Biochemici - Rusko

OPVK CZ.1.07/2.2.00/28.0184
Historie biochemie
KBC/HIBC
prof. Mgr. Marek Šebela, Ph.D.
LS 2014/2015
Historie biochemie v Rusku
Alexandr Michajlovič Butlerov
(1828-1886)
Butlerov byl ruský chemik, tvůrce teorie
chemické struktury organických sloučenin,
zakladatel „butlerovské školy“ ruských
chemiků, vědec a včelař. Narodil se v
rodině statkáře, vysloužilého důstojníka
Vlastenecké války r. 1812. V l. 1844-1849
studoval na univerzitě v Kazani. Jeho
profesory byli K. K. Klaus (1796-1864) a
N. N. Zinin (1812-1880). Od r. 1849 tam
byl vyučujícím, pak mimořádným profesorem
(1854)
a
konečně
řádným
profesorem chemie (1857). V l. 1860-1863
byl dvakrát i rektorem.
Doktorát získal v r. 1854 na Moskevské univerzitě („etherické oleje“).
Podnikl cestu do zahraničí (1857-1858), kde se poznal s A. Kekulém
(1829-1896) a E. Erlenmeyerem (1825-1909). V l. 1868-1885 byl
profesorem chemie na univerzitě v Petrohradu. Od 70. let 19. stol. byl na
různých úrovních členem Petrohradské akademie věd. Byl také členem
mnoha vědeckých společností doma i v zahraničí. V období 1878-1882
předsedal Oddělení chemie Ruské chemické společnosti.
V Paříži u Charlese A. Würtze (1817-1884) pracoval experimentálně,
objevil nový způsob přípravy methyljodidu, syntetizoval hexamethylentetramin (urotropin) a také polymer formaldehydu, který po reakci
s vápennou vodou poskytl sacharid
Butlerov předpokládal interakci atomů, každý atom měl mít určité množství
„chemické síly“, se kterou se účastní tvorby sloučenin. Vysvětlil jev
isomerie, totiž že izomery jsou sloučeniny, které mají stejné základní
složení, ale odlišnou chemickou strukturu. Předpokládal, že vlastnosti látek
jsou určovány jejich strukturou, tedy vzájemným ovlivňováním atomů. Díky
tomu mají atomy podle svého okolí různý „chemický význam“. Jeho žáky byli
Vladimir V. Markovnikov (1837-1904) a Alexandr N. Popov (1840-1881).
Jejich jejich úvahy se odrazily ve formulování řady pravidel.
Teoretické úvahy Butlerova o chemické struktuře našly odezvu i v jeho
experimentální činnosti. Popsal existenci řetězcových a polohových izomerů.
Získal terciární butylalkohol, určil jeho strukturu. V r. 1864 předpověděl
existenci dvou butanů a tří pentanů, a později isobutylenu.
Na základě teorie chemické struktury se Butlerov systematicky věnoval
polymeraci. Jeho pokračovatelé pak problematiku úspěšně rozvíjeli. Sergej
V. Lebeděv (1874-1934) tak objevil postup pro průmyslovou výrobu
syntetického kaučuku.
Pamětní deska Butlerovovi na Vasiljevském ostrově v Petrohradu
Kliment Timirjazev
(1843-1920)
Timirjazev byl přírodovědec, fyziolog, fyzik,
konstruktér přístrojů, profesor moskevské
univerzity, zakladatel ruské a britské školy
rostlinné fyziologie. Byl členem akademií věd v
Rusku a Královské společnosti, člen vědeckých
společností. Měl čestné doktoráty ze západních
univerzit (Cambridge, Glasgow, Ženeva). Osobně
se setkal a spolupracoval s C. Darwinem (18091882). Narodil se v Petrohradě v rodině
senátora. jeho matka byla Angličanka, znal rusky,
anglicky, německy a francouzsky. V r. 1860
nastoupil na univerzitu v Petrohradě, dokončil ji
v r. 1865 jako externí student (v r. 1861 byl
vyloučen za účast na studentských schůzích).
Jeho názory byly ovlivněny filozofy a revolučními demokraty (Gercen,
Černyševskij), Mendělejevem, Mečnikovem aj. V r. 1868 byl univerzitou poslán
do Německa a Francie na stáž k přípravě na kariéru profesora. Pracoval v
laboratořích významných vědců (G. Kirchhoff, H. von Helmholtz, R. von
Bunsen, P. Berthelot, J. Boussingault, W. Hofmeister).
V. l. 1870-1892 učil na zemědělské a lesnické akademii (nyní nese jeho
jméno). V r. 1871 se tam stal mimořádným a v r. 1875 řádným profesorem.
Jeho kandidátské práce se věnovaly chlorofylu a asimilaci světla
rostlinami. V r. 1878 se stal profesorem moskevské univerzity, odkud ale v
r. 1911 odešel na protest proti ministru vzdělávání Kassovi (omezení práva
profesorů vychovávat své nástupce). Po říjnové revoluci mu byl vrácen
post, ale kvůli nemoci se tam nevrátil. Poslední léta života strávil
publicistikou a účastí ve veřejném životě.
Jeho výzkum se prvotně týkal fotosyntézy. Konstruoval přístroje, zabýval
se vlnovou délkou absorbovaného světla. Objevil, že asimilace CO2
rostlinami souvisí se světelnou energií. Pochopil důležitost chlorofylu v
tomto procesu a poukázal na jev světelné saturace při fotosyntéze.
Rozpoznal význam rostlinné fyziologie a agrochemie pro zemědělství. Na
pokusných polích studoval vliv minerálních hnojiv na výnos. V r. 1872 navrhl
vybudování skleníku, prvního v Rusku. Byl jedním z prvních, kdo v Rusku
propagoval myšlenky darwinismu, přednáškami a autorstvím knih. Myšlenku
evoluce rozvíjel v souvislosti s fotozyntézou (zákon přírodního výběru,
adaptivní evoluce). Psal popularizační knihy, např. Život rostlin (1878).
Vědu spojoval s mírovými a demokratickými myšlenkami, proto přivítal
říjnovou revoluci a navzdory nemoci se politicky angažoval pro nový režim.
Sergej Nikolajevič Vinogradskij
(1856-1953)
FEMS Microbiol Rev 36 (2012) 364–379
Vinogradskij byl rusko-ukrajinský mikrobiolog, a
ekolog, průkopník definice biogeochemického
cyklu (koloběh látek). Narodil se v Kyjevě a v r.
1875 začal studovat hru na piano na konzervatoři
v Petrohradě. V r. 1877 však na univerzitě začal
studovat chemii a botaniku. Magisterský titul z
botaniky získal v r. 1884. Od r. 1885 pracoval ve
Štrasburku u německého botanika Antona de
Baryho (1831-1888), který je považován za
zakladatele fytopatologie a moderní mykologie –
Bary studoval např. houbu Phytophthora
infestans, původce devastační bramborové plísně
a vysvětlil její životní cyklus.
Vinogradskij se prosadil ve studiu sirných baktérií. V r. 1888 přesídlil do
Curychu, kde započal s výzkumem procesu nitrifikace. Identifikoval rody
Nitrosomonas a Nitrosococcus, které oxidují ammonium na dusitan, a také
Nitrobacter, oxidující dusitan na dusičnan.
Pro období 1891–1905 se vrátil do Petrohradu, kde vedl oddělení všeobecné
mikrobiologie Ústavu experimentální medicíny; tehdy identifikoval
obligátního anaeroba Clostridium pasteurianum, který může fixovat
vzdušný kyslík. V r. 1901 byl jmenován čestným členem Moskevské
společnosti přírodovědců a vr. 1902 členem-korespondentem Francouzské
akademie věd.
Předčasně penzionován byl v r. 1905. V r. 1922 přijal nabídku vést oddělení
zemědělské bakteriologie na Pasteurově ústavu – pokusné stanici v BrieComte-Robert, asi 30 km od Paříže. V té době pracoval na četných
tématech jako železnaté baktérie, nitrifikačních baktériích, fixaci dusíku
baktérií Azotobacter, baktériích rozkládajících celulosu a kultivačních
metodách pro půdní mikroorganismy. Vinogradskij odešel z aktivního života
v r. 1940 a zemřel v Brie-Comte-Robert v r. 1953.
Vinogradskij je znám pro definování řady cyklů koloběhu látek či jejich
částí: bakteriální redukce síry (jako první popsal litotrofii), cyklus koloběhu
dusíku. Objevil chemoautotrofii (chemosyntézu), tedy schopnost organismů
získávat energii z anorganických sloučenin spolu se získáváním uhlíku z
oxidu uhličitého. Předtím se myslelo, že je to možné výhradně ze světla
(fotoautotrofie).
Vinogradského sloupec je jednoduché zařízení pro kultivaci širokého
spektra mikroorganismů. Jde o skleněnou kolonu naplněnou zčásti bahnem z
rybníka, vodou a zdrojem uhlíku (celulosa – novinová papír, seno), vápníku
(drcené skořápky) a síry (sádra, vaječný žloutek). Inkubování na slunci po
dobu v řádu měsíců vede k tvorbě aerobně-anaerobního gradientu, stejně
jako sulfidového gradientu. V živinách rostou baktérie rodů Clostridium,
Desulfovibrio, Chlorobium, Chromatium, Rhodomicrobium a Beggiatoa,
stejně jako další baktérie, sinice a řasy.
Alexej Nikolajevič Bach
(*17. 3. 1857 - †13. 5. 1946)
Narodil se v rodině zaměstnance
lihovaru v Poltavské oblasti. Od
deseti let navštěvoval gymnázium v
Kyjevě, měl nadání pro jazyky
(francouzština, němčina, angličtina).
V r. 1875 začal studovat na
Kyjevské univerzitě (Fakulta fyziky
a matematiky). Při studiu si
přivydělával doučováním. V r. 1878
byl ze studií vyloučen pro účast na
studentských nepokojích a poslán
do vyhnanství, kde onemocněl
tuberkulózou. V r. 1882 se vrátil ke
studiu do Kyjeva, připojil se však k
organizaci socialistických revolucionářů a musel pro své aktivity
přejít do ilegality.
Applied Biochemistry and Microbiology,
43, 475-480, 2007.
V r. 1885 emigroval do Paříže, kde využil znalosti jazyků. Pracoval v kanceláři
při vědeckém časopisu Moniteur Scientifique, což mu umožnilo udržet si
kontakt s vědou, zejména v oblasti chemie. Léčil se s tuberkulózou ve
Švýcarsku, v r. 1890 se oženil.
V l. 1890-94 pracoval v laboratoři anorganické chemie na Francouzské koleji,
posléze se s rodinou kvůli zdraví přesunul do Ženevy, jeho žena měla
lékařskou praxi a on soukromou laboratoř. V období 23 let publikoval více
než 80 prací a získal čestný doktorát univerzity v Lausanne za studie
respirace a oxidoredukčních enzymů.
Jeho teorie asimilace CO2 při fotosyntéze zahrnovaly oxidačně-redukční
reakce a uvolňování kyslíku z vody. Odmítl přijímanou hydrolytickou roli
tyrosinasy a poukázal na oxidoredukční vlastnosti, její oxygenasová
(kresolasová) a oxidační (katecholasová) aktivita byly prokázány až později.
U reakcí enzymových reakcí využívajících kyslík se zabýval tvorbou H2O2 a
peroxidací substrátů. Od objevu r. 1819 byl peroxid vodíku považován za
toxickou látku, ale je už známo, že se v buňce tvoří fyziologicky, např. při
obranných reakcích. Ve věku 60ti let se v r. 1917 vrátil do Ruska.
V r. 1918 zorganizoval první ústav, Centrální chemickou laboratoř (nyní
Karpovův ústav fyzikální chemie), která měla poskytovat servis
pro
chemický průmysl. Až do své smrti byl ředitelem tohoto ústavu, ze kterého
postupně povstaly další (uhlí a nafta, umělá vlákna, umělé hmoty).
V r. 1921 začal Bach s organizováním biochemického ústavu podporovaného
lidovým komisařem pro zdravotnictví. Šlo o první biochemické pracoviště na
území Ruska, kde pracovali mj. Alexandr I. Oparin (1894-1980), Vladimir
A. Engelhardt (1894-1984), Sergej E. Severin (1901-1993) a Alexander
E. Braunstein (1902-1986).
V r. 1935 byl Bachem a Oparinem založen Biochemický ústav Akademie věd
SSSR, který byl v r. 1944 pojmenován po A. N. Bachovi.
Zde Bach pracoval i v pokročilém věku například v oblasti kvantitativních
charakteristik krve za účelem diagnostiky nemocí, což zahrnovalo měření
aktivit enzymů. Dalším předmětem zájmu byla charakterizace enzymů v
pšeničném zrnu pro zlepšení kvality mouky, či metodiky pro kontrolu kvality
čaje. V r. 1936 založil Bach časopis Biochimija a stal se jeho prvním
šéfredaktorem. Byl poslancem Nejvyššího sovětu, měl poradní funkce, byl
předsedou Mendělejevovy všesvazové chemické společnosti. Získal mnoho
sovětských řádů a ocenění.
Lina Solomonovna Stern
(*26. 8. 1878 - † 7. 3. 1968)
L. Stern byla ruská biochemička a fyzioložka,
která je známa pro svou průkopnickou práci
na tématu hematoencefalické bariéry (1921).
Narodila se v městě Liepája (dnes Lotyšsko)
do židovské rodiny. Studovala v Ženevě, v r.
1918 se stala první ženou, která získala
postavení profesora (chemická fyziologie).
Věnovala se výzkumu buněčné oxidace,
(polyfenoloxidasa). V r. 1925 odešla pod
vlivem A. N. Bacha do SSSR. Zde učila a
vědecky pracovala, působila na několika
ústavech. Angažovala se ve veřejné činnosti.
V l. 1929-48 byla ředitelkou Fyziologického ústavu Akademie věd SSSR.
Pod jejím vedením se víceoborové vědecké skupiny věnovaly výzkumu
hematoencefalické a histohematické bariéry. Výsledky jejich práce byly
zavedeny do klinické praxe a za války zachránily tisíce životů. Pracovali
také na problematice dlouhověkosti a spánku. V r. 1939 se stala první ženou,
která byla řádným členem Akademie věd SSSR.
Po skončení druhé světové války se stala členkou antifašistických výborů
(sovětských žen a Židovského antifašistického výboru, JAC). JAC byl
zlikvidován v lednu 1949. Všichni členové byli odsouzeni k smrti včetně tehdy
74leté Stern (1952). V jejím případě byl však rozsudek později změněn na
vězení (3,5 roku) a 5ti leté vyhnanství. Byla jediným z patnácti členů
Výboru, který přežil uvěznění. Po Stalinově smrti se mohla vrátit do Moskvy.
V l. 1954-68 řídila fyziologické oddělení na Biofyzikálním ústavu.
Hematoencefalická bariéra („blood-brain barrier“, BBB) odděluje vnitřní
prostředí mozku obratlovců od cévního systému v těle a umožňuje jen
omezený transport látek mezi mozkovou tkání a krví. Přes BBB mohou volně
přecházet látky rozpustné v tucích a plyny (zejm. kyslík a oxid uhličitý), také
hormony. Všechny ionty a látky rozpustné ve vodě se však musí aktivně
transportovat přes buněčné membrány za spotřeby energie. Díky tomu může
být výměna látek mezi krví a mozkovým tkáňovým mokem regulována. Objev
BBB je spojen především se jmény Paul Ehrlich (1854-1915), Edwin
Goldmann (1862-1913), Max Lewandowsky (1876-1918). Existence BBB je
dána těsným spojením buněk endothelu u CNS kapilár, která omezují průchod
rozpuštěných látek. Mozkové infekce jsou proto velmi vzácné
Některé části mozku jsou mimo BBB (na straně krve).
Selman Abraham Waksman
(1888-1973)
Waksman byl americký biochemik a mikrobiolog
židovského původu. Narodil se na Ukrajině. Jeho
studium půdních mikroorganismů vedlo k objevu
streptomycinu a dalších antibiotik. Byl profesorem
biochemie na Rutgersově univerzitě (NJ, USA).
Kromě vlastních objevů také zavedl postupy, které
později vedly k odhalení dalších antibiotik. Díky
financím získaným z patentů byl nadací vybudován
Waksmanův mikrobiologický ústav (RU campus,
Piscataway, NJ). Za objev streptomycinu obdržel
v r. 1952 Nobelovu cenu za medicínu.
Z Ruska Waksman emigroval v r. 1910 krátce po maturitě na gymnáziu v
Oděse. O šest let později se stal americkým občanem. Navštěvoval
Rutgersovu kolej (nyní RU). Během studia pracoval u J. G. Lipmana (18741939), který byl profesorem zemědělské chemie a vědcem na poli půdní
chemie a bakteriologie (zemědělská pokusná stanice při RU). Získal místo
výzkumného pracovníka na Kalifornské univerzitě v Berkeley a tamtéž také
doktorát z biochemie (1918).
Později nastoupil na katedru biochemie a mikrobiologie na RU. Zde se svým
týmem objevil několik antibiotik, včetně aktinomycinu, clavacinu,
streptothricinu, streptomycinu, neomycinu, griseinu, fradicinu, candicidinu,
candidinu a dalších. Dvě z těchto látek, streptomycin a neomycin, našly
rozsáhlé uplatnění při léčbě řady infekčních onemocnění. Streptomycin byl
prvním antibiotikem použitým k léčbě tuberkulózy. Waksman vymyslel i
samotný termín antibiotika. Kromě Nobelovy ceny získal po r. 1940 celou
řadu dalších ocenění. Zemřel v r. 1973. Na náhrobním kamenu jeho hrobu je
nápis "Selman Abraham Waksman: Scientist" s daty a upraveným citátem z
bible "The earth will open and bring forth salvation", Isaiáš 45:8.
Objev streptomycinu a jeho použití nebylo výhradní zásluhou samotného
Waksmana. Jeho výlučné autorství bylo zpochybněno Albertem Schatzem
(1920-2005), což vedlo k soudnímu sporu. Výsledkem bylo finanční vyrovnání
a přiznání spoluobjevitelství. Schatz byl Waksmanovým studentem (Ph.D.
získal na RU v r. 1945). Když byl za války ve vojenské službě v laboratoři
nemocnice v Miami, inspirovalo ho utrpení vojáků s infekcemi rezistentními
vůči penicilinu k izolování půdních baktérií inhibujících rezistentní mikroby.
Vzorky slibných kmenů zaslal Waksmanovi. Od r. 1943 pracoval u Waksmana
na RU a během tří měsíců izoloval dva kmeny aktinobaktérií s požadovaným
účinkem. Jeho podíl na izolaci strepromycinu ze Streptomyces griseus a
zjištění účinku proti tuberkulóze je nesporný.
Streptomycin patří do skupiny aminoglykosidů. Nemůže být podáván
orálně, pouze injekcne do svalu či intravenosně. Postranní účinky jsou
nefrotoxicita, ototoxicita aj.
Mechanismus účinku spočívá v inhibici proteosyntézy. Streptomycin se
váže na 16S rRNA v 30S podjednotce bakteriálního ribosomu čímž je
ovlivněna vazba formyl-methionyl-tRNA, tvoří se nestabilní komplex
mRNA-ribosom a dochází k chybnému čtení genetického kódu. Konečným
důsledkem je buněčná smrt mikroba. Inhibuje jak G+, tak G- bakterie,
jde o širokospektrální antibiotikum.
Boris Pavlovič Bělousov
(1893-1970)
Bělousov byl sovětský chemik a biofyzik,
který objevil Bělousov-Žabotinského reakci.
Jeho práce započala obor moderní nelineární
chemické dynamiky.
Jeho rodina byla zaměřena proti carovi, po
revoluci 1905 byli uvězněni a donuceni opustit
zemi. Usadili se v Curychu, kde B. Bělousov
studoval chemii. Po návratu do Ruska na
začátku 1. sv. války nebyl přijat k vojsku,
avšak pracoval ve vojenské laboratoři v
Petrohradu pod vedením V. Ipaťjeva (18671952) zaměřené na chemické zbraně a
metody ochrany proti nim.
Později získal místo v laboratoři biofyziky při ministerstvu zdravotnictví
SSSR, kde pracoval v oblasti toxikologie. Při hledání anorganické analogie
citrátového cyklu objevil oscilační chemickou reakci. Svoje výsledky se
marně snažil opublikovat. Později za přispění S. E. Šnola (*1930)
dopracoval Anatolij Žabotinskij (1938-2000) potřebné experimenty.
Bělousov chtěl kolem r. 1950 modelovat Krebsův cyklus s kyselinou
citronovou s cerem namísto kovových iontů v enzymech živých buněk. Ve
zkumavce měl roztok kyseliny citronové a malonové s okyseleným
bromičnanem jako oxidantem a žlutými ceričitými ionty jako katalyzátorem
Roztok osciloval mezi bezbarvým a žlutě zbarveným po dobu jedné hodiny
za uvolňování oxidu uhličitého. Reakce se zastaví při vyčerpání oxidantu
(bromičnan) nebo organického substrátu (citronová kyselina). Důvodem je
oscilující poměr Ce(IV)/Ce(III), přičemž Ce(III) vznikající redukcí Ce(IV)
organickou kyselinou, je reoxidován bromičnanem.
3CH2(COOH)2 + 4BrO3- → 4Br- + 9CO2 + 6H2O
Žabotinskij pracoval na studiu reakce jako student biochemie na Moskevské
státní univerzitě v l. 1961-62. Ačkoli s Bělousovem konzultoval výsledky
korespondečně, osobně se nikdy nepotkali. V angličtině byly výsledky
publikovány teprve na konci 60. let 20. stol. (konference v Praze, 1968).
Dnes je známo více takových oscilujících reakcí, společné je kyselé
prostředí a přítomnost bromu. Význam těchto reakcí je v tom, že ukazují,
že se chemické reakce nemusí chovat podle rovnovážné termodynamiky. Jde
tak o zajímavé modely biologických nerovnovážných systémů.
https://www.youtube.com/results?searc
h_query=belousov-zhabotinsky+reaction
Alexandr Ivanovič Oparin
(*18. 2. 1894 – †21. 4. 1980)
Oparin byl ruský a sovětský biochemik a
biolog. Známý je pro své nepotvrzené
teorie
o
vzniku
života,
studoval
biochemické děje v rostlinné buňce s
účastí enzymů.
Narodil se v městě Uglič v Jaroslavské
oblasti. V r. 1912 absolvoval v Moskvě
gymnázium, v r. 1917 dokončil Moskevskou
státní univerzitu (MGU) na matematickofyzikální fakultě. Na MGU pak přednášel
biochemii. V l. 1930-31 byl profesorem
Moskevského
chemicko-technologické
ústavu
(nyní
Ruská
Mendělejevova
univerzita
chemické
technologie)
a
Moskevského ústavu technologie zrna a
mouky (nyní Moskevská státní univerzita
výroby potravin).
V r. 1934 získal bez disertace doktorát (biologie). V r. 1935 po boku A. N.
Bacha založil Biochemický ústav AV SSSR, kde vedl Laboratoř enzymologie,
která se později změnila na Laboratoř evoluční biochemie a subbuněčných
struktur. Do r. 1946 byl zástupcem ředitele Bacha, od r. 1946 ředitelem.
V l. 1922-24 přišel s hypotézou postupného vzniku života na zemi z
koncentrované „prebiotické polévky“ organických látek. Tyto jednoduché
organické látky (aminokyseliny, sacharidy, lipidy, nukleotidy) vznikaly z látek
anorganických (CH4, NH3, CO, CO2, SO2, HCN) působením světla, tepla a
elektrických výbojů během reakcí s vodíkem a vodní parou. S deštěm se
dostaly do kaluží, kde periodickým zakoncentrováním proběhla polymerace a
vznik makromolekul (proteiny, NA). Dalším krokem byl podle Oparina vznik
koacervátů – zárodečných kapiček, zárodků prvních buněk (objevil Holanďan
de Jong, 1932). Podmínkou byla redukční atmosféra na Zemi. Stanley Miller
(1930-2007) a Harold Urey (1893-1981) v r. 1952 provedli experiment,
kdy demonstrovali vznik aminokyselin výboji v prostředí plynů redukční
atmosféry.
S obdobnou teorií abiogeneze přes prapolévku nezávisle přišel i Brit John B.
S. Haldane (1892-1964). Dnes je teorie koacervátů opuštěna, protože
neumí vysvětlit např. vznik genetického kódu a podle nových výzkumů se
předpokládá, že atmosféra na Zemi byla jen málo redukční, spíše neutrální.
Kniha Původ života vyšla rusky 1936, anglické vydání následovalo v r. 1938.
Podle Oparina byly anaerobní heterotrofní organismy dříve než autotrofní,
protože jsou metabolicky jednodušší. Sám však s výjimkou studia koacervátů
neprováděl experimenty, aby svoje teorie potvrdil.
Ve 40. a 50. letech Oparin podporoval pseudovědecké teorie Trofima
Lysenka (1898-1976) a Olgy Lepešinské (1871-1963), tj. nauky o
dědičnosti získaných vlastnosti (jarovizace rostlin, vycházející z Lamarckovy
teorie adaptace organismu) resp. spontánního vzniku života (buněk) z
neživého materiálu. Otázkou je, zda to bylo opravdové či na tom jednoduše
záviselo jeho přežití jako vědce.
V r. 1946 se stal Oparin řádným členem Akademie věd SSSR. V l. 1942-60
byl vedoucím Katedry biochemie rostlin na MGU. Působil jako prezident
Mezinárodní organizace pro výzkum života na Zemi i v kosmu (ISSOL,
International Society for the Study of the Origin of Life) založené 1970.
Jelikož se držel stranické linie, byl oceněn řadou sovětských řádů, medailí a
ocenění (pětkrát řád Lenina). Oparinův příspěvek k biochemii však
jednoznačně spočívá v přesunu od čistě spekulativních teorií k problematice,
na které bylo možné zahájit seriózní vědecké experimenty.
Vladimír Alexandrovič Engelhardt
(*3. 12. 1894 - †10. 7. 1984)
Engelhardt byl ruský biochemik a
molekulární biolog. Jeho otec i děd z
matčiny strany byli lékaři v nemocnici
v Jaroslavli. Narodil se v Moskvě,
krátce poté se rodina vrátila do
Jaroslavle. Navštěvoval soukromou
školu a gymnázium, kde získal zájem o
fyziku a později o chemii, také o
elektrotechniku.
Zpočátku
nastoupil
ke
studiu
elektroinženýrství na polytechnice v
Petrohradu, pak ale přešel na
Moskevskou univerzitu. Zde začal
nejdříve na Matematické fakultě,
později navštěvoval chemické kurzy.
Annu. Rev. Biochem. 51, 1-20,
(1982)
Nakonec skončil na Lékařské fakultě. Navštěvoval přednášky na soukromé
Šaňjavského univerzitě, kde ho zaujalo použití chemických a fyzikálních
přístupů pro studium biologických jevů (přednášky prof. Nikolaje Kol’cova).
Hodně času při studiu věnoval práci v biochemických laboratořích, o
prázdninách praktikoval v nemocnici v Jaroslavli. Moskevskou univerzitu
ukončil v r. 1919. Během občanské války (1919-21) působil jako frontový
lékař při jezdecké divizi, prodělal těžké infekční onemocnění.
Vlastně neměl skutečné biochemické vzdělání. V r. 1921 byl ale A. N.
Bachem přizván do Biochemického ústavu při Lidovém komisařství pro
zdravotnictví. Na úvod se zabýval problematikou imunitních antienzymů, což
však nepřineslo očekávané výsledky. Výstupem byl ale objev, že protilátky
mohou vázat antigeny i po převedení z roztoku a imobilizaci na nosič.
V r. 1925 byl na stáži v Berlíně v nemocnici Charité u fyziologa Petera Rony
(Rosenfelda) (1871-1945).
Po obhajobě disertace byl v l. 1929-33
vedoucím katedry biochemie na Lékařské fakultě Kazaňské univerzity. V l.
1934-40 byl profesorem biochemie na univerzitě v Leningradu, v l. 1936-59
profesorem Moskevské státní univerzity. V l. 1935-59 byl vedoucím
laboratoře biochemie živočišné buňky na Biochemickém ústavu A. N. Bacha
AV SSSR, v l. 1944-59 vedl laboratoř biochemie živočišné buňky na
Fyziologickém ústavu I. P. Pavlova AV SSSR. Měl též vedoucí funkci na
Ústavu experimentální medicíny.
Ve 20. letech publikoval práce o antienzymech, protilátkách proti enzymům v
séru živočichů (tyto protilátky inhibují enzymovou aktivitu), například po
aplikaci fenolasy. Sledoval také antigenní vlastnosti hemoglobinu. Za
obvyklých podmínek není imunogenní, pokud je ale sérum hemoglobinem
imunizovaného zvířete navázáno na koloidní nosič, váže účinně hemoglobin z
roztoku. Podobný jev byl pozorován u invertasy.
V souladu s dobovým trendem se zajímal o metabolické procesy zahrnující
kyselinu fosforečnou. Na univerzitě v Kazani a s minimálním vybavením (kopie
Warburgova respirometru z univerzitních dílen a jednoduchý kolorimetr)
ukázal, že respirace v buňce může vést k tvorbě ATP. Šlo o historický objev
oxidační fosforylace.
Tehdy se už vědělo o tvorbě ATP v anaerobní glykolýze. Běžné bylo studium
fermentace a respirace v kvasinkách, svalových a jaterních buňkách.
Engelhardt používal ptačí erytrocyty, které obsahují jádro a na rozdíl od
savčích erytrocytů, mají intenzivní respiraci a velký obsah ATP, podobně jako
svalové buňky.
Při aerobních podmínkách je zde hladina ATP stabilní, je-li respirace
blokována (kyanid, vakuum), dojde k defosforylaci ATP a nárůstu obsahu
anorganického fosfátu. Stabilita hladiny ATP tak musí být zajištěna při jeho
štěpení v jiných reakcích současně i jeho tvorbou.
Proces nazval respirační resyntézou ATP (nyní oxidační fosforylace).
Experimenty v jiných laboratořích (H. Kalckar, V. A. Belitzer) brzy ukázaly,
že ATP je univerzálním uskladněním energie z fermentace a respirace, která je
využitelná pro zajištění fyziologických funkcí. Další výzkum s Taťjanou
Venkstern vedl k analýze ATPasové aktivity v ptačích erytrocytech. Zjistili,
že při zastavení repirace je ATP uvnitř buněk hydrolyzován asi za hodinu,
přičemž po lyzování buněk k tomu dojde téměř okamžitě. Šlo o dva typy
ATPas, přičemž jedna, účinnější, je vázána na vnějších strukturách buněk (tzv.
ekto-ATPasa), rok 1959.
Studoval se i Pasterův efekt, tedy regulace vstupu hexos do fermentačních
(tvorba laktátu) či respiračních metabolických drah v závislosti na přístupu
kyslíku. Výchozím předpokladem byla oxidační inaktivace enzymů glykolýzy. Se
studentem Nikolajem Sakovem sledoval reakci enzymů s redoxními barvivy.
Zjistili, že není inhibována hexokinasa, isomerasa ani aldolasa, ale zasažena
je fosfofruktokinasa, která je inhibována i oxidovadly jako je jod, peroxid
vodíku, dehydroaskorbová k. aj. Stejný efekt měl na fosfofruktokinasu i
oxidovaný cytochrom v přítomnosti cytochromoxidasy.
Klíčovým místem pro přepínání mezi oxidací a fermentací je hexosa-6fosfát. Vznikne-li fruktosa-1,6-bisfosfát, proběhne glykolýza, dojde li na
C1 k oxidaci namísto fosforylace, probíhá oxidace glukosy.
V r. 1941 doktorand Sakov padl u Stalingradu a výsledky vyšly až v r. 1943 v
ruskojazyčném časopisu Biochimija a byly tudíž neznámé na mezinárodním
poli, proto došlo k jejich nezávislému objevu J. V. Passoneau a O. H.
Lowrym na poč. 60. let.
Nejvýznamnější byly práce na studiu svalové kontrakce. V té době už bylo
jasné, že zdrojem energie pro svalovou práci je štěpení ATP (E.
Lundsgaard, H. Kalckar, F. Lipmann). Engelhardt studoval ATPasovou
aktivitu. Pokusy získat ATPasu ve vodných extraktech svalové tkáně však
selhaly. Vědělo se přitom, že ATP přidaný k rozdrcené svalové tkáni se
okamžitě štěpí. Na řadu tedy přišel nerozpustný podíl, který extrahovali s
manželkou M. N. Ljubimovovou roztokem s velkým obsahem soli, stejným
jakým se extrahoval kontraktilní protein myosin.
http://michaeldmann.net/mann14.html
ATPasová aktivita tak byla nalezena v myosinové frakci, i další vlastnosti
myosinu se kryly s ATPasovou aktivitou (teplotní labilita) Výsledek byl
publikován v časopisu Nature v r. 1939. Enzymové vlastnosti tak byly
připsány proteinu, který má důležitou strukturní funkci.
Zajímavé bylo zjištění toho, že ATP jako substrát ovlivňuje strukturu
myosinu (bilaterální interakce) změnou jeho fyzikálního stavu v čemž
spočívá princip svalové kontrakce. Nové detaily do funkce svalových
proteinů přinesl objev aktinu (Brunó Ferenc Straub, 1914-1996,
Maďarsko).
Engelhardt působil jako místopředseda v Mezinárodní radě vědeckých
společností (ICSU). Byl zakladatelem Ústavu molekulární biologie AV SSSR
v r. 1957 (ve skutečnosti fungoval od r. 1959) a jeho dlouholetým ředitelem
až do své smrti. Tento ústav nese od r. 1988 jméno Engelhardtův (v době
svého vzniku se jmenoval Ústav radiační a fyzikálně chemické biologie, a to
až do r. 1964; termín „molekulární biologie“ tehdy nebyl v SSSR
akceptovatelný).
Jeho jediným koníčkem mimo profesi byla vysokohorská turistika.
Sergej Jevgenijevič Severin
(*21. 12. 1901 – †15. 8. 1993)
Severin byl sovětský biochemik, akademik
AV SSSR.
Od r. 1932 byl profesorem Moskevské
státní univerzity (MGU) a 3. Moskevského
ústavu medicíny. Po válce poté pracoval v
dalších vedoucích funkcích na ústavech při
Akademii medicínských věd.
Jeho učitelem byl Vladimir Sergejevič
Gulevič (1867-1933), objevitel karnitinu
a antioxidačního peptidu karnosinu ve
svalové tkáni.
Byl jedním ze zakladatelů Katedry
biochemie na Biologické fakultě MGU,
která vznikla nejdříve jako laboratoř r.
1935 a osamostatnila se v r. 1939.
Zdroj: Wiki (RU)
V. S. Gulevič, zdroj Wiki
Katedru vedl Severin 50 let, na odpočinek odešel ve věku 88 let. Byl též
šéfredaktorem časopisu Biochimija. Funkci karnosinu popsal Severin v r.
1953, kdy zjistil, že jeho přídavek ke svalu zvyšuje schopnost kontrakce po
elektrické stimulaci. V přítomnosti karnosinu se také hromadí více laktátu
díky neutralizaci pH. Ve studiích funkcí karnosinu se tvrdošíjně pokračovalo
až do 80. let, kdy Severinovi žáci objevili jeho antioxidační vlastnosti a
omezenou funkci neurotransmiteru.
Andrej Nikolajevič Bělozerskij
(1905-1972)
Успехи биологической химии,
т. 45, 2005, с. 455—462
Bělozerskij byl sovětský biolog a biochemik,
jeden ze zakladatelů molekulární biologie v
bývalém SSSR, člen a funkcionář Akademie věd.
Narodil se v Taškentu v rodině úředníka. Po smrti
rodičů skončil v r. 1913 v sirotčinci, od r. 1917 žil
u tety. V r. 1921 nastoupil na matematickofyzikální fakultu Středoasijské státní univerzity
v Taškentu. Pod vedením biologa a biochemika A.
V. Blagověščenského (1889-1982) napsal první
práci o extraktech listů horských rostlin. Po
absolutoriu v r. 1930 byl pozván na Moskevskou
státní univerzitu, kde založil katedru rostlinné
biochemie. V r. 1943 obhájil disertační práci.
Izoloval DNA z hrachu (1934), jiných rostlin a baktérií. Zjistil také, že
poměr AT (U)/GC v RNA baktérií je nezávislý na složení DNA. Založil
laboratoře pro studium antibiotik (později laboratoř biochemie
mikroorganismů) na Ústavu biochemie A. N. Bacha AV SSSR (katedra
virologie) na Biologické fakultě Mosk. stát. univerzity a laboratoř
bioorganické chemie (od r. 1991 Ústav fyzikálně-chemické biologie A. N. B.)
Michael Doudoroff
(1911-1975)
Kresge et al. J Biol. Chem. 280, e24-e25.
Michael Doudoroff byl Američan, ale pocházel z
Ruska. Narodil se v Petrohradě, jeho otec v roce
1917 působil v Kerenského prozatímní vládě. Po
šestileté emigraci v Tokiu odešel s rodiči do San
Franciska (1923). Od roku 1929 studoval biologii
na Stanfordově univerzitě, specializoval se na
bakteriologii a protozoologii, přestože již od
mládí nacházel zálibu v entomologii.
Doktorát (1934-1939) věnovaný adaptaci baktérie E. coli na podmínky
prostředí se zvýšenou koncentrací solí absolvoval v námořní laboratoři
Stanfordovy univerzity - Hopkins Marine Station – ve městě Pacific
Grove pod vedením holandského mikrobiologa Cornelia Bernarda van
Niela, který proslul svými objevitelskými příspěvky k pochopení procesu
fotosyntézy, neboť poprvé demonstroval, že jde o redoxní proces
vyžadující přítomnost světla. Experimenty C. B. van Niela naznačovaly, že
voda je při fotosyntéze donorem vodíku pro redukci oxidu uhličitého na
buněčný materiál a je oxidována na molekulový kyslík. Tyto předpovědi
později rozpracoval a potvrdil Robin Hill.
Doudoroff byl van Nielovým asistentem ve výuce mikrobiologie a věnoval se
světélkujícím baktériím. Významné byly experimenty potvrzující roli
riboflavinu v bakteriální luminiscenci. Později Doudoroff izoloval novou
baktérii (Pseudomonas saccharophila) a prokázal, že je schopna oxidovat
mono-, di- i polyasacharidy. Sacharosa byla oxidována mnohem rychleji než
glukosa či fruktosa, tedy samotné složky zmíněného disacharidu. Šlo tehdy
o překvapivý objev, protože většina baktérií oxiduje di- a polysacharidy až
po jejich hydrolýze na monosacharidové stavební jednotky. Vysvětlení bylo
nalezeno v chybějících permeasách pro monosacharidy u P. saccharophila.
Od r. 1940 působil Doudoroff jako bakteriolog na Kalifornské univerzitě
v Berkeley. Spolu s Nathanem Oramem Kaplanem (1917-1986) a Williamem
Zevem Hassidem zjistil, že extrakty z P. saccharophila umožňují
rovnovážnou přeměnu sacharosy a anorganického fosfátu na glukosa-1fosfát a fruktosu. S použitím reverzní reakce připravil Doudoroff
synteticky sacharosu. Když nahradil fruktosu v reakční směsi D-ketoxylosou
nebo L-sorbosou, vznikla nová analoga sacharosy. Následně purifikoval
sacharosafosforylasu z P. saccharophila a studoval mechanismus jejího
působení s pomocí radioaktivně značeného fosfátu. Tato transglukosidasa
přenáší glukosový zbytek z donoru (sacharosa, glukosa-1-fosfát) na vhodný
akceptor (fruktosa, anorganický fosfát). Doudoroff také objevil
maltosafosforylasu z Neisseria meningitides.
Klíčovým v jeho práci se stalo téma oxidační degradace sacharidů v P.
saccharophila. Spolu s Nathanem Entnerem se věnovali oxidaci glukosy
značené radioaktivním izotopem 14C. Zjistili, že glukosa se fosforyluje na
glukosa-6-fosfát a dále oxiduje na 6-fosfoglukonovou kyselinu. Její
štěpení vede k produkci pyruvátu a glyceraldehyd-3-fosfátu, přičemž
klíčovým meziproduktem je 2-keto-3-deoxy-6-fosfoglukonát (KDPG).
V roce 1967 Shuster a Doudoroff izolovali a krystalovali
ketodeoxyfosfoglukonátaldolasu. Tyto a řada jiných experimentů vedly
k formulování Entner-Doudoroffovy dráhy přeměny glukosy na pyruvát
za účasti enzymů, které se liší od glykolýzy či pentosafosfátové dráhy.
Jak bylo dále zjištěno, jiné sacharidy (např. arabinosa) jsou přeměňovány
podobnými avšak navzájem se rozcházejícími cestami.
Později studoval asimilační procesy u aerobních a fotosyntetizujících
baktérií. Spoluobjevil, že poly-β-hydroxybutyrát (PHB) je důležitou
zásobárnou energie, kterou využívají jak intracelulární tak extracelulární
bakteriální enzymy. V 60. l. 20. století se účastnil rozsáhlé taxonomické a
fylogenetické studie zástupců rodu Pseudomonas, zahrnující 169
fenotypů (267 kmenů). Porovnávání vycházelo mimo jiné z hybridizačních
experimentů DNA-DNA a rRNA-DNA, ale zejména ze schopnosti využívat
146 organických sloučenin jako zdrojů uhlíku a energie. Vyhodnocovala se
rovněž tvorba pigmentů, hydrolytické enzymy, akumulování PHB aj.
Alexander Sergejevič Spirin
(*1931)
Spirin je ruský biochemik, profesor Moskevské
státní
univerzity
(MGU),
vedoucí
katedry
molekulární biologie na její biologické fakultě. V r.
1954 absolvoval MGU a nastoupil na aspiranturu
(Biochemický ústav A. N. Bacha). V r. 1957 obhájil
kandidátskou práci a v r. 1963 disertaci. V r. 1964
se stal profesorem katedry biochemie rostlin
(později molekulární biologie). V l. 1967-2001 byl
ředitelem Ústavu výzkumu proteinů při Ruské
akademii věd v Puščinu u Moskvy. Je předním
akademickým funkcionářem v Rusku. Jeho vědecký
přínos spočívá především v biochemii nukleových
kyselin a biosyntézy proteinů.
V r. 1957 spolu s Bělozerským předpověděli existenci mRNA. Popsal
strukturu makromolekulární RNA (1959–61). V r. 1963 objevil rozvolnění
ribosomů a formuloval tak jeden z hlavních principů struktury ribosomů
(1963–66). Navrhl molekulární mechanismus fungování ribosomu v
proteosyntéze (1968). Spolu s L. P. Gavrilovovou provedl extracelulární
syntézu proteinů na pozměněných ribosomech – neenzymovou translaci
(1970–74).
George Gamow
(Georgij Antonovič Gamov)
* 4. březen 1904, Oděsa (Ukrajina)
† 20. srpen 1968, Boulder (USA)
Americký fyzik, sovětský emigrant. Autor teorie velkého třesku.
Pocházel ze vzdělané rodiny. Jeho otec i matka byli učitelé.
Studoval fyziku na univerzitě v Oděse (pouze 1 rok) a poté na Petrohradské
univerzitě, kde později působil jako profesor.
Kvůli politické situaci v SSSR, která nepřála vědeckým pokrokům, emigroval v roce
1933 do západní Evropy a poté v roce 1934 do USA, kde strávil zbytek života. S
útěkem mu mj. pomáhali nejvýznamnější fyzikové té doby Niels Bohr a Marie CurieSkłodowská.
Působil na Univerzitě George Washingtona ve Washingtonu. Měl skvělý smysl pro
humor, často užíval ironii. Kromě množství odborných publikací napsal velmi čtivým a
zábavným stylem svoji autobiografii dostupnou i v českém překladu: „Moje
světočára“.
George Gamow
(Georgij Antonovič Gamov)
Dílo:
Zabýval se především jadernou fyzikou, astrofyzikou a
kosmologií.
Autorem teorie expandujícího vesmíru s velkým třeskem na
začátku!
Jeho revoluční myšlenka zněla takto: ,,Náš vesmír je vlastně
obrovská exploze, která pokračuje dodnes!" Název teorie „Velký
třesk“ vznikl jako posměšné označení jeho odpůrcem
astronomem a matematikem Fredem Hoylem.
Přišel s teorií vzniku chemických prvků v ranném vesmíru, brzy
po velkém třesku.
Proslavil se sérií populárních knih o panu Tompkinsovi, které
důvtipnou formou objasňují veřejnosti moderní vědecké teorie.
Je autorem první teorie řešící princip genetického kódování
prostřednictvím čtyř bází DNA, čímž významně přispěl k
objasnění struktury nukleových kyselin a mechanismu přenosu
genetické informace (přestože jeho teorie byla mylná).