Одна молекула и семь нобелевских лауреатов

В истории химии случались события, по своему драматизму напоминавшие штурм неприступной вершины, на которую пытались взойти одновременно независимые группы альпинистов по различным маршрутам. Все это сопровождалось обстановкой состязания – кто взойдет на вершину первым.

Речь пойдет о синтезе инсулина – событии, ставшем заметным достижением в химии. Точно так же, как перед штурмом вершины альпинисты создают базовые, промежуточные и штурмовые лагеря, синтез инсулина был хорошо подготовлен, но не теми, кто вышел на покорение вершины, а основательными работами исследователей-предшественников. Можно уверенно сказать, что создание исходного плацдарма впечатляет не меньше, чем последующий штурм. Развитие химии инсулина напоминает приключенческий роман, получивший в наши дни совершенно неожиданное продолжение, которое совершенно не могли предугадать покорители этой вершины. Инсулин по праву можно назвать популярнейшей молекулой ХХ в.: с исследованиями этого соединения связаны имена семи (!) нобелевских лауреатов.

Белок, спасающий жизнь

В середине ХХ в. инсулин был одним из наиболее интенсивно изучаемых веществ. Причина в том, что удалось объяснить происхождение одного из тяжелейших заболеваний – сахарного диабета. Болезнь возникает, когда в организме недостаточно гормона инсулина (гормоны – это вещества, которые регулируют определенные биологические механизмы). Инсулин запускает процессы, обеспечивающие вход глюкозы в клетки, а также стимулирует внутриклеточные механизмы, позволяющие усваивать глюкозу.

При недостатке инсулина глюкоза не расходуется клетками, она накапливается в крови и начинает через почки поступать в мочу. Повышенный уровень глюкозы в крови и ее выведение с мочой приводят к похудению, чрезмерному мочеотделению, постоянному ощущению сильной жажды и голода. Организм старается компенсировать дефицит калорий, которые он теряет с мочой в виде глюкозы, и начинает использовать жировые запасы и тканевые белки (главным образом мышечные). Возникают утомление, сонливость, тошнота, все это завершается состоянием комы и при отсутствии лечения – смертью.

Сахарный диабет встречается среди населения всех стран и у представителей всех рас. Самое раннее описание этого заболевания было сделано примерно 3000 лет назад в Древней Индии. Более подробные симптомы болезни (обильное мочеотделение, чрезмерная жажда и потеря веса) были описаны в I в. н. э., болезнь получила свое название от греческого слова diabetes, что означает «протекание» (имеется в виду чрезмерное мочеотделение).

Планомерное изучение этого заболевания длилось не одно столетие. В XVII в. английский врач Т. Уиллис обратил внимание, что моча у пациентов с такими симптомами имеет сладковатый вкус (проделать подобный анализ может только истинный ученый). Картина начала проясняться после опытов французского физиолога Клода Бернара (1813–1878), он наблюдал собак с удаленной поджелудочной железой. Его опыты продолжили в 1889 г. немецкие физиологи Йозеф фон Меринг и Оскар Минковский: они удаляли хирургически поджелудочную железу у собак и затем наблюдали у них резкий подъем концентрации глюкозы в крови и моче, а также наличие симптомов сахарного диабета. Таким образом, они экспериментально доказали связь между поджелудочной железой и сахарным диабетом.

Некоторые физиологи начали высказывать предположение, что поджелудочная железа вырабатывает вещество, которое способствует усваиванию в организме глюкозы. В 1916 г. немецкий физиолог Шарпи-Шафер назвал это неизвестное пока вещество инсулином (от лат. insula – островок, поскольку отчетливо наблюдаемые группы клеток поджелудочной железы к этому моменту именовали островками Лангерганса). Это было только предположение, которое впоследствии полностью подтвердилось.

В 1921 г. трое канадских исследователей: профессор физиологии Джон Маклеод (рис. 5.1) из Университета Торонто, Канада, врач-хирург Фредерик Бантинг (рис. 5.2) и врач-физиолог Чарлз Герберт Бест (рис. 5.3) сумели выделить инсулин из поджелудочной железы подопытных животных. Первые же опыты по введению полученного препарата собакам с удаленной поджелудочной железой показали, что уровень сахара в крови животных резко снижается и общее состояние улучшается.

11 января 1922 г. (знаменательный факт в истории мировой медицины) инсулин был введен первому пациенту – 14-летнему Леонарду Томпсону, страдавшему тяжелой формой диабета (рис. 5.5). Успех был потрясающим! Измученный худой мальчишка, весивший 29,5 кг, которому оставалось жить несколько месяцев, стал поправляться на глазах (рис. 5.4). За 24 часа содержание сахара в крови снизилось в четыре раза.

Затем были проведены аналогичные испытания еще на нескольких пациентах. Возникло новое направление в медицинской науке – гормонотерапия. В 1923 г. Дж. Маклеод и Ф. Бантинг были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине «За открытие инсулина». Третий участник этой работы – Ч. Бест не оказался в списке лауреатов, и Бантинг отдал ему половину полученных денег (жест, достойный истинного ученого).

В 1926 г. было налажено серийное производство инсулина, многие тысячи больных сахарным диабетом, ранее обреченных на смерть, были спасены и смогли вести нормальную жизнь, необходимо было лишь регулярно вводить лекарство.

Несмотря на то что способ лечения был найден, диабет и в настоящее время относят к серьезным заболеваниям, а больным людям требуется исключительно внимательное отношение. Например, в Женевской конвенции по обращению с военнопленными (была принята ООН 12 августа 1949 г.) специально отмечено, что непосредственной репатриации (возвращению на родину) подлежат люди с тяжелыми болезнями обмена веществ, такими, например, как сахарный диабет, требующий лечения инсулином.

Поскольку далее речь пойдет о том, как разобрать крупную молекулу на части, потренируем сообразительность, распиливая бревна ☺.