «светомаскировки».

В течение следующего года американские учёные смогли экстрагировать вещество, также, как и Х. Дам с П. Каррером, из листьев люцерны, а помимо этого ещё и из рыбной муки. Оба соединения проявляли антигеморрагическое действие, но отличались по химическому строению. Э. Дойзи в 1939 году установил структуру этих форм витамина К и осуществил их направленный синтез.

Эти формы являются производными метилнафтохинона с модификацией боковой цепочки. Содержащийся в люцерне витамин получил название витамина К₁ или филлохинон, а в рыбной муке – К₂ или менахинон.

Всё! Витамин К полностью идентифицирован!

После этого его первооткрыватель, Хенрик Дам занялся практическим внедрением своего детища, опираясь на доскональное изучение и понимание роли витамина К в системе свёртывания крови.

Вкратце всё-таки нужно объяснить, как происходит этот процесс, все этапы которого регулируются ферментами (энзимами). В месте нарушения целостности (просвете) кровеносного сосуда в течение короткого времени образуется тромб, в результате чего кровь в этом месте теряет текучесть, приобретая творожистую консистенцию.

А тромб – это сгусток нитей белка фибрина и кровяных клеток тромбоцитов, необратимо «склеивающихся» под действием фермента тромбина. Тромбин образуется из своего предшественника – белка протромбина. Так вот Х. Дам установил, что витамин К участвует в синтезе белка протромбина, и таким образом влияет на работу системы свёртывания крови.

Кроме того, учёный выяснил, что витамин К синтезируется в организме человека и животных особыми кишечными бактериями, и этого количества витамина здоровому человеку вполне достаточно для нормальной свёртываемости.

Дополнительным источником витамина является его поступление в организм с пищей, но даже нарушение рациона редко приводит к гипо- и авитаминозу К. Такие состояния провоцируются патологией печени (желтухой и жёлчнокаменной болезнью) и кишечника (спру ( нарушением всасывания пищи в тонком кишечнике) и целиакией (нарушением пищеварения из-за невосприимчивости к зерновым белкам, в частности глютену)), а также при врождённом нарушении синтеза протромбина. И во времена, предшествовавшие открытию витамина К, хирургическое вмешательство стоило жизни пациентам с этими заболеваниями из-за неконтролируемых кровотечений.

Так, что деятельность Хенрика Дама по внедрению в клиническую практику препаратов витамина К спасла огромное количество жизней и стала не менее важным, а может быть и главным, этапом в карьере выдающегося биохимика, чем открытие этого нового соединения!

Одной из групп риска с высокой смертностью от кровотечений были новорождённые с низким уровнем протромбина. Полностью предотвратить эту трагедию помогло назначение витамина К, как самим младенцам, так и их матерям накануне родов.

Одним из первых спасённых младенцев стала будущая королева Дании Маргрете II, родившаяся 16 апреля 1940 года и здравствующая доныне, за что датчане должны быть благодарны своему соотечественнику, равно также как и за спасение жизни многих других людей!

Напомним, что 1939 год стал роковым для Европы – началась Вторая мировая война, а с 1941 года кровопролитие развернулось на территории Советского Союза. Военно-полевая хирургия нуждалась в кровоостанавливающих средствах как никогда.

Вот тут учёные, о которых мы уже говорили выше, Эдуард А. Дойзи в США и Александр Владимирович Палладин (1885–1972) в Советском Союзе совершили научный, медицинский и гражданский подвиг! Им, независимо друг от друга, удалось синтезировать третью форму витамина – К₃ в виде лекарственных препаратов «Менадиона» (в США, 1940 г.) и его аналога «Викасола» (в СССР, 1944 г.).

Важной особенностью этой формы витамина К является её водорастворимость. Ведь мы помним, что природные формы витамина К – жирорастворимые вещества, что усложняет быстрый клинический эффект, а водораствормая форма этого соединения действует в 2 раза быстрее. Менадион представляет собой нафтохиноновую часть молекулы витамина К без боковой цепи и по сути является провитамином К, поскольку уже в организме собственно и превращается в сам витамин.

«Викасол» разрабатывался, и налаживалось его производство в невероятно суровых и тяжёлых условиях военного времени. Институт биохимии Академии наук УССР находился тогда в эвакуации на Южном Урале в городе Уфа. Но работа была успешно закончено в рекордно короткие сроки и препарат стали применять в госпиталях, он способствовал остановке кровотечений во время операций и быстрому заживлению ран в послеоперационный период. «Викасол» по сегодняшний день выпускается и используется в отечественной клинической практике.

Но вернёмся к нашей истории. В ней мы рассказали обо всём, кроме триумфальной части – награждении Нобелевской премией. А своевременного триумфа, как раз, и не вышло. Решение Нобелевского комитета о присуждении премии по физиологии и медицине за открытие витамина К Хенрику Даму и Эдуарду Дойзи было принято в 1940 году.

Но в связи с тем, что Европа находилась в состоянии войны, присуждение и вручение Нобелевских премий, которое обычно проходит в Стокгольме (Швеция) с 1940 по 1943 год не проводилось. Более того, в 1940 г. один из лауреатов, датчанин Х. Дам, при поддержке Американо-Скандинавского фонда отбыл читать лекции в Канаду, а затем в США, где решил остаться из-за оккупации своей родины нацистскими войсками.

Там он продолжил свои исследования сначала в океанографическом институте Вудс Хола (штат Массачусетс), а затем в университете Рочестера (штат Миннесота). И только в 1944 году посол Швеции в США по поручению Нобелевского комитета вручил премии Х. Даму и Э. Дойзи на специальной церемонии в Нью-Йорке под эгидой Шведско-Американского фонда.

В 1945 году Х. Дам был избран членом Рокфеллеровского института медицинских исследований (сейчас Рокфеллеровский университет), и, как мы видим, поддержка этого благотворительного фонда оказалась тем финансовым фундаментом, на котором смог полностью реализоваться талант датского учёного.

Свою Нобелевскую лекцию на тему «Витамин К, его физиологическая функция и терапевтическое применение» Хенрик Дам прочитал только в 1946 году по возвращении на родину. Тогда же он занял должность профессора биохимии в Копенгагенском политехническом институте, в котором сделал первые шаги в науке. На этот пост наш герой был избран ещё в 1941 году, когда находился в эмиграции в США, и занимал его до конца жизни (1976 г.), продолжая изучать витамины К и Е, холестерол и причины возникновения желчнокаменной болезни.

Он опубликовал в этот период более 100 научных статей по результатам своих исследований, чем доказал, что после достижения научной вершины жизнь в науке не заканчивается!

А вот второй нобелиант, Эдуард Дойзи, за все долгие 42 года своей жизни после присуждения престижной награды больше ничего значительного для биохимии не сделал. Он уже вёл научно-общественную деятельность: занимал должность почётного доктора почти всех ведущих университетов США и других стран, был членом Академии наук и общества эндокринологов США, а также возглавлял биохимическое общество у себя на родине.

И, тем не менее, заслуги этого учёного перед мировой биохимией трудно переоценить. Его авторству кроме установления химической структуры и синтеза витамина К, принадлежит открытие, выделение в кристаллической форме и синтез женских гормонов эстрона и эстрадиола, а также некоторых жёлчных кислот. Имя Эдуарда Дойзи навсегда вписано в историю науки как основоположника одного из разделов биохимии – эндокринологии!

Но предметом нашей особенной гордости является то, что в историю витаминологии вписали несколько строк и наши соотечественники, сотрудники Института биохимии им. А.В. Палладина НАН Украины. В 1944 году в институте после возвращения из эвакуации создаётся несколько лабораторий, одними из которых стали лаборатория биохимии витаминов (в связи с успешно проведенной работой по разработке синтетической водорастворимой формы витамина К) и лаборатория ферментов (энзимов).

Первая лаборатория, как вы понимаете, занималась исследованием витаминов, о многих из которых мы рассказали в наших историях. Лабораторией на протяжении долгих лет руководил один из корифеев отечественной биохимии и соратников основателя института А.В Палладина, академик Ростислав Всеволодович Чаговец (1904–1982). Со временем лаборатория переросла в отдел биохимии витаминов и коэнзимов, поскольку позже выяснилось, что некоторые витамины и их метаболиты являются составными функциональными группами определённых энзимов и, в связи с этим, получили название коэнзимов (коферментов).

А вторая лаборатория, которую со дня основания и в течение долгих лет возглавлял выдающийся биохимик современности Владимир Александрович Белицер (1906–1988), с середины 1950-х годов стала исследовать именно механизмы свёртывания крови. И с тех пор лаборатория, уже получив со временем статус отдела структуры и функции белка, продолжает дело, начатое своим гениальным первым руководителем. В числе многих ферментативных процессов системы свёртывания крови сотрудники отдела успешно исследуют и те, в которых непосредственное участие принимает главный персонаж нашего рассказа – витамин К.

Чувство причастности к великим делам всегда даёт творческие силы и вдохновляет на новые свершения!

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

 

По теме:

Витамин C: гонка за лидером

Витаминный алфавит

Загадка бери-бери

Витамины: начало пути