Джей Берресон - Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир
Кук против цинги
Джеймс Кук, офицер британского ВМФ, стал первым капитаном, следившим за тем, чтобы у его команды не было цинги. С именем Кука связывают открытие противоцинготных средств, однако на самом деле его заслуга заключается в том, что он поддерживал на всех своих кораблях чистоту и обеспечивал нормальное питание всего экипажа. В результате члены его команды отличались завидным здоровьем и редко умирали от болезней. Кук поступил на военную службу довольно поздно, в возрасте 27 лет, однако девятилетний опыт плаваний на торговых судах по Северному и Балтийскому морям, острый ум и качества прирожденного моряка способствовали его быстрому продвижению в чинах. Впервые Кук столкнулся с цингой в 1758 году в период службы на “Пемброке”, во время перехода через Атлантический океан в Канаду. Целью похода было изгнание французов с берегов реки Святого Лаврентия. Кука ужасало то, что потери от цинги, снижение эффективности работы экипажа и даже потеря кораблей воспринимались всеми как нечто неизбежное.
Составленные Куком карты Новой Шотландии, залива Святого Лаврентия и Ньюфаундленда, а также его точные описания солнечного затмения поразили Лондонское королевское общество, основанное в 1645 году для “развития знаний о природе”. Кука назначили командовать барком “Индевор” и поручили исследовать южные моря и нанести их на карту, изучить новые растения и животных, а также провести наблюдения за прохождением Венеры по диску Солнца.
Менее известны политические мотивы этого и других путешествий Кука. Адмиралтейство было озабочено установлением британского господства на вновь открываемых территориях и заявлением прав на еще не открытые земли, такие как Неведомая южная земля[4], а также проблемой поиска Северо-Западного прохода[5]. Куку удалось решить поставленные перед ним задачи, и успехом он в значительной степени обязан аскорбиновой кислоте.
Вот, например, как развивались события 10 июня 1770 года, когда “Индевор” наскочил на коралловый риф у берегов Австралии, южнее современного Куктауна в Квинсленде. Корабль сел на мель в высшей точке прилива, к тому же получил серьезную пробоину, которую необходимо было срочно заделать. Чтобы облегчить корабль, за борт отправились пятьдесят тонн балласта. Двадцать три часа экипаж работал на помпах, выкачивая воду, стремительно поступавшую в пробоину. Кук приказал отбуксировать якоря и бросить их в некотором отдалении от судна, чтобы можно было цепями и тросами тянуть корабль на глубокую воду. Моряки пытались подвести парус под днище, чтобы заткнуть течь. Невероятный труд, великолепное руководство и удача сделали свое дело. Корабль сошел с рифа и приблизился к берегу, где был отремонтирован. Заметим, что измученная цингой команда не смогла бы справиться с настолько тяжелой задачей.
Это признало и Лондонское королевское общество, позднее наградившее Кука золотой медалью Копли[6] — но не за его открытия и подвиги, а за доказательство того, что цинга не является обязательным спутником в длительных морских плаваниях. Методы Кука были простыми. Он настаивал на поддержании чистоты во всех уголках корабля, особенно в тесном матросском кубрике. Все моряки обязаны были регулярно стирать одежду, проветривать и просушивать гамаки (если позволяла погода), мыть и окуривать палубы сжиганием пороха (в общем, требовалось соблюдать порядок). Когда не было возможности раздобыть свежие овощи и фрукты, которые, как считал Кук, необходимы для сбалансированного питания, он требовал, чтобы экипаж ел квашеную капусту, которую он включил в рацион. При любой возможности Кук подходил к берегу, чтобы пополнить запасы и собрать местные травы (сельдерей, ложечницу) или растения, из которых готовили отвар.
Такая диета была совершенно непопулярна у команды, привыкшей к обычной корабельной еде и не готовой воспринимать новое. Но Кук был непреклонен. Он и офицеры сами придерживались новой диеты, и именно благодаря их примеру и настойчивости вся команда стала делать то же самое. Не сохранилось записей о том, что Кук приказал выпороть кого-либо за отказ есть квашеную капусту или сельдерей, однако команда знала, что капитан не колеблясь накажет плетьми того, кто не подчинится приказу. Кук, кроме того, пошел на хитрость: сначала квашеную капусту давали только офицерам, и через неделю весь экипаж также начал требовать свою долю.
Хорошее состояние здоровья, безусловно, убедило моряков в том, что странные предписания капитана оправданны. Из-за цинги Кук не потерял ни одного человека. В первом путешествии, длившемся почти три года, треть экипажа погибла от малярии или дизентерии, которыми моряки заразились в голландской Батавии (теперь Джакарта, столица Индонезии). Во время второго путешествия (1772–1775) Кук потерял из-за болезни (но не из-за цинги) одного члена экипажа. Причем команда другого корабля, “Адвенчер”, участвовавшего в той же экспедиции, сильно пострадала от цинги. Кук сделал капитану “Адвенчера” Тобиасу Фюрно суровый выговор и вновь проинструктировал его относительно необходимости приготовления и раздачи противоцинготных средств. Благодаря витамину С (аскорбиновой кислоте) капитан Кук смог совершить массу замечательных открытий: он открыл Гавайские острова и Большой Барьерный риф, первым обошел вокруг Новой Зеландии, первым составил карту северо-западного побережья Северной Америки и первым пересек Южный полярный круг.
Важные функции маленькой молекулы
Что же это за вещество, которое столь сильно повлияло на устранение белых пятен с карты мира? Слово витамин образовано от вита (жизнь) и амин (азотсодержащее органическое соединение; раньше считалось, что в каждом витамине должен присутствовать атом азота). Латинская буква C в названии этого витамина означает, что витамин C был третьим идентифицированным витамином.
Структура аскорбиновой кислоты (витамина С)
Такая система обозначений имеет множество недостатков. На самом деле атомы азота содержатся только в молекулах витаминов B и H. Кроме того, то, что когда-то назвали витамином B, как выяснилось, не индивидуальное вещество, а целая группа веществ: витамин B1, B2 и так далее. А некоторые витамины, которые когда-то считались разными веществами, оказались одним и тем же, поэтому витаминов F и G не существует.
Среди млекопитающих только приматам, морским свинкам и индийским летучим лисицам нужна аскорбиновая кислота. Организм всех остальных позвоночных, в том числе собак и кошек, способен синтезировать ее из глюкозы в результате четырех последовательных реакций, каждую из которых катализирует отдельный фермент. Поэтому этим животным не нужно получать аскорбиновую кислоту с пищей. Вероятно, на каком-то этапе в процессе эволюции люди потеряли способность синтезировать аскорбиновую кислоту из глюкозы, скорее всего в связи с потерей генов, необходимых для синтеза фермента гулонолактоноксидазы, который катализирует последнюю стадию этого превращения.
Похожая серия реакций (выполняющихся в другом порядке) сейчас используется для промышленного синтеза аскорбиновой кислоты (также из глюкозы). Первая стадия процесса — реакция окисления, в которой происходит присоединение атома кислорода, удаление атома водорода или оба процесса одновременно. В обратной реакции (восстановления) происходит удаление атома кислорода, присоединение атома водорода (или и то, и другое разом).
На второй стадии происходит восстановление другого конца молекулы глюкозы, в результате чего образуется гулоновая кислота. На третьей стадии процесса в молекуле гулоновой кислоты образуется циклическая структура, называемая лактоном. Заключительная окислительная стадия приводит к образованию двойных связей в молекуле аскорбиновой кислоты. Именно этот фермент, катализирующий последнюю стадию процесса, как раз и отсутствует в организме человека.
Первые попытки выделить витамин С и определить его химическую структуру оказались безуспешными. Одна из основных проблем заключалась в том, что, хотя аскорбиновая кислота присутствует в соке цитрусовых в достаточно большом количестве, кроме нее там находится множество других сахаров и родственных им веществ, и это сильно затрудняет разделение. Поэтому неудивительно, что первый чистый образец аскорбиновой кислоты был выделен не из растительных, а из животных тканей.
В 1928 году Альберт Сент-Дьерди, американский врач и биохимик венгерского происхождения, который в то время работал в Кембриджском университете, выделил из коры надпочечников быка чуть меньше грамма кристаллического вещества. В этом веществе, которое составляло лишь около 0,03 % массы исходной ткани, сначала не узнали витамин C. Сент-Дьерди думал, что выделил новый гормон со структурой сахара, и предложил назвать его игнозой: суффикс “оза” используют для обозначения сахаров (вспомните глюкозу и фруктозу), а корень “игн” означал, что структура этого вещества неизвестна (англ. ignorant — незнающий). Второе название, предложенное Сент-Дьерди, годноза (от англ. God — бог), также не понравилось редактору “Биохимического журнала” (он, по-видимому, не любил подобных шуток), так что ученому пришлось выбрать для нового соединения нейтральное название: гексуроновая кислота. Выделенное вещество было достаточно чистым, чтобы химический анализ мог точно установить наличие в его молекуле шести атомов углерода (C6H8O6) (приставка гексо — означает шесть). Через четыре года было показано, что гексуроновая кислота и витамин С — одно и то же вещество (Сент-Дьерди, впрочем, это подозревал).
