Нобелевские лауреаты: Эдуард Бухнер

Сегодняшний герой рубрики «Как получить Нобелевку» — очень необычный человек. Ученый, фамилия которого на русском языке пишется по-разному в зависимости от контекста. Ученый, номинировавший на Нобелевскую премию своего брата, который его воспитал и обучил. Ученый, который показал, что биологические процессы — это обычные химические реакции. Ученый, погибший на войне, спасая жизни других людей.

Эдуард Бухнер

Родился 20 мая 1860 года, Мюнхен, Бавария

Умер 13 августа 1917 года, Фокшаны, Румыния

Нобелевская премия по химии 1907 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За проведенную научно-исследовательскую работу по биологической химии и открытие внеклеточной ферментации» (for his biochemical researches and his discovery of cell-free fermentation).

Случается так, что одну и ту же фамилию пишут по-разному. Взять, например, Томаса Гексли и Эндрю Хаксли — деда и внука. Но бывает еще интереснее. Фамилия нашего сегодняшнего героя у химиков-практиков всегда будет писаться через «ю», а у историков науки — в книгах и на сайтах — через «у». Хотя с того момента, когда Эдуард получил Нобелевскую премию, прошло уже 110 лет, в справочниках лауреатов и в русской Википедии (кстати, там очень короткая статья о нем) лауреата будут звать Эдуард Бухнер. Для любого же, кто хоть раз фильтровал осадок на вакуумной воронке, почти та же самая фамилия пишется как «Бюхнер». Хотя к воронке наш герой не имеет никакого отношения. Но об этом чуть позже.

Наш сегодняшний герой родился в Мюнхене в традиционной профессорской семье. Его отец — профессор судебной медицины и гинекологии (очень странное сочетание, но так!). Эрнст Бухнер, мать — дочь служащего Королевского казначейства Фредерика Бухнер, урожденная Мартин.

О детских годах Эдуарда пишут мало. Впрочем, полноценного счастливого детства и отрочества у него не было. В 1872 году умер отец. С тех пор, пожалуй, всю свою сравнительно короткую жизнь Эдуард будет преодолевать препятствия и даже будет находить в этом вкус: недаром он уже в юности увлекся альпинизмом и успел покорить более сотни вершин.

Дальнейшим воспитанием и образованием Эдуарда занялся его старший брат, Ганс, которому к тому времени исполнилось 22. Надо сказать, что Ганс стал в итоге очень неплохим ученым, гигиенистом и бактериологом и прославился собственным методом выращивания анаэробных бактерий. Именно он помог Эдуарду сделать свое открытие.

В 1877 году Бухнер-младший окончил реальную гимназию. Сейчас слово «реальный» кроме реальности имеет ассоциацию, пожалуй, разве что с «реальными пацанами», но в те годы, что в Германии, что в России реальная гимназия или реальное училище означало всего лишь среднее учебное заведение естественно-математической направленности и отчасти профессиональное. Нечто вроде ПТУ.

Потом он успел отслужить немного в артиллерийском полку в Германской армии, после чего поступил в Мюнхенский технический университет на химический факультет. А затем случилось то самое «несчастье, которое счастью помогло». Финансовые трудности семьи вынудили его бросить университет и пойти работать на консервный завод. С одной стороны, задержка во много лет (а возобновил занятия Бухнер только в 1884 году при поддержке своего брата) — это не очень хорошо, с другой, именно там он познакомился со своей нобелевской темой, спиртовым брожением, разложением сахара под действием дрожжей на спирт и углекислый газ.

После возобновления учебы дела пошли хорошо. Буквально сразу же Бухнер получил трехлетнюю стипендию и смог поучиться химии у будущего нобелевского лауреата Адольфа фон Байера в Мюнхенском университете и ботанике у крупнейшего ботаника и биолога тех лет, Карла Вильгельма фон Негели, в Институте Ботаники. В этом институте работал и Ганс Бухнер, который стал первым научным руководителем своего брата.

Уже в 1885 году вышла первая статья 25-летнего ученого, посвященная спиртовому брожению. В ней Эдуард Бухнер уже опровергал мнение великого Луи Пастера, который сообщал, что брожение в присутствии кислорода невозможно.

Маленькое лирическое отступление. В 1888 году в Германии вышла статья об изобретении того же 1885 года — фаянсовой воронки для вакуумного фильтрования (Büchner, E. Filtration vermittelst des Dr. R. Hirsch’schen Patent-Trichters. Chem. Ztg. 1888, 12, 1277). С тех пор воронка Бюхнера прочно вошла в арсеналы химиков мира. Очень часто биографы (даже за рубежом) приписывают ее нашему герою. Но это неверно: автором воронки Бюхнера был другой Бюхнер - тоже химик, тоже немец, но Эрнст Теодор.

Любопытно, что параллельно с воронкой Бюхнера химики пользуются воронкой Хирша, изобретенной в те же годы (оба изобретения были запатентованы в 1888 году). Так вот, автор последней, Роберт Хирш (1856-1913, немецкий химик) никакого отношения к модному ныне индексу Хирша не имеет. Его придумал американский химик аргентинского происхождения Хорхе Хирш веком позже (в 2005 году).

Но мы увлеклись. В 1888 году Бухнер уже стал доктором наук, а в 1890 — ассистентом Байера. Байер же и пожертвовал ему определенную сумму на то, чтобы наш герой смог продолжить работы по брожению.

Надо сказать пару слов о самом брожении — одной из первых органических реакций, с которой познакомилось человечество и которую оно научилось использовать себе на радость и на пользу (когда как).

В 1830-х годах Теодор Шванн (фамилию которого сейчас в основном знают по шванновским клеткам, составляющим миелиновую оболочку аксонов, а вообще, по Энгельсу, это автор одного из трех главных прорывов XIX века, клеточной теории) сумел показать, что открытые еще Антони ван Левенгуком в его первый в мире микроскоп дрожжи — это живые клетки. И предположил, что брожение — результат деятельности этих одноклеточных грибов. Химики того времени, конечно, встретили эту идею в штыки (даже гениальный Юстус Либих), но деваться было некуда: показать, что дело обстоит именно так, было несложно. Окончательные доказательства добыл великий Луи Пастер.

На 1890-е годы у химиков было два мнения о брожении. Первая теория брожения — виталистическая, ее последователи во главе с Луи Пастером верили, что в живых клетках дрожжей есть некая «витальная (жизненная) субстанция», которая и вызывает этот процесс. То есть обычной «химией» заставить сахар превратиться в спирт и углекислый газ невозможно.

Другие утверждали, что дрожжи разлагаются сами, создают некое «химическое напряжение», что заставляет молекулы сахара распадаться. То есть брожение — это обыкновенная химическая реакция, которую можно воспроизвести без дрожжей. С одной стороны, на чаше весов последних был Фридрих Велер и синтезированная им еще в 1824 году из неорганических веществ органическая мочевина, с другой, никому еще не удалось ни выделить, ни синтезировать вещество, запускающее брожение.

Найти это самое вещество и поставил себе целью Эдуард Бухнер, которого в его начинании активно поддержал брат. Здесь ему помог ассистент Ганса Бухнера, Мартин Ган, подсказав оригинальный и очень простой метод. Чтобы не подвергать дрожжи нагреванию или действию растворителей (так пытались выделить вещество предшественники-сторонники механистической теории «брожение как химическая реакция»), их просто… растерли в ступке вместе с песком. То, что получилось, положили в марлю и попросту отжали выступившую жидкость.

Когда братья Бухнеры добавили эту жидкость в концентрированный раствор сахара, сразу же забурлил углекислый газ. А ведь все клетки дрожжей уже были уничтожены, раздавлены. Бухнер-младший предположил, что внутри клеток есть фермент или энзим, который он назвал зимазой. Он-то и вызывает брожение.

Тут нужно сделать еще одно отступление, поскольку существует два термина, «фермент» и «энзим», и в литературе можно встретить оба. Все просто: слова «фермент» и «энзим» означают одно и то же — закваску. Fermentum — на латыни, ζύμη или ἔνζυμον — по-гречески. Это синонимы, поэтому не удивляйтесь, если встретите в какой-то книжке описание того, как энзимолог изучает ферменты. Просто в английской и французской научной литературе чаще встретишь энзимы, в русской и немецкой — ферменты. Это некие вещества, ускоряющие биологические реакции. Само слово «фермент» придумал еще Ян Батист Ван-Гельмонт в XVII веке (кстати, этому нидерландскому химику принадлежит и авторство слова «газ»).

Нужно знать и еще одно: название всех ферментов традиционно заканчивается на «-аза». А поскольку брожение по-гречески, как мы знаем, не только «энзимон», но и «зиме», то Бухнер назвал свой фермент «зимазой».

11 января 1897 года вышла первая фундаментальная статья Бухнера о его открытии: «О спиртовом брожении без участия дрожжевых клеток» (Alkoholische Gährung ohne Hefezellen (Vorläufige Mitteilung)).

Естественно, она не была сразу же принята всеми химиками мира «на ура». Бухнеру потребовалось пять лет на то, чтобы собрать убедительные доказательства своей правоты. Тем не менее в 1902 году уже зашла речь о Нобелевской премии. Любопытный факт: уже перед вторым присуждением премии оба брата Бухнера получили право номинировать на Нобелевскую премию по физиологии и медицине. И воспользовались им. Эдуард номинировал Ганса, а Ганс — Эдуарда. Впрочем, такая «шутка» прошла лишь однажды. Больше Ганс Бюхнер права номинировать не имел, но лишь потому, что 5 апреля 1902 года его не стало, а Эдуард смог им воспользоваться уже как Нобелевский лауреат — с 1909 года.

Еще один интересный факт: в 1902 и 1904 году Эдуарда номинировали на премию по медицине, в 1905 и 1907 — на премию по химии. В последний раз успешно.

Вот как его представлял от имени Шведской королевской академии наук Карл Мернер: «Пока брожение рассматривалось как выражение жизни, мало было надежды на возможность более глубоко проникнуть в проблему протекания этого процесса. Произошла сенсация, когда Бухнеру удалось показать, что спиртовое брожение может вызываться соком, выделенным из дрожжевых клеток, которые не содержат живых клеток… Недоступные до этого времени области теперь стали объектом химических исследований, а перед химической наукой открылись новые, ранее невиданные перспективы».

Примерно так же высказался и сам Бухнер в своей Нобелевской лекции: «Мы все более убеждаемся в том, что клетки растений и животных подобны химическим фабрикам, — сказал он, — где в разных цехах производятся разные продукты. Энзимы в них выполняют роль контролеров. Наши знания об этих самых важных частях живых веществ постоянно увеличиваются. И хотя, возможно, нам еще далеко до цели, мы шаг за шагом приближаемся к ней».

Увы, судьба отпустила обоим братьям немного лет жизни. Как мы уже написали, Ганс умер в 1902 году — 52 лет от роду. Эдуард успел еще поработать в Бреслау (ныне польский Вроцлав) и в Вюрцбурге, в 1914 году он добровольно отправился на фронт врачом. 3 августа 1917 года майор медицинской службы Эдуард Бухнер получил ранение шрапнелью. 12 августа в военном госпитале в румынских Фокшанах его не стало.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.