В истории работы Нобелевского комитета только четверо учёных получили Нобелевскую премию дважды – это Мария Склодовская-Кюри (французское имя – Мари Кюри, фр. Marie Curie, урождённая Мария Склодовская, польск. Maria Skłodowska), Лайнус Полинг (англ. Pouling Linus Carl ), Джон Бардин (англ. John Bardeen) и Фредерик Сенгер (англ. Frederick Sanger), двое из которых биохимики.

Мария Склодовская-Кюри получила одну из первых премий по физике в 1903 г. за исследование радиоактивности. Половина премии была разделена с её мужем Пьером Кюри (фр. Pierre Curie), а вторая половина была присуждена Анри Беккерелю (фр. Antoine Henri Becquerel). Вторую премию, уже по химии, Мария Склодовская получила в 1911 г. единолично за открытие радия и полония.

Лайнус Карл Полинг был удостоен Нобелевской премии впервые по химии в 1954 г. за изучение природы химических связей. А в 1963 г. он получил Нобелевскую премию мира за свою общественную деятельность в области запрета ядерных испытаний. Эта премия была присуждена за 1962 г., поскольку в 1963 году Нобелевский комитет никому премию мира не присуждал.

Единственным Нобелевским лауреатом двух премий по физике был Джон Бардин, который первую премию получил в 1956 г. за изобретение транзистора. Эту премию с ним разделили Уильям Брэдфорд Шокли (англ. William B. Shockley) и Вальтер Хаузер Браттайн (англ. Walter Houser Brattain). В 1972 г. Бардин вторично получил премию по физике, на то время за открытие эффектов сверхпроводимости, разделив её с Леоном Нейл Купером (англ. Leon N. Cooper) и Джоном Робертом Шриффером (англ. John Robert Schrieffer).

Также Нобелевскую премию дважды получил Фредерик Сенгер и оба раза по химии. Первая премия была персональной в 1958 г. за исследование протеинов и синтез инсулина. В 1980 г. Ф. Сенгер снова стал лауреатом Нобелевской премии, но ему досталась только её четверть. Половину премии отдали Полю Бергу (англ. Paul Naim Berg) за исследования нуклеотидов и химии рекомбинантной ДНК, а вторую половину Ф. Сенгер поделил с Уолтером Гилбертом (англ. Walter Gilbert) за независимые исследования базовых последовательностей азотистых оснований в нуклеиновых кислотах.

Таким образом, Лайнус Полинг был единственным дважды лауреатом Нобелевской премии, которые он получил единолично, и единственным учёным–нобелиантом, получившим премию мира.

Это был действительно выдающийся учёный, о чём свидетельствуют результаты анкетирования, проведённого британским журналом «New Scientist», где среди нескольких сотен выдающихся учёных современности, Л. Полинг вошёл в число двадцати выдающихся деятелей науки всех времён – наряду с Галилеем, Ньютоном, Дарвином, Эйнштейном и другими.

Химики-органики и биохимики его хорошо знают как автора вторичного строения протеинов – α-спирали и β-структуры. Но его вклад в развитие органической химии и химии вообще значительно шире. В биографии этого уникального человека сошлись почти все важнейшие события ХХ века (он родился в начале века и ушёл из жизни в конце его).

С этим человеком и его вкладом в науку и мир на планете Земля мы и познакомимся.

Выдающийся химик ХХ в., кристаллограф, американский учёный Полинг Лайнус Карл родился 28 февраля 1901 г. в Портленде (штат Орегон, США) в семье Германа Генри, сына немецких эмигрантов, и Люси Изабель (Дарлинг) Полинг из ирландского рода.

В то время его отец Герман Полинг работал коммивояжером в медицинской компании, а в 1905 г. переехал в Кондону (штат Орегон), где открыл собственную аптеку. Именно в этом городке Лайнус впервые пошёл в школу. Он рано научился читать и начал «поглощать» книги: уже в девять лет он читал Библию и ознакомился с теорией эволюции Дарвина. В 1910 г. семья переехала в Портленд, где юноша учился в Вашингтонской средней школе. Когда Лайнусу было только 9 лет, отец его умер.

Юный Л. Полинг с детства увлекался наукой: сначала он собирал насекомых и минералы, а в 13 лет решил стать химиком. Уже в детстве Л. Полинг проявил свой твёрдый (упрямый) характер: в школе он посещал занятия только по естественным наукам, считая, что знания по общественным наукам он может наверстать самостоятельно по книгам. Поэтому аттестата об окончании средней школы он не получил.

В 1917 г. он поступил в Орегонский государственный сельскохозяйственный колледж (позже Орегонский государственный университет) в Корваллисе, куда его взяли без аттестата, и где он изучал главным образом химическую технологию, химию и физику.

Для поддержания материального положения своей семьи Л. Полинг подрабатывал тем, что мыл посуду, сортировал бумагу, работал в фирме, которая занималась дорожным покрытием. В то же время Л. Полинг хорошо учился, и в 1919 г., когда он был на предпоследнем курсе, ему, как очень одарённому ученику, предложили штатную должность преподавателя на химическом факультете.

А на последнем курсе он уже стал ассистентом по химии, механике и материалам. Среди его студентов в то время была и Ава Хеве Миллер. Оба произвели приятное впечатление друг на друга и через год после знакомства поженились.

В 1922 г. Лайнус получил степень бакалавра естественных наук по химической технологии и в том же году поступил в аспирантуру Калифорнийского технологического института (Калтех) в Пасадене (или Пасадина, англ. Pasadena), где затем проработал более 40 лет.

Для поддержки молодого учёного дирекция предложила небольшую стипендию за частичную работу ассистентом. Это был удачный выбор как для Л. Полинга, так и для Калтеха. В конце жизни (в 1994 г.) Лайнус написал: «Много лет спустя... я понял, что в 1922 г. не было в мире другого места, в котором бы меня подготовили лучше для моей карьеры учёного».

Он был первым в этом Институте, кого сразу после его окончания взяли работать сначала ассистентом, а затем преподавателем на кафедре химии. В 1925 г. Л. Полингу была присуждена докторская степень по химии с «высшей похвалой» (summa cum laude – лат.).

В течение следующих двух лет он работал исследователем и стал членом Национального научно-исследовательского совета при Калифорнийском технологическом институте, где в 1927 г. получил звание ассистент-профессора, в 1929 г. – адъюнкт-профессора, а в 1931 г. – профессора химии.

В 1926 г. Лайнус Полинг получил только что учреждённую стипендию Гуттенгейма, что позволило ему с молодой женой провести учебный 1926/1927 год в Институте теоретической физики в Мюнхене за изучением квантовой механики под руководством Арнольда Зюммерфельда.

Кроме того, он побывал в Цюрихе у Эрвина Шредингера (нем. Erwin Schrödinger), будущего Нобелевского лауреата по физике за 1933 г., и в Копенгагене у Нильса Бора (дат. Niels Bohr), Нобелевского лауреата по физике за 1922 г. Знакомство Л. Полинга с созданной Э. Шредингером в 1926 г. квантовой механикой сильно повлияло на его последующие исследования химических связей.

Работая все эти годы исследователем в Калтехе, Л. Полинг стал классным специалистом по рентгеновской кристаллографии, которую он использовал для исследования природы химических связей в бензоле и других ароматических соединениях. В 1928 г. он предложил свою теорию резонанса, или гибридизации химических связей в ароматических соединениях, которая основывалась на концепции электронных орбиталей в квантовой механике.

В последующие двенадцать лет (с 1927 г.) учёный печатает серию научных статей, благодаря которым его имя становится известным в мире. Уже в это время он зарекомендовал себя как основатель структурной химии, что позволило иначе взглянуть на строение молекул и кристаллов.

Главное научное достижение Л. Полинга – учение о химических связях – полностью было изложено в его книге «The Nature of Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals», которая вышла в 1939 г.; второе издание книги вышло в 1940 г. (в 1942 и 1944 гг. были напечатаны дополнительные тиражи второго издания), затем она была переведена на десятки различных языков.

В конце 40-х годов ХХ ст. книга была всемирно известной, общепризнанной и на долгие годы стала основой многочисленных учебных курсов по общей, неорганической и органической химии. В истории химии вряд ли найдётся другая книга, которая имела такую большую популярность.

Полный перевод книги на русский язык вышел под названием Л. Полинг «Природа химической связи». (М.: Госхимиздат, 1947 г.), непонятно почему с неполным названием. На сегодня представления Л. Полинга о природе химических связей кажутся архаичными, а структурная химия, для становления которой он много сделал, бурно развивается и завоёвывает всё новые и новые рубежи.

В 20-х годах ХХ века в Калтехе появился Томас Хант Морган (англ. Thomas Hunt Morgan), и его работы повлияли на заинтересованность Л. Полинга биологией. Но серьёзное внимание на биохимию, а именно на биохимию протеинов, Л. Полинг обратил только в 1934 г. и в результате многолетних исследований сформулировал теорию строения и функции белков, исследовал влияние насыщения кислородом гемоглобина на его магнитные свойства, заложил основы структурного анализа молекул протеинов.

Когда в 1936 г. умер известный американский химик Артур Нойес (англ. Arthur Noyes), вместо него деканом факультета химии и химической технологии и директором химической лаборатории в Калифорнийском технологическом институте был назначен Л. Полинг.

В это время он начал исследования атомной и молекулярной структуры белков и аминокислот с использованием рентгеновской кристаллографии (рентгенографии). Именно тогда Л. Полингом вместе с сотрудником Р.Б. Кори (англ. R.B. Corey) было обнаружено существование кристаллической структуры простейших аминокислот, но до полного изучения строения протеинов было ещё далеко.

В 1942 г. он заинтересовался вопросом взаимодействия антигена с антителом. Исследовав химическую структуру некоторых глобулинов сыворотки крови, учёный пришёл к выводу, что трёхмерные структуры антигена и его антитела являются комплементарными и, таким образом, «несут ответственность» за образование комплекса антиген-антитело, то есть антигены могут быть матрицей для соответствующего полипептида-антитела.

Позже, в 1947 г., вместе с американским генетиком Дж.У. Бидлом (англ. George Wells Beadle) выясняли механизм, благодаря которому вирус полиомиелита разрушает нервные клетки. Для этой работы они получили специальную субсидию.

В 1949 г. Лайнус Полинг начал новую работу - изучение клеточной анемии (Sickle cell anemia). Название этой наследственной болезни, которая часто приводит к летальному исходу, связано с тем, что эритроциты больного меняют свою форму, приобретая характерный серпообразный вид, и при этом теряют свойство переносить кислород.

Учёный проявил незаурядную интуицию и предположил, что эта болезнь вызывается генетическим дефектом в строении глобина - протеина гемоглобина, а именно нарушением аминокислотной последовательности в полипептидной цепи этого протеина.

Три года спустя методом электрофореза он отделил нормальный гемоглобин от дефектного и доказал, что в структуре последнего существует ошибка: один из аминокислотных остатков, а именно остаток кислой глутаминовой аминокислоты в глобине гемоглобина заменён другим остатком нейтральной аминокислоты - валин.

Это открытие подтвердило уверенность учёного в том, что аномалия гемоглобинов связана с изменениями в их протеиновом строении. Позже было установлено, что в молекуле глобина гемоглобина человека и высших животных в определённой последовательности расположены 574 аминокислотных остатка, а Л. Полинг впервые установил, что замена только одного из них ведёт к тяжёлой болезни.

Сейчас известно более 50 различных видов аномальных гемоглобинов, которые вызывают различные патологические состояния у людей.

Важным событием в истории не только биохимии белков, но и общей биохимии была публикация в 1951 г. статьи Л. Полинга и Р.Б. Кори относительно структуры протеинов, которая подвела итоги результатов их исследований на протяжении долгих 14 лет (с 1936 г.).

Использовав результаты рентгеноструктурных исследований аминокислот (значение характерных межатомных расстояний и валентных углов, величины ван-дер-ваальсовых радиусов), Л. Полинг и Р.Б. Кори провели конформационный анализ полипептидной цепи, являющейся основой структуры любого протеина. Анализ протеинов волос, шерсти, мышц, ногтей и других тканей показал, что полипептидная цепь в пространстве имеет форму спирали, позже получившей название α-спираль Полинга и Кори.

На основе рентгеноструктурных исследований для пространственного размещения полипептидной цепи авторы предложили два варианта - α-спираль и β-складчатую структуру.

Наиболее характерной для глобулярных протеинов является α-спираль, в стабилизации которой важную роль играют водородные связи, возникающие между атомом водорода, соединённым с атомом амидного азота одной пептидной связью, и карбонильным атомом кислорода четвёртой от него аминокислоты. Направлены эти связи вдоль спирали. Структура типа складчатого слоя - β-структура – образуется из зигзагообразно развёрнутых полипептидных цепей, расположенных рядом.

Эта структура формируется благодаря межцепным водородным связям, которые соединяют группы С = О и NH соседних полипептидных цепей.

Лайнус Полинг был одним из первых, кто установил значение водородных связей для биомолекул: благодаря малой энергии связи и малой энергии активации, характеризующей их образование и разрушение, водородные связи играют важную роль в реакциях, происходящих при нормальной температуре.

Важность водородных связей в структуре протеинов вряд ли можно переоценить. Л. Полингом было, пожалуй, впервые предложено современную теорию структуры нативных и денатурированных белков.

Именно в это время он ввёл и понятие о четырёх разных уровнях строения молекулы протеина: первичная структура - это последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи, вторичная - наличие и соотношение характерных фрагментов (таких, как α-спираль и β-структура), третичная - пространственное размещение атомов (или хотя бы аминокислотных остатков) благодаря их пространственным координатам – и четвертичная - присущая только протеинам, которые состоят из нескольких субъединиц (субмолекул), то есть размещение этих субмолекул в пространстве относительно друг друга.

Эти понятия были сформулированы ещё до появления данных относительно полного структурного анализа протеинов. А уже вскоре, в 1960 г., появились экспериментальные подтверждения, когда Макс Перуц (нем. Max Perutz) установил третичную структуру гемоглобина, а Джон Кендрю (англ. John Kendrew) - миоглобина, за что в 1962 г. они получили Нобелевскую премию по химии.

Выдающиеся достижения Лайнуса Полинга в области исследования химических связей в биополимерах были достойно оценены в 1954 г. Нобелевским комитетом, который удостоил его премии по химии «за исследования природы химической связи и её использования для установления структуры сложных соединений».

В Нобелевской лекции Л. Полинг сказал, что будущие химики станут «опираться на новую структурную химию, в том числе на точно определённые геометрические взаимоотношения между атомами в молекулах и строгое использование новых структурных принципов, и, благодаря этой технологии, будет достигнут значительный прогресс в решении проблем биологии и медицины химическими методами».

Исследователь Л. Полинг не принадлежал к тем учёным, которые отсиживались в «башне из слоновой кости», - его всегда интересовали вопросы влияния науки на жизнь людей и, особенно, моральная ответственность учёных за свои достижения. Он был известным общественным деятелем. Хотя в молодые годы, которые пришлись на Первую мировую войну, Л. Полинг был пацифистом, во время Второй мировой войны учёный активно включился в борьбу с фашизмом и занял официальный пост члена Национальной научно-исследовательской комиссии по обороне США.

Он работал над созданием нового ракетного топлива и поиском новых источников кислорода для подводных лодок и самолётов, а также для поддержки новорождённых и людей во время хирургических операций под анестезией, много сделал для разработки заменителей крови для военных и гражданских.

Вклад Л. Полинга в победу над фашизмом был отмечен государственной медалью «За выдающиеся заслуги перед Соединёнными Штатами», которую ему лично вручил Президент Г. Трумэн в 1948 году.

Но после атомной бомбардировки Соединёнными Штатами в 1945 г. городов Хиросимы и Нагасаки в Японии Л. Полинг вместе с А. Эйнштейном и другими известными в мире учёными включился в борьбу за прекращение испытаний и запрет производства ядерного оружия.

Он подчёркивал генетическую опасность для человечества испытаний в атмосфере (воздухе), выступал против разработки водородной бомбы в США, стал одним из активных основателей Пагуошского движения учёных (англ. Pugwash Conferences on Science and World Affairs) за научное сотрудничество и международную безопасность.

Против ядерных испытаний выступило 11 тыс. учёных из 49 стран мира, среди которых было 52 Нобелевских лауреата. Деятельность Л. Полинга способствовала тому, что сначала все ядерные государства добровольно прекратили ядерные испытания в атмосфере, а в 1963 г. подписали между собой соответствующий договор.

Во время так называемой «холодной войны» антивоенная деятельность Л. Полинга противоречила официальной линии США; Л. Полинга дважды вызывали в комиссию по национальной безопасности, и он стал «невыездным» из-за своих политических взглядов. Поэтому награждение его Нобелевской премией мира в 1963 г. (за 1962 г.) стало для Л. Полинга большой моральной поддержкой.

Во вступительной речи от имени Норвежского Нобелевского комитета Гуннар Ян заявил, что Л. Полинг «постоянно проводил кампанию не только против испытаний ядерного оружия, не только против распространения этих видов вооружения, не только против их использования, но против любых военных действий для решения международных конфликтов».

А в своей Нобелевской лекции, которую Л. Полинг назвал «Наука и мир» («Science and Peace»), он выразил надежду, что договор о запрещении ядерных испытаний положит «начало серии договоров, которые приведут к созданию нового мира, где возможность войны будет навсегда исключена».

Ещё в начале 60-х годов ХХ века Л. Полинг исследовал проблему наркоза и предложил свою гипотезу относительно механизма действия анестетиков. В то же время его заинтересовала возможность использования витамина С и других витаминов в лечении и профилактике различных заболеваний - от простудных до онкологических.

Учёный и его жена сами регулярно принимали витамин С (3 г аскорбиновой кислоты в сутки). В монографии «Витамин С и простуда» («Vitamin C and the Common Cold»), которая вышла в 1973 г., Л. Полинг обобщил практические свидетельства и теоретические выкладки в поддержку терапевтических свойств витамина С.

В начале 1970-х годов Л. Полинг сформулировал теорию «ортомолекулярной медицины» (термин Л. Полинга), основная идея которой заключалась в использовании витаминов, аминокислот и других присутствующих в организме веществ для корректировки состава внутренней среды и лечения заболеваний.

Для продолжения исследований терапевтических свойств витаминов, в том числе и для лечения онкологических заболеваний, Л. Полинг в 1973 г. создал Научный институт ортомолекулярной медицины в Калифорнии. Через некоторое время институт получил новое название - Научно-исследовательский институт науки и медицины имени Лайнуса Полинга.

В течение первых двух лет он был его президентом, а затем стал профессором. В 1979 г. Л. Полинг опубликовал книгу «Рак и витамин С» («Cancer and Vitamin C»), в которой утверждал, что использование значительных доз витамина С продлевает жизнь и облегчает состояние больных определёнными видами рака. Правда, авторитетные исследователи онкологических заболеваний не считают аргументы Л. Полинга верными.

То, что Л. Полинг, который с 38-летнего возраста страдал тяжёлыми хроническими заболеваниями, до 93 лет сохранил творческую активность, бодрость, энтузиазм, огонь в сердце и глазах, заставляет поверить, что он знал, «Как прожить дольше и чувствовать себя лучше» («How to Live Longer and Feel Better») - это название его последней книги, вышедшей в 1986 г. Всего Л. Полинг написал более тысячи научных статей, а также много монографий и учебников.

19 августа 1994 году на своем ранчо в Биг Сур (Калифорния) ушёл из жизни выдающийся химик ХХ века, которого по широте интересов и творческим достижениям сравнивают с Леонардо да Винчи.

Именем Полинга назван астероид. В Орегоне существует Институт Лайнуса Полинга, где хранят рукописи учёного и делают их доступными для изучения и анализа.

Наконец, следует ещё раз подчеркнуть, что, в отличие от большинства учёных, которые создают для себя определённую научную нишу, Лайнус Полинг имел чрезвычайно широкий диапазон интересов - квантовая механика, кристаллография, структурная химия, анестезия, иммунология, медицина, эволюция и тому подобное.

И во всех этих областях, особенно в смежных, он видел, где спрятаны проблемы, и, опираясь на последние научные факты и свою феноменальную память, делал важные и решающие открытия.

Наиболее известным, особенно для биохимиков, он стал благодаря изучению химических связей, открытию основных элементов вторичной структуры белков - α-спирали и β-структуры, а также благодаря первой идентификации молекулярного (генетического) заболевания - серповидноклеточной анемии.

Л. Полинга можно по праву назвать также одним из основателей молекулярной биологии в прямом смысле этого слова. Он занимался ею в то время, когда этого понятия ещё не существовало. Он близко подошёл к определению структуры «двойной спирали» ДНК, хотя Джеймс Ватсон (англ. James Watson) и Фрэнсис Крик (англ. Francis Crick) опередили его.

В жизни этого универсального учёного, мыслителя-гуманиста отразились как важнейшие научные открытия ХХ века, так и его политические, иногда трагические коллизии.

Литература

1. Полинг (Pouling), Лайнус К. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: М-Я: Пер. с англ. – М.: Прогресс, 1992. – С. 232–237.
2. Каховский Л. Химик ХХ века. – Химия и жизнь. – 1995, № 7. – С. 8–15.
3. Лайнус Полинг – величайший химик ХХ столетия (к 100-летию со дня рождения).

Р.П. Виноградова, доктор биологических наук, профессор,
В.М. Данилова, кандидат биологических наук,
Е.Г. Виноградова, кандидат биологических наук