Historie biochemie (KBC/HIBC) - Biotrend

Skripta vznikla v rámci realizace projektu OP VK CZ.1.07/2.2.00/28.0184 s názvem „Inovace
ve vzdělávání v chemii a biologii s ohledem na aktuální trendy v biomedicinálním výzkumu“.
© 2015 Marek Šebela
© 2015 Univerzita Palackého
HISTORIE BIOCHEMIE
VĚDECKÉ BIOGRAFIE OSOBNOSTÍ, KTERÉ PŘISPĚLY K ROZVOJI
BIOCHEMIE JAKO VĚDNÍ DISCIPLÍNY
Marek Šebela
1
Věnováno mým učitelům Lumíru Macholánovi a Pavlu Pečovi.
2
OBSAH
Úvod
……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 6
Emil Abderhalden
……………………………………………………………………………………………………………………. 7
Christian Boehmer Anfinsen
……………………………………………………………………………………………………….. 9
Alexej Nikolajevič Bach ……………………………………………………………………………………………………………………. 11
Frederick Grant Banting ……………………………………………………………………………………………………………………. 13
Charles Herbert Best
……………………………………………………………………………………………………………………. 15
Konrad Emil Bloch
……………………………………………………………………………………………………………………. 18
John Machlin Buchanan ……………………………………………………………………………………………………………………. 20
Eduard Buchner
……………………………………………………………………………………………………………………. 23
Adolf Friedrich Johann Butenandt
Melvin Ellis Calvin
…………………………………………………………………………………………… 25
……………………………………………………………………………………………………………………. 27
Robert Brainard Corey ……………………………………………………………………………………………………………………. 29
Carl Ferdinand Cori
……………………………………………………………………………………………………………………. 31
Francis Harry Compton Crick
Michael Doudoroff
……………………………………………………………………………………………………….. 35
……………………………………………………………………………………………………………………. 39
Vladimír Alexandrovič Engelhardt
………………………………………………………………………………………….. 42
(Hermann) Emil Fischer ……………………………………………………………………………………………………………………. 45
Rosalind Elsie Franklinová
……………………………………………………………………………………………………….. 47
Kazimierz (Casimir) Funk
……………………………………………………………………………………………………….. 50
David Ezra Green
……………………………………………………………………………………………………………………. 52
3
Arthur Harden ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 55
Mahlon Bush Hoagland …………………………………………………………………………………………………………………… 58
Dorothy Mary Hodgkinová
………………………………………………………………………………………………………. 60
Frederick Gowland Hopkins
………………………………………………………………………………………………………. 62
Ivan Jakovič Horbačevskij
………………………………………………………………………………………………………. 65
Nathan Oram Kaplan
David Keilin
…………………………………………………………………………………………………………………… 67
……………………………………………………………………………………………………………………………….. 69
Johan Gustav Christoffer Thorsager Kjeldahl
Arthur Kornberg
……………………………………………………………………………. 73
………………………………………………………………………………………………………………….. 75
Daniel Edward Koshland Jr.
……………………………………………………………………………………………………… 78
Josef Václav Koštíř
………………………………………………………………………………………………………………….. 80
Edwin Gerhard Krebs
…………………………………………………………………………………………………………………… 83
Hans Adolf Krebs
…………………………………………………………………………………………………………………… 85
Moses Kunitz
……………………………………………………………………………………………………………………………….. 87
Joshua Lederberg
…………………………………………………………………………………………………………………… 89
Kaj Ulrik Linderstrøm-Lang
………………………………………………………………………………………………………. 92
Fritz Albert Lipmann
…………………………………………………………………………………………………………………… 94
Oliver Howe Lowry
…………………………………………………………………………………………………………………… 99
John James Rickard Macleod
………………………………………………………………………………………………………. 101
Elmer Verner McCollum
………………………………………………………………………………………………………. 103
Robert Bruce Merrifield
………………………………………………………………………………………………………. 106
Otto Fritz Meyerhof
…………………………………………………………………………………………………………………… 109
4
Leonor Michaelis
…………………………………………………………………………………………………………………… 111
Stanley Lloyd Miller
…………………………………………………………………………………………………………………… 114
Stanford Moore
…………………………………………………………………………………………………………………… 116
Vladimír Morávek
…………………………………………………………………………………………………………………… 119
Carl Neuberg
………………………………………………………………………………………………………………………………… 121
Marshall Warren Nirenberg
………………………………………………………………………………………………………. 123
John Howard Northrop …………………………………………………………………………………………………………………… 125
Severo Ochoa de Albornoz
………………………………………………………………………………………………………. 128
Alexandr Ivanovič Oparin
………………………………………………………………………………………………………. 131
Nicolae (Nicolas) Constantin Paulescu
Linus Carl Pauling
…………………………………………………………………………………………. 133
…………………………………………………………………………………………………………………… 135
Søren Peter Lauritz Sørensen
………………………………………………………………………………………………………. 139
James Batcheller Sumner
………………………………………………………………………………………………………. 141
Albert Szent-Györgyi
…………………………………………………………………………………………………………………… 143
František Šorm
…………………………………………………………………………………………………………………… 146
Axel Hugo Theodor Theorell
………………………………………………………………………………………………………. 148
Arne Wilhelm Kaurin Tiselius
………………………………………………………………………………………………………. 150
Harold Clayton Urey
…………………………………………………………………………………………………………………… 152
Merton Franklin Utter …………………………………………………………………………………………………………………… 155
Vincent du Vigneaud
…………………………………………………………………………………………………………………… 157
Otto Heinrich Warburg …………………………………………………………………………………………………………………… 160
James Dewey Watson …………………………………………………………………………………………………………………… 164
5
ÚVOD
Přednáškový kurz Historie biochemie je určen pro studenty biochemie a bioorganické chemie,
případně pro další studenty chemických a biologických oborů na Přírodovědecké fakultě Univerzity
Palackého. Časová dotace je 2 vyučovací hodiny týdně v rámci letního semestru. K absolvování kurzu je
nutné odevzdání seminární práce (na téma aktuálních objevů v biochemii) a úspěšné zvládnutí kolokvia.
Kurz je členěn na deset přednášek věnovaných významným osobnostem světové biochemie případně
fyziologie, medicíny, chemie a biologie (zde v souvislosti s biochemií), jejichž objevitelské výsledky tvoří
podstatu moderní biochemie. V přednáškách jsou stručně probrány životní osudy a profesní úspěchy
objevitelů. Ukazuje se, že často k velkým objevům dopomůže shoda šťastných okolností (serendipita).
Typickým takovým příkladem je objev enzymu glykogenfosforylasy v laboratoři manželů Coriových.
Prezentovány jsou nejvýznamnější objevy v oboru, jako jsou např. struktura a funkce DNA jako
nositelky dědičné informace, genetickéý kód, zákonitostíi tvorby prostorové struktury proteinů, klíčové
dráhy primárního metabolismu (sacharidů, tuků a aminokyselin), fungování hormonů a vitamínů,
enzymová katalýza a fermentační procesy, fotosyntéza, prebiotické syntézy, biochemické experimentální
metody aj. Připomenuty jsou i zakladatelské osobnosti české biochemie. Vybraný přehled objevitelů
dokumentuje, že počátky biochemie se objevují v souvislosti s pracemi organických a fyzikálních chemiků
s biologickými molekulami a s rozvojem fyziologické chemie na počátku 20. století. Biochemie byla tehdy
bezesporu doménou německých laboratoří. Díky Fredericku Hopkinsovi před 2. světovou válkou pevně
zakořnila i ve Velké Británii a nakonec se těžiště nejvýznamnějších biochemických objevů přesunulo od
40. let 20. stoleti za oceán do Spojených států. K tomu přispěl velkou měrou i příchod řady biochemiků
jako emigrantů z Evropy, kteří hledali v Americe azyl před nacismem.
Pro elektronický výukový materiál bylo zvoleno celkem 63 osobností, což je značný objem informací
z memoárové literatury a původních autorských vědeckých prací. Přesto nebylo možné zařadit v detailu
některá další zvučná jména, jako jsou třeba Werner Arber, Paul Berg, Paul D. Boyer, Dean Burk , William
W. Cleland, Edmond H. Fischer, Robert Hill, Franz Hofmeister, Erwin Chargaff, John Kendrew, Roger
Kornberg, Richard Kuhn, Justus von Liebig, Hans Lineweaver, Feodor Lynen, Peter D. Mitchell, Jacques
Monod, Hans Neurath, Reiji Okazaki, Jakub Karol Parnas, Efraim Racker, Earl R. Stadtman, Heinrich
Wieland a další ……. Těm bude v budoucnu jednou věnováno pokračování.
V Olomouci v červnu 2015
Marek Šebela
6
Emil Abderhalden
(*9. 3. 1877 – †5. 8. 1950)
Abderhalden byl švýcarský a německý biochemik a fyziolog. Jeho výsledky byly zpochybňovány už ve 20.
letech 20. stol., k jejich plnému odmítnutí ale došlo až v 90. letech. Neví se, zda podváděl vědomě, či šlo
jen o nedostatek vědecké pečlivosti. Narodil se v kantonu Svatý Havel (St. Gallen) a studoval v Basileji
medicínu. Doktorát získal r. 1902, experimentoval v laboratoři Emila Fischera a učil na univerzitě v
Berlíně, v r. 1911 přešel na Lékařskou fakultu univerzity v Halle, kde vyučoval fyziologii.
V období 1931-1950 byl prezidentem Německé akademie přírodních věd Leopoldina, od r. 1936 byl
členem Papežské akademie věd. Během 1. sv. války založil dětskou nemocnici. Svůj výzkum směřoval do
fyziologické chemie, metabolismu a potravinářské chemie. Po 2. sv. válce se vrátil do Švýcarska a působil
na univerzitě v Curychu, kde zůstal do své smrti.
Známý je především pro krevní test těhotenství, test cystinu v moči a vysvětlení genetické poruchy zvané
Abderhaldenův–Kaufmannův–Lignacův syndrom (nefropatická cystinóza). Rozsáhle se zabýval peptidy
(syntézy) ale hlavně proteiny, zejména enzymy. Přišel s teorií obranných enzymů („Abwehrfermente“),
kdy je imunitní systém stimulován k tvorbě proteas. Zmíněný těhotenský test se ale brzy ukázal
nespolehlivým. Obranné enzymy byly využívány Aberhaldenovými příznivci též např. k diagnóze
mentálních nemocí v Německu a krátce v USA („krevní test pro šílenství“ zvaný též Abderhalden7
Fauserova reakce). Pouze v Německu však pokračoval růst kreditu autora, byl považován za zakladatele
vědecké biochemie v této zemi a zpochybňování jeho výsledků mělo negativní vliv na kariéru oponentů
(Leonor Michaelis).
Jeho výzkum byl financován Společností císaře Viléma až do r. 1944.
Těhotenský test spočíval v denaturaci proteinů placenty povařením. Nerozpustné placentální proteiny se
pak nechaly reagovat s ženským sérem. U těhotných žen se předpokládala specifická reakce proteas
vedoucí k tvorbě peptidů následně identifikovaných biuretovou či ninhydrinovou reakcí.
Michaelis publikoval nesrovnalosti v r. 1914. Spolu se svým asistentem pozorovali, že není rozdíl mezi
séry těhotných a netěhotných žen z hlediska této reakce. Protiargumenty Abderhaldena zahrnovaly např.
to, že test byl úspěšně prováděn v mnoha laboratořích, takové množství vědců nemohlo podvádět. Dále,
že jde o test složitý a nemusí být zřejmě prováděn správně tam, kde nevychází. Pozdějším vývojem
těhotenského testu se přešlo k analýze moči. Obranné enzymy našly uplatnění při diagnostikování
rakoviny. Ve 30. a 40. letech se objevilo mnoho příkladů analýzy obranných enzymů při rozmanité
diagnostice.
Na Ústavu císaře Viléma pro antropologii v Berlíně se od přelomu let 1942/43 rozběhlo zkoušení
možností, jak diagnostikovat rasovou čistotu pomocí krve (Otmar von Verschuer, Josef Mengele).
Mengele zaslal z Osvětimi asi 200 vzorků krve, mj. od infikovaných dvojčat, které byly v Berlíně
analyzovány. Výzkumu se účastnil biochemik Günter Hillmann, který od r. 1943 pracoval v laboratoři
nobelisty Adolfa Butenandta (1903-1995) na Ústavu císaře Viléma pro biochemii.
V r. 1947 Butenandt v Tubinkách předsedal semináři na téma obranné enzymy, kdy někteří z účastníků
tvrdili, že tyto prokázali. On saám však vyjádřil pochybnosti. Po smrti Abderhaldena se jeho syn Rudolf
angažoval v dalším využívání testů obranných enzymů.
Abderhalden byl přesvědčeným eugenikem (sociálně-filosofický směr zaměřený na studium metod, které
povedou k dosažení co nejlepšího genetického fondu člověka, v podstatě „šlechtění lidského
genofondu“). Byl editorem časopisu Ethik, napsal učebnici biochemie (28 vydání v l. 1906-48), publikoval
více než 1000 článků.
Jeho záležitost není dodnes vyjasněna, nicméně se předpokládá, že Abderhalden jednoduše nebral v
potaz opakování, která vedla k negativním výsledkům, a podlehl vlastnímu sebeklamu.
Literatura:
Deichmann U, Müller-Hill B (1998) The fraud of Abderhalden's enzymes. Nature 393: 109-111. DOI:
10.1038/30090
Fotografie pochází z Wikipedie. Primárním zdrojem je United States Library of Congress.
8
Christian Boehmer Anfinsen
(*26. 3. 1916 – †14. 5. 1995)
Anfinsen byl americký biochemik, který získal v r. 1972 Nobelovu cenu za chemii, spolu s Williamem
Howardem Steinem (1911-1980) a Stanfordem Moorem (1913-1982) za práci věnovanou enzymu
ribonuklease a vztahu mezi strukturou a aktivitou.
Narodil se v Monessenu, Pensylvánie, do rodiny norských přistěhovalců. Jeho otec byl strojní inženýr. Ve
20. letech se rodina přestěhovala do Filadelfie, v r. 1939 získal magisterský titul v oboru organická
chemie na Pennsylvánské univerzitě.
Následně využil stipendia Americko-Skandinávské nadace a pobýval do r. 1940 v Carlsberské laboratoři v
Kodani, kde se věnoval analýze chemické struktury proteinů. V r. 1943 získal Ph.D. na lékařské fakultě
(Harvard) v oboru biochemie, kde pak zůstal dalších 7 let (Katedra biologické chemie).
V l. 1947-48 byl na stáži u Hugo Theorella (1903-1982) v Nobelově medicínském ústavu ve Švédsku. V r.
1950 se stal šéfem Laboratoře buněčné fyziologie a metabolismu v Národním ústavu srdce (NIH) v
Bethesdě, Maryland.
Díky stipendiu Rockefellerovy nadace mohl strávit další rok v Carlsberské laboratoři (1950) a
Guggenheimova nadace mu umožnila pobyt v Rehovotu na Weizmannově vědeckém ústavu (1958-59).
V l. 1962-63 se vrátil na Harvard jako profesor biologické chemie, následně byl ustanoven vedoucím
9
Laboratoře chemické biologie na Národním ústavu artritidy a metabolických onemocnění při NIH (do r.
1981). Konečně pracoval v l. 1982-1995 jako profesor biologické chemie na Univerzitě J. Hopkinse.
Byl editorem v časopisech Advances in Protein Chemistry a Journal of Biological Chemistry, působil v
americké i dánské akademii věd.
Zpočátku se zabýval studiem biosyntézy proteinů s využitím radioaktivního značení (14C). Předpokládalo
se, že proteiny se tvoří buď najednou (aminokyseliny nasednou na velký templát) nebo postupně v
dílčích krocích. První varianta předpokládala rovnoměrné zabudování značené stavební aminokyseliny,
druhá nerovnoměrné. Pro ovalbumin bylo analýzou značení, např. pro Asp, po proteolýze zjištěna druhá
varianta. Později bylo tímto způsobem značení prokázáno, že proteiny se syntetizují z N-konce.
Od pol. 50. let se Anfinsen soustředil na problematiku vztahu mezi strukturou a funkcí enzymů. Klíčovým
enzymem výzkumu jeho týmu byla ribonukleasa ze slinivky. Spolu s kolegy (M. Sela, F. H. White)
rozpoznali, že informace, která určuje terciární strukturu proteinu, se skrývá v primární struktuře, tedy v
aminokyselinové sekvenci.
Pro potvrzení předpokladu byly prováděny experimenty s reverzibilní denaturací proteinů. Prokázáno
bylo, že mnohé proteiny se mohou spontánně poskládat („refolding“) do přirozené formy poté, co se
redukčně rozštěpí jejich disulfidové vazby. Tyto výsledky vedly k všeobecnému přijetí „termodynamické
hypotézy“ (Anfinsenovo dogma).
Objevil mikrosomální enzym, který katalyzuje vzájemnou přeměnu thiolových skupin a disulfidů a tím in
vitro urychluje skládání reverzibilně denaturovaných proteinů s disulfidovými vazbami. Rychlost takové
renaturace byla dostatečná k tomu, aby pomohla skládat protein během biosyntézy.
V posledních etapě vědeckého života se věnoval enzymologii extracelulární nukleasy ze Staphylococcus
aureus. Jeho tým určil jeho aminokyselinovou sekvenci a biochemické vlastnosti enzymu včetně 3-D
struktury.
Literatura:
Zdrojem pro životopisné údaje je biografie dostupná na stránkách http://www.nobelprize.org/, The Nobel
Prize Foundation.
Fotografie pochází z Wikipedie.
10
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.
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.
11
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 enzymových reakcí využívajících kyslík se zabýval tvorbou H2O2 a peroxidací substrátů. Od objevu r.
1819 byl peroxid vodíku považován za toxickou látku, ale dnes je samozřejmě dlouho známo, že se v
buňce tvoří fyziologicky, např. při obranných reakcích. Ve věku 60 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.
Literatura:
Popov AN, Zvyagil’skaya RA (2007) A. N. Bach: a great scientist and founder of biochemistry in Russia.
Appl. Biochem. Microbiol. 43: 475-480. DOI: 10.1134/S0003683807050018
Fotografie pochází z Wikipedie.
12
Frederick Grant Banting
(*14. 11. 1891- †21. 2. 1941)
Frederick Banting byl kanadský medicínský výzkumník, lékař a nositel Nobelovy ceny, který je považován
za prvotního objevitele insulinu. Nobelovu cenu získal spolu se Skotem Johnem Jamesem Rickardem
Macleodem (1876-1935) a podělil se o finanční odměnu se svým spolupracovníkem Charlesem
Herbertem Bestem (1899-1978). Od kanadské vlády dostal za odměnu celoživotní rentu na výzkum.
Banting se narodil na farmě v Ontariu (Alliston), byl nejmladší z pěti dětí. V místě navštěvoval veřejnou
základní i střední školu. Chtěl vstoupit do armády, ale byl odmítnut kvůli slabému zraku.
Na Torontské univerzitě proto začal se studiem bohoslovectví a posléze medicíny.
V roce 1916 získal bakalářský titul a narukoval do Lékařského sboru Kanadské armády. Bojoval ve Velké
válce ve Francii a byl v r. 1918 raněn v bitvě u Cambrai (Kamerijk). Za hrdinství získal Válečný kříž (1919).
Po návratu do Kanady měl praxi v Londýně, Ontario. Po návratu do Toronta studoval ortopedii a pracoval
v nemocnici. Učil na univerzitách v Londýně a Torontu a v r. 1922 získal titul doktor medicíny.
O diabetes se zajímal mj. v souvislosti s jedním článkem o pankreatu. V té době již díky práci jiných vědců
(Naunyn, Minkowski, Opie, Schafer) bylo známo, že pankreas (Langerhansovy ostrůvky) produkuje
13
hormon, jehož nedostatek vyvolává symptomy diabetu. Název insulin pochází od Schafera. Pokusy
izolovat insulin z rozdrceného pankreatu do té doby ztroskotaly na jeho rozkladu působením proteolýzy.
Moses Barron uveřejnil článek o experimentálním podvázání vývodu pankreatu, který poslézle vedl k
odumření buněk vylučujících trypsin, přičemž zůstaly nepoškozeny buňky Langerhansových ostrůvků.
Banting diskutoval záležitost s Macleodem, profesorem fyziologie na Torontské univerzitě, který mu dal k
dispozici laboratoř a asistenta Besta. Banting a Best pak spolu úspěšně získali insulin.
Banting se v roce 1922 stal starším medicínským demonstrátorem na Torontské univerzitě a v
následujícím roce získal pozici „Banting and Best Chair“ v medicínském výzkumu financovanou provincií
Ontario.
Stal se rovněž čestným poradcem v několika nemocnicích v Torontu, Pracoval dále jako vědec na Katedře
medicínského výzkumu Bantinga a Besta. Věnoval se problematice silikózy, rakoviny, procesu utonutí a
jeho obrácení.
V souvislosti s dobou druhé světové války též pracoval na medicínské problematice v letectví (přechodná
ztráta vědomí ve velkých výškách, synkopa - „blackout“) jako vedoucí výzkumné jednotky v tajném
zařízení Kanadského královského letectva (RCAF).
Zemřel v r. 1941 na následky zranění, které utrpěl při letecké havárii v Newfoundlandu při cestě do
Anglie. Byl totiž spojovacím důstojníkem mezi britskými a severoamerickými lékařskými službami.
V soukromém životě se věnoval malířství, maloval především kanadskou krajinu a zúčastnil se i vládou
financovaných expedic do Arktidy (Velké Otročí jezero). Byl dvakrát ženatý, z prvního manželství měl
syna.
Byl členem mnoha vědeckých a lékařských společností doma i v Británii a USA, v r. 1934 se stal rytířem
Řádu Britského impéria. V r. 1935 byl zvolen za člena Královské společnosti. V r. 1989 byl zapálen v
Londýně (Ontario) Plamen naděje, na počest Bantinga a obětí diabetes, má hořet dokud nebude účinná
léčba této nemoci. Je po něm pojmenováno několik škol a institucí.
Literatura:
Best CH (1942) Frederick Grant Banting. 1891-1941. Obit. Not. Fell. R. Soc. 4: 20-26. DOI:
10.1098/rsbm.1942.0003
Fotografie pochází z Wikipedie, primárním zdrojem je Library and Archives of Canada.
14
Charles Herbert Best
(*27. 2. 1899- †31. 3. 1978)
C. H. Best byl americko-kanadský výzkumník v oboru medicíny, který je znám jako spoluobjevitel insulinu.
Narodil se v Maine na kanadsko-americké hranici jako syn Kanaďanů. Jeho otec byl lékař. V r. 1916
odešel do Toronta, kde studoval na univerzitě humanitní vědy. V r. 1918 vstoupil do kanadské armády,
ale do války kvůli příměří nezasáhl. Po návratu z výcviku v Anglii se vzdělával na Torontské univerzitě v
oborech fyziologie, biochemie a chemická patologie. Jako student pracoval experimentálně na
souvislostech diabetu u profesora J. J. R. Macleoda (1876-1935), po promoci od května r. 1921
spolupracoval s F. G. Bantingem (1891-1941).
Jeho zájem o studium diabetu plynul z tragické zkušenosti z vlastní rodiny, kdy jeho teta zemřela v
diabetickém komatu. Sám Macleod kolem r. 1920 zcela nevěřil, že Langerhansovy ostrůvky produkují
antidiabetický hormon. Nabízela se ještě možnost, že průchod krve pankreatem ovlivňuje její složení, k
čemuž nenastává po odnětí pankreatu u experimentálních zvířat.
Banting v r. 1920 navštívil Macleoda s návrhem na výzkum obsahu buněk Langerhansových ostrůvků po
podvázání vývodu pankreatu a odumření hroznovitých pankreatických buněk. Macleod byl expert na
metabolismus sacharidů, návrh přijal skepticky (nebyl nový!), ale protože odjížděl na následující léto do
Evropy, rozhodl se umožnit Bantingovi provést experimenty.
Banting s Bestem podvázali vývod z pankreatu u laboratorních psů, ti pak byli ponecháni několik týdnů
bez dalšího zásahu. Z podvázaných pankreatů byl pak připraven vodný extrakt a ten injekčně vpraven
psům s odstraněným pankreatem, u kterých byla takto vyvolána silná cukrovka. Injekce způsobila
podstatný pokles krevního cukru. Extrakty jiných orgánů např. sleziny byly bez účinku. Experiment byl
několikrát opakován, opakování si vyžádal i Macleod po návratu z Evropy (září 1921). Výsledky byly
15
poprvé uveřejněny na setkání Americké fyziologické společnosti na Yaleově univerzitě v prosinci 1921.
Protože Banting a Best nebyli členy společnosti, byl jako hlavní autor uveden Macleod, což vyvolalo u
Bantinga pocit křivdy.
První publikace autorů Banting a Best o insulinu byla v časopise Journal of Laboratory and Clinical
Medicine (únor 1922). Další práce byla později v r. 1922 ve stejném časopise. Extrakt z pankreatu
hovězího plodu umožnil při denní injekční aplikaci žít depankreatizovanému psu po dobu 70 dní. Bylo to
kvůli několikanásobně vyššímu obsahu insulinu v extraktu a kvůli skutečnosti, že pankreas plodu do
5tého měsíce neobsahuje aktivní trypsin.
Stabilní insulin byl posléze získáván okyseleným ředěným ethanolem. S jeho přečištěním pomáhal
biochemik prof. James Bertram Collip (1892-1965) z Albertské univerzity v Edmontonu. Od r. 1922 byl
insulinový extrakt testován u pacientů ve Všeobecné nemocnici v Torontu. Za velkou produkci insulinu
byl později odpovědný Best (do r. 1941) jako ředitel Oddělení insulinu Conaughtových laboratoří na
Torontské univerzitě. Banting, Best, Collip a Macleod se dále věnovali mechanismu působení insulinu.
Přitom se zjistilo u laboratorních králíků, že injekční dávkování insulinu může vést ke křečím a smrti (v
důsledku hypoglykemie). Vzešla potřeba biologicky standardizovat připravovaný insulin. Patenty na
produkci insulinu byly podány v Kanadě, USA a Velké Británii. Na Torontské univerzitě vznikl dohlížecí
Insulinový výbor. Licence na přípravu insulinu byla v r. 1922 poskytnuta společnosti Eli Lilly v
Indianapolisu. V r. 1923 byla Nobelova cena udělena jen Bantingovi a Macleodovi, Banting se o finanční
prémii podělil s Bestem a Macleod s Collipem.
V r. 1924 se Best oženil, v r. 1925 získal podporu pro vědecký pobyt v Evropě (Národní ústav pro
medicínský výzkum v Londýně). Zde se podílel na studiu metabolismu glukosy o experimentálních
zvířatech s odstraněnými játry, kde byla hladina glukosy v krvi udržována infuzí. Po přídavku insulinu do
infúze klesala hladina krevní glukosy odbouráním a tvorbou glykogenu. V Londýně dále studoval histamin
v plicní tkáni. V r. 1927 přijal profesuru na Torontské univerzitě (fyziologická hygiena). V r. 1928 získal na
Londýnské univerzitě titul D. Sc. Po odchodu Macleoda do Aberdeenu (Skotsko) v r. 1929 se Best ve věku
30ti let stal v Torontu vedoucím Katedry fyziologie. Po Bantingově smrti v r. 1941 se stal ředitelem
Katedry medicínského výzkumu Bantinga a Besta, tuto pozici držel do r. 1967, kdy odešel na odpočinek.
Dalším z Bantingových výzkumů byla role cholinu v potravě laboratorních zvířat jako prevence proti
hepatické cirhóze (tuk v játrech) vyvíjející se v důsledky chybějícího pankreatu. V r. 1937 vyvinul tým
včetně Besta postup, jak získávat heparin z hovězích plic. Jeho válečný výzkum pro kanadské námořnictvo
spočíval v problematice nočního vidění stimulovaném červeným světlem. Zabýval se i hyperglykemií
vyvolanou glukagonem.
Literatura:
Young F, Hales CN (1982) Charles Herbert Best. 27 February 1899-31 March 1978. Biogr. Mems Fell. R.
Soc. 28: 1-25. DOI: 10.1098/rsbm.1982.0001
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
16
Zdrojem této společné fotografie Besta a Bantinga je Wikipedie.
17
Konrad Emil Bloch
(*21. 1. 1912 - †15. 10. 2000)
K. E. Bloch byl americký biochemik. Spolu s Feodorem Lynenem (1911-1979) získal v r. 1964 Nobelovu
cenu za fyziologii a medicínu, oceněny byly jeho objevy v souvislosti s metabolismem cholesterolu,
mastných kyselin a příslušné regulace. Narodil se v Nise v pruském Slezsku (nyní na území Polska) ve
středostavovské rodině, jeho otec řídil rodinnou továrnu. Střední školu ukončil v r. 1930 (pamětní deska v
Nise). Studoval na Technické univerzitě v Mnichově, kde ho zaujala chemie díky přednašejícímu
organické chemie Hansi Fischerovi (1881-1945). Na přednáškách Mnichovské chemické společnosti ho
zaujalo např. vystoupení Heinricha Wielanda (1877-1957) objevitele barviv motýlích křídel – pteridinů.
V r. 1934 musel pro svůj židovský původ studium v Mnichově ukončit, H. Fischer mu však zajistil
asistentské místo v Davosu ve Švýcarsku (Švýcarský ústav horského výzkumu). Pracoval na analýze lipidů
u mykobaktérií, vyvrátil přítomnost cholesterolu. Při analýze fosfolipidů korespondenčně spolupracoval s
R. J. Andersonem z Yaleovy univerzity. Připravil např. čistou fosfatidovou kyselinu. Jeho práce byly
podkladem disertace, která byla bohužel v Basileji zamítnuta.
V r. 1936 získal díky Andersonovi nabídku místo asistenta biologické chemie na Lékařské fakultě Yaleovy
univerzity, avšak bez stipendia. Se dvěma doporučujícími dopisy se dostal na Kolumbijskou univerzitu,
kde pracoval u Hanse Clarka a získal Ph.D. (1938). Ve spolupráci s Rudolfem Schoenheimmerem se
dostal k biochemickým pokusům se značenými izotopy, kdy s pomocí 15N demonstroval přeměnu
svalového kreatinu na kreatinin v moči. Zabýval se i biosyntézou kreatinu, konkrétně methylačním
krokem při přeměně guanidinoctové kyseliny. Tehdy neúspěšně studoval původ hydroxylové skupiny v
cholesterolu (pocházející z oxygenasové reakce) a po Schoenheimmerově smrti v r. 1941 se začal zabývat
biosyntézou cholesterolu a mastných kyselin např. s využitím značeného acetátu.
18
Pomocí značeného cholesterolu připraveného pomocí katalyzované izotopové výměny prokázal v r. 1945
jeho roli jako prekurzoru při tvorbě steroidního hormonu progesteronu. Dobrovolníkem pro klíčový
experiment byla jeho žena. Biosyntézu cholesterolu pak s kolegy potvrdil v novém působišti v Chicagu
pomocí mutantu baktérie Neurospora crassa zavislém na dodání vnějšího acetátu.
Vedoucím katedry biochemie v Chicagu byl jeho spolužák Earl Evans (1910-1999). Na počátku 50. let 20.
století byl velký zájem rozluštit proteosyntézu. Bloch se svými studenty sledoval tvorbu peptidových
vazeb v glutathionu nebo biosyntézu aromatických aminokyselin. Velkým zájmem laboratoře bylo popsat
původ všech 27 uhlíkových atomů cholesterolu, výzkum byl sdílený s laboratoří Cornfortha a Popjaka.
Např. inspirováni pracemi britského nutricionisty H. J. Channona, který prokázal zvýšený cholesterol u
potkanů krmených potravou s obsahem skvalenu ze žraločích jater. V r. 1952 Bloch uvažoval, že skvalen
cyklizuje na na 30ti-uhlíkatý lanosterol. Strukturu lanosterolu mezitím popsal tým Leopolda Ruzicky
(1887-1976) z Curychu. Po identifikaci kyseliny mevalonové v r. 1956 byl na konci 50 let. 20. stol.
Blochovým týmem a dalšími laboratořemi (mj. F. Lynenem) potvrzen isopentenyldifosfát jako výchozí
„biologická isoprenová jednotka“.
V r. 1954 přešel Blochna Harvard, kde byl až do r. 1982 profesorem biochemie. V té době se začalo pro
studium metabolických drah hojně používat mikroorganismů. Takto byla prokázána důležitost
molekulového kyslíku pro tvorbu OH- skupiny v poloze 3 u cholesterolu (1956) a to s použitím 18O.
Následovalo studium biosyntézy nenasycených mastných kyselin, pokusným materiálem byly kvasinkové
mikrosomy. Prokázali, že přeměna stearové kyseliny na olejovou kyselinu vyžaduje kyslík. U anaerobů byl
předpoklad jiného mechanismu, později se potvrdilo, že jde o dehydrataci hydroxykyselin. Enzym βhydroxydekanoylthioesterdehydrasa z Escherichia coli zároveň fungoval jako isomerasa (přesun polohy
dvojné vazby). Spolu s další laboratoří (Roy Vagelos) přispěli k objevu ACP proteinu důležitého pro
biosyntézu mastných kyselin.
Kyselina 3-decenová připravená katalyticky z 3-decynové kyseliny přispěla k objevu fenoménu reakčně
závislé inhibice dehydrasy (konec 60. let 20. stol.). Enzym dehydrasa byl inhibována allenovým isomerem
nečistoty v testovaném substrátu - nezreagované 3-decynové kyseliny (kovalentní modifikace histidinu).
Izomeraci přitom sám katalyzoval. Kyselina 3-decynová inhibuje růst baktérií, což lze zvrátit přídavkem
olejové kyseliny. Důležitost kyslíku pro biosyntézu cholesterolu a mastných kyselin je zřejmě dána
evolucí.
Literatura:
Bloch K (1987) Summing up. Annu. Rev. Biochem. 56: 1-19. DOI: 10.1146/annurev.bi.56.070187.000245
Fotografiepamětní desky z budovy školy v Nise, kde studoval K. Bloch, pochází z r. 2013 (M. Šebela).
19
John Machlin Buchanan
(*29. 9. 1917- †25. 6. 2007)
Buchanan byl americký biochemik známý pro svůj zásadní podíl k objevu biosyntézy purinů. Jeho kariéra
spadá do období po r. 1938, které je možné považovat za dobu rozkvětu biochemie.
Jeho motivací byly průkopnické nutriční studie metabolismu aminokyselin u zvířat (W. C. Rose a Howard
B. Lewis) z 20. let 20. stol. Už jako student se zapojil do využití radioizotopového značení.
Narodil se v Indianě, chemie se stala jeho zálibou na střední škole. Jako student bakalářského studia na
DePauwově univerzitě se zapojil do vědeckého projektu (syntéza k. mandlové), což vyústilo ve
spoluautorství publikace v JACS. Po přečtení knihy Physiological chemistry získal zájem tímto směrem.
Magisterské studium absolvoval na Michiganské univerzitě, kde Katedru biochemie vedl Howard Lewis.
Vzdělání ukončil v r. 1939, experimentálně se zabýval studiem konkanavalinu A.
Pokračoval na Lékařské fakultě Harvardovy univerzity v Cambridgi, kde získal stipendium na Katedře
biologické chemie u A. B. Hastingse. Byla tam interdisciplinární skupina využívající cyklotron jako zdroj
radioaktivního izotopu 11C (s poločasem 20 min), studovala se glukoneogeneze z mléčné kyseliny, k
dispozici bylo Geigerovo počitadlo. Experimenty byly maximálně čtyřhodinové, využívalo se značeného
laktátu a CO2.
Práce s řezy potkaních a králičích jater in vivo potvrdila inkorporaci 11CO2 jako jednoho za atomů glukosy
při biosyntéze glykogenu. Pokračovalo se s výzkumem biosyntézy glykogenu z mastných kyselin – 1-11C
značený acetát, propionát a butyrát. Kyseliny se sudým počtem atomů uhlíku byly už tehdy známé jako
neglukogenní.
Na Katedře fyziologické chemie Pensylvánské univerzity se pracovalo se stabilními isotopy 13C a 15N a k
dispozici byl hmotnostní spektrometr, předmětem byl metabolismus acetoacetátu. Acetoacetát se
sledoval v jaterních řezech po metabolizaci 1-13C oktanoátu.
Již v době práce na ústředním metabolismu důkladně četl Krebsovy práce včetně těch, které se zabývaly
biosyntézou močoviny, metabolismem aminokyselin a puriny.
Na počátku byl schopný student John Sonne, který v roce 1945 hledal zajímavou práci v laboratoři.
Náhodou se zajímal o nemoc dnu, proto se dohodli na práci k objasnění biosyntézy močové kyseliny.
Krebs předtím prokázal, že první purinem syntetizovaným v řezech holubích jater je hypoxanthin. Stará
představa byla, že močová kyselina vzniká z močoviny a tříuhlíkaté sloučeniny. Protože nešlo pracovat s
řezy (kvůli množství), byly pokusy konány na holubech, což je urikotelní organismus.
Počítali s tím, že 3C prekurzorem je mléčná kyselina, krmili holuby 1-13C- laktátem. Zjistilo se zabudování
13
C do C6 atomu urátu (prováděna chemická degradace urátu), bylo ověřeno že 13CO2 se zabudovával do
C6. Z 1-13C-acetátu se izotop zabudovával do C2 a C8 (Sam Gurin) a ne do C4/C5, jak se předpokládalo,
bylo to z kontaminace, potvrzena byla mravenčí kyselina jako donor. Jako další 2C donor se nabízel
20
glycin, zkoušeli 1-13C-glycin, potvrzen pro C4. Protože neměli
solemi a neznačeným glycinem – izotopové ředění v N7 a N9.
15
N-glycin, krmili holuby
15
N-amonnými
Během jednoho roku pak našel tým i prekurzory N1, N3 a N9, nebylo to v in vivo systému (rychlá
výměna). Předpokládalo se studium enzymových reakcí. Buchanan tak odjel na vědeckou dovolenou k
Hugo Theorellovi do Švédska (1946). Mezi mladými vědci tam byli např. i Christian Anfinsen (1916-1995)
a Christian de Duve (1917-2013).
Anfinsen a Buchanan purifikovali akonitasu, tehdy byly k dispozici pouze precipitace a elektroforéza.
Seznámil se zde se svou ženou Elsou Nilsby. Po návratu do USA se od r. 1948 opět věnoval biosyntéze
purinů. V té době G. Robert Greenberg (foto) na Univerzitě Západní zálohy (Western Reserve) zjistil, že
hypoxanthin se tvoří ve formě inosinové kyseliny.
Skupiny J. Buchana a A. Kornberga (s kolegy jako první potvrdil fosforibosyldifosfát, PRPP, jako prekurzor
pro tvorbu AMP z adeninu) purifikovaly dvě fosforibosyltransferasy specifické pro Hyp/Gua resp. Ade.
Následně se ukázalo, že PRPP vstupuje do biosyntézy purinů v úvodní fázi biosyntézy.
V r. 1953 Buchanan přijal nabídku odejít na MIT (Massachusetský technologický ústav) a začal vést
Oddělení biochemie při Katedře biologie. Na MIT pokračovaly isotopové studie s pomocí 15N a
hmotnostního spektrometru. Tým použil značené metabolity a ethanolovou frakci holubích jater.
Prokázali, že N3 a N9 pochází z amidu glutaminu a N1 z aminoskupiny aspartátu.
Lidé z laboratoří Buchanana a Greenberga našli metabolity fosforibosylglycinamid (GAR) a
fosforibosylformylglycinamid (FGAR). FGAR se podařilo akumulovat díky inhibici enzymu
zabudovávajícího glutamin do FGAR pomocí analogu Gln – azaserinu. Mapování celé biosyntetické dráhy
bylo ukončeno v r. 1956.
Později se zájem přesunul od biosyntézy purinů ke spojení mezi methioninem, vitaminem B12, perniciosní
anémií, puriny a biosyntézou DNA. K dispozici byly mutantní kmeny Escherichia coli vyžadující Met. Jeden
z mutantů byl defektní v syntéze vitamínu B12 a přídavek toho vitamínu srovnával potřebu Met.
Výsledkem bylo zjištění, že 5-methyltetrahydrofolát (5-methyl-THF) je donorem methylu pro methylaci
homocysteinu na methionin v přítomnosti ATP.
V příslušné homocysteinmethyltransferase je koenzymem vitamin B12, který váže na svém kobaltovém
iontu methylovou skupinu z 5-methyl-THF (voří se methyl-kobalamin) a předává jej na homocystein.
Ukázalo se rovněž, že přenos methyl na homocystein je vlastně regenerací THF, ke které je nutná
přítomnost vitamínu B12. Byla taky ukázána důležitost katalytická role S-adenosylmethioninu
(methioninový cyklus).
Dalším studovaným tématem byly bakteriofágy. V. 50. a 60. letech 20. století byly tyto viry modelem pro
studium replikace DNA a biosyntézy proteinů. V laboratořích v Cold Spring Harbor bylo jinými vědci
(Flaks, Cohen) zjištěno, že bakteriální DNA syntetizovaná v přítomnosti fága T má hydroxymethylovaný
deoxycytosinmonofosfát, což zprostředkovává fágem indukovaný enzym dCMP-hydroxymethylasa
21
(koenzym: 5,10-methylen-THF). V Buchanově laboratoři našli fágem kódovaný enzym dCTPasu tvořící
dCMP, což potlačuje tvorbu bakteriální DNA.
V Buchananově laboratoři se fágům mj. věnoval Salvador Luria (1912-1991) popisovali funkce fágových
genů.
Na počátku 60. let se zájem přesunul k regulaci procesů syntézy „prvotních“ proteinů (na počátku
infekce), což vede k supresi bakteriální DNA a replikaci fágové DNA. Po začátku syntézy fágové DNA tyto
proteiny mizí a pak se objevují „pozdní“ proteiny. Zjistilo se, že syntéza fágových proteinů funguje jako
regulace transkripce specifických mRNA.
Regulace buněčného růstu byla dalším předmětem zájmu. Takový faktor se hledal např. v krevním séru,
jehož růstový účinek byl znám. Vzhledem k tomu, že v r. 1970 byl popsán trypsin jako růstový stimulátor,
Buchananův tým se zabýval rolí koagulační proteasy thrombinu.
Thrombin byl následně popsán jako mitogen. Efekt je dán proteolytickým uvolňováním určitých proteinů
z povrchu buněk (mj. fibronektin). Tato aktivita však není jediná, jde i o vazbu na receptory.
Finálním projektem byl výzkum proteinů, které se účastní procesů transformace působením RNA virů
(např. RSV), např. tyrosinkinasa.
Poslední publikaci vydal v r. 1986.
Literatura:
Hartman SC, Zetter B (2009) John Machlin Buchanan. 1917-2007. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci., 37 stran.
22
Eduard Buchner
(*20. 5. 1860 – †13. 8. 1917)
Buchner získal Nobelovu cenu za chemii v r. 1907 za biochemický výzkum a objev bezbuněčné
fermentace.
Narodil se v Mnichově v rodině lékaře a univerzitního profesora. Jeho bratr Hans Buchner (1850-1902)
byl bakteriologem. Po gymnáziu se zapsal na univerzitu v Mnichově (1877), na mnichovské polytechnice
absolvoval praktika v chemické laboratoři Emila Erlenmeyera (1825-1909). Studium ale přerušil a
pracoval v konzervárně. V r. 1883 začal studovat chemii a botaniku na univerzitě v Mnichově. Jeho
profesory byli Adolf von Baeyer (1835-1917) respektive Carl von Nägeli (1817-1891). Na botanickém
ústavu pracoval pod dohledem svého bratra a v r. 1885 poprvé publikoval práci o vlivu kyslíku na
fermentace. Jeden semestr v průběhu studií strávil v laboratoři Otto Fischera (1852-1932, bratranec E.
Fischera) v Erlangenu. Doktorát získal v Mnichově v r. 1888, v následujícím roce se stal asistentem v
Baeyerově laboratoři organické chemie, přednášel a v r. 1891 se habilitoval. Získal vlastní laboratoř pro
studium fermentací.
V r. 1893 provedl první experimenty s rozbitím buněk kvasinek, ale další studium v tomto směru bylo
vzhledem k názoru vedení odsunuto. V r. 1893 přešel na univerzitu v Kielu do analytické laboratoře u
Theodora Curtia (1857-1928). V Kielu se stal profesorem (1895), od r. 1896 pak působil jako mimořádný
profesor analytické a farmaceutické chemie na univerzitě v Tubinkách (Tübingenu). Jeho nadřízeným v
Tubinkách byl Hans von Pechmann (1850-1902). Díky vlivu a působení bratra Hanse v radě Hygienického
23
ústavu v Mnichově získal podmínky k pokračování práce na kvasinkách. V r. 1897 publikoval v časopise
Berichte der Deutschen Chemisten Gesselschaft článek o alkoholovém kvašení bez kvasinkových buněk.
V r. 1898 získal místo na zemědělské škole v Berlíně, kde učil zemědělskou chemii a vedl experimentální
praktika. V r. 1900 se oženil a přesídlil do Berlína. Nobelovu cenu za chemii získal v r. 1907. V r. 1909
přijal místo profesora chemie na univerzitu ve Vratislavi, zde však nebyl spokojen (periférie Říše) a tak
využil nabídky přejít v r. 1911 na Univerzitu Julia Maxmilána do Würzburku. V r. 1915 byl povolán do
armády, v r. 1916 byl ze služby propuštěn, ale v r. 1917 jako dobrovolník opět narukoval. Zemřel na
následky válečných zranění utrpěných v Rumunsku, kde sloužil jako major.
Výsledky jeho studií na kvasinkách a alkoholovém kvašení byly podkladem knihy Die Zymasegärung,
kterou vydal v r. 1903 s bratrem a mikrobiologem Martinem Hahnem (1865-1934). Práce z r. 1896
spočívala v homogenizaci kvasinek s křemenným pískem a křemelinou. Ke vzniklé pastě se přidalo malé
množství vody a materiál se vymačkal přes síťovitou tkaninu. Výsledkem byla šťáva s kvasinkovou vůní.
Buchner určil hustotu, povařením prokázal obsah proteinů (z dusíku zjištěn v hodnotě 3.7%). Ukázal, že
šťáva má schopnost zahájit fermentaci sacharidů. Po smísení se stejným objemem koncentrovaného
roztoku třtinového cukru se po 15 min až 1 h dostavila produkce CO2, která pokračovala v řádu dnů.
Stejně tak došlo k fermentaci glukosy, fruktosy a maltosy, ne však laktosy nebo mannitolu (ve shodě s
vlastnostmi samotných kvasinek). Pokud byla do roztoku cukru vložena trubice z pergamenového papíru
naplněná uvitř kvasinkovou šťávou, obalila se po chvíli z vnější strany bublinkami CO2, produkce plynu
uvnitř byla bouřlivá. Po několikadenní fermentaci se tvořil zákal (precipitované proteiny). Fermentaci se
nedalo zabránit saturováním roztoku chloroformem ani filtrací roztoku. V lednici se fermentace
zpomalila. S časem se schopnost fermentovat ztrácela, přídavek roztoku cukru v tomto směru
stabilizoval. Alkoholový precipitát proteinů se po vysušení špatné rozpouštěl, získaný filtrát neměl
fermentující aktivitu.
Buchner nazval proteiny v kvasinkové šťávě zymasou. Hlavní výsledky jeho práce z r. 1896 byly
následující:
1/ buněčná struktura kvasinek není potřebná k fermentaci
2/ k fermentaci je třeba rozpustný protein
Předpokládal vylučování proteinu kvasinkami do roztoku. Ale již roku 1858 (v knize Theorie der
Fermentwirkungen) soudil Moritz Traube (1826-1894), že k fermentaci je třeba speciální protein.
Literatura:
Zdrojem životopisných údajů je The Nobel Foundation, http://www.nobelprize.org/.
Fotografie pochází z Wikipedie.
24
Adolf Friedrich Johann Butenandt
(*24. 3. 1903 – †18. 1. 1995)
Butenandt byl nositelem Nobelovy ceny za chemii (spolu s Leopoldem Ružičkou) v r. 1939 za práci na
pohlavních hormonech.
Adolf Butenandt se narodil na předměstí Bremerhavenu jako syn obchodníka z Hamburku. V r. 1921 začal
v Marburgu studovat chemii. Brzy však zjistil, že ho chemie zajímá pouze v souvislosti s biologií. V r. 1924
přešel do Gotinek, kde začal pracovat v laboratoři pod vedením Adolfa Windause (1876-1959) na poli
přírodních látek. Promoval v r. 1927, kdy obhájil disertaci o rotenonu.
Posléze zakotvil jako asistent u Windause (Ústav chemie). Zde pracoval na rotenonu z novoguinejské
bobovité rostliny Derris elliptica. Pod vlivem Windause a Schoellera začal s prací na pohlavních
hormonech. Začal s izolací estronu (1929). V r. 1931 se habilitoval a stal se soukromým docentem a
vedoucím oddělení organické chemie a biochemie na ústavu. V tomto roce také izoloval androsteron.
Pro izolaci stovek miligramů hormonu bylo třeba zpracovat 10,000 litrů moči! Spolu s tím se pracovalo
na vysvětlení struktury a provedení chemické syntézy.
V r. 1933 Butenandt získal místo řádného profesora organické chemie na Vysoké škole technické
Svobodného města Gdaňska jako nástupce prof. Alfreda Wohla (1863-1939), žáka Emila Fischera (185225
1919). Spolu s Butenandtem přesídlila do Gdaňska celá laboratoř z Gotinek včetně asistentů, doktorandů,
techniků a laborantů, ale i experimen-tálního zvířectva. Kromě profesury byl Butenandt rovněž ředitelem
Ústavu organické chemie.
V Gdaňsku izoloval hormon žlutého tělíska (spolu s Ulrichem Westphalem), progesteron (1934). Pracoval
rovněž na syntéze androsteronu ze sterolů a žlučových kyselin a zabýval se jejich biosyntézou. Vyslovil
hypotézu, že prekurzorem steroid-ních hormonů je cholesterol. Mimo ostatní výsledky se Butenandtovi
podařilo v r. 1935 syntetizovat a testosteron. Našel také souvislost mezi strukturou a fyziologickým
účinkem a studoval i možné kancerogenní vlastnosti některých pohlavních hormonů. Výzkum v Gdaňsku
byl mj. podporován Rockefellerovou nadací.
Díky této podpoře také cestoval na 3 měsíce do USA (1935) a zahájit studentské výměnné pobyty s
americkými univerzitami. Po návratu obdržel nabídku pracovat na Harvardu, kterou však odmítl. V r.
1936 mu Max Planck (1858-1947) osobním dopisem nabídl nástup na Ústav císaře Viléma v BerlíněDahlemu. Na podzim 1936 tak Butenandt opustil Gdaňsk s celou laboratoří, jejím vybavením a zvířaty ve
stěhovacím autu s přívěsem. Němečtí celníci na hranici se dotazovali, zda nejde o cirkus. Od r. 1936 byl
členem NSDAP (už v r. 1933 se podpisem připojil k Přihlášení se německých profesorů k Adolfu Hitlerovi
a národně socialistickému státu). Jeho role v nacistickém systému je sporná, existují však dokumenty o
aktivním prorežimním vystupování.
V l. 1936-1960 byl ředitelem Ústavu Maxe Plancka pro biochemii (KWI byl po válce převzat společností
Maxe Plancka), který se později přestěhoval do Tubinek (1945) a Martinsriedu u Mnichova (1956), kde
byl též profesorem na univerzitách (v l. 1938-1944 byl čestným profesorem biochemie na berlínské
univerzitě). V l. 1960-1972 byl po Otto Hahnovi (1879-1968) prezidentem společnosti Maxe Plancka.
Gdaňsk navštívil znovu jako důchodce v r. 1978. Získal řadu čestných doktorátů, medailí a ocenění.
V r. 1959 Butenandt objevil a pojmenoval bombykol, feromon bource morušového.
Literatura:
Butenandt A, Hecker E (1961) Synthese des Bombykols, des Sexuallockstoffes des Seidenspinners, und
seiner geometrischen Isomeren. Angew. Chem. 73: 349-353. DOI: 10.1002/ange.19610731102
Butenandt A, Hecker E, Hopp M, Koch W (1962) Über den Sexuallockstoff des Seidenspinners. IV. Die
Synthese des Bombykols und der cis-trans-Isomeren Hexadecadien-(10,12)-ole-(1). Liebigs Ann. Chem.
658: 39-64. DOI: 10.1002/jlac.19626580105
Piosik R (2003) Adolf Butenandt und sein Wirken an der Technischen Hochschule Danzig. Chemkon 10:
135-138. DOI: 10.1002/ckon.200390038
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
26
Melvin Ellis Calvin
(*6. 4. 1911 – †8. 1. 1997)
Americký chemik Calvin získal spolu s kolegy Andrew Bensonem a Jamesem Basshamem v r. 1961
Nobelovu cenu za chemii za výzkum asimilace CO2 v rostlinách. Svou profesionální kariéru v délce téměř
padesáti let strávil na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Narodil se v Minnesotě rodičům, kteří byli
židovskými imigranty z území carského Ruska. Rodina se přestěhovala do Detroitu, kde měl otec obchod
s potravinami.
Po střední škole studoval chemii, v r. 1931 získal titul bakaláře na Michiganské hornické a technické
univerzitě (nyní MTU). V r. 1935 dostal Ph.D. titul v oboru Chemie na Minnesotské univerzitě. Na
postdoktoranském pobytu v Manchesteru se začal zajímat o ftalokyaniny, chlorofyl, fotosyntézu a umělé
fotosyntetizující membránové modely. V r. 1937 se stal instruktorem na UCA v Berkeley. Pracoval u
Gilberta N. Lewise (1875-1946) na Katedře chemie, zabýval se fotochemií barevných porfyrinů. V r. 1945
byl přesvědčen děkanem Wendellem Latimerem (Fakulta chemie a chemického inženýrství) a Enestem
O. Lawrencem (1901-1958; ředitel Laboratoře radioisotopů, vynález cyklotronu), aby použil v
biochemickém výzkumu fotosyntézy radioizotopy. Práci s radioizotopy se tam již předtím zabývali Sam
Ruben (1913-1943) a Martin Kamen (1913-2002). V l. 1938-1942 spolu s E. O. Lawrencem studovali
metabolické procesy fixace CO2 ve fotosyntéze s pomocí inkorporace izotopu 11C, byli ale neúspěšní kvůli
27
absorpci produktů na proteiny. Ruben pomocí kyslíku 18O získaného z vody H218O prokázal, že kyslík
uvolněný při fotosyntéze pochází z vody. V únoru r. 1940 spoluobjevili izotop 14C.
Calvin vytvořil skupinu výborných chemiků s biologickými zájmy. S izotopem 14C ve formě uhličitanu
barnatého, který v r. 1942 získal od Rubena, začal pracovat mladý Andrew Benson (*1917). Ruben
zemřel na otravu fosgenem při nehodě během válečného výzkumu v r. 1943. Pro separaci produktů se
používala extrakce s nemísitelnými rozpouštědly a papírová chromatografie. Původní představa (James
Franck, Farrington Daniels)byla, že CO2 je absorbován chlorofylem v proteinovém komplexu, vodík z vody
se přenáší k jeho redukci, přičemž vzniká formaldehyd. Při polymeraci formaldehydu za vzniku cukrů se
uvolňuje kyslík. K tomu je třeba světlo.
Benson izoloval produkty fixace 14CO2 ve tmě, s Edwinem McMillanem (1907-1991) krystalovali
radioaktivní produkt, kyselinu jantarovou. Experimenty byly prováděny na řasách osvěcovaných v
nepřítomnosti CO2 a pak přenášených do tmavých nádob s 14CO2. Pozorována tvorba radioaktivní
sacharosy, ukázalo se, že musí být k dispozici redukovadlo a fosforylační činidlo. Snahou bylo získat
produkt z co nejkratší expozice 14CO2, což bylo problematické vzhledem k malé specifické radioaktivitě
izotopu. Po krátkých expozicích bylo využito chromatografie, nejdříve papírové, později ionexové, kterou
zavedl Calvin. Ukázalo se, že produkt fixace se drží pevněji než fosfáty sacharidů a potvrzena byla 3fosfoglycerová kyselina (PGA), radioaktivita byla nalezena v karboxylové skupině. Tehdy to byl již známý
metabolit odbourání glukosy. Ostatní sacharidy z dráhy byly identifikovány podle jejich chemických
vlastností. 14C byl nalezen v obou hexosách v sacharose. K potvrzení sekvence reakcí bylo využito
prvotního značení fruktosy.
Identifikace akceptoru CO2 byla složitější. Na papírovém chromatogramu byly Bensonem nalezeny
ketosy. Experimenty se prováděly ve spolupráci s Jamesem A. Basshamem (1922-2012). V jedné ketose
bylo nalezeno 14% radioaktivity v karbonylu, z čehož usoudili, že jde o sedmiuhlíkatý cukr. V menším
cukru se potvrdil pentosadifosfát (radioaktivita 32P a 14C ukázala na poměr dva atomy fosforu – pět
atomů uhlíku). Až na počátku 50. let byl akceptor ztotožněn s ribulosabisfosfátem. Celá dráha byla
objevena do r. 1958.
Calvin se podílel na činnosti vědeckých společností v USA, byl prezidentem ACS a ASPP, i na mezinárodní
úrovni. Spolupracoval s NASA: opatření k zamezení biologické kontaminace Měsíce lunárními sondami ze
Země, ochrana před zavlečením patogenů z Měsíce, plány na hledání života ve vzorcích z Měsíce a
planet. Byl poradcem prezidentů Nixona a Forda,
Literatura:
Seaborg GT, Benson AW (2008) Melvin Calvin. 8 April 1911 — 8 January 1997. Biogr. Mems Fell. R. Soc.
54: 59-70. DOI: 10.1098/rsbm.2007.0050
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
28
Robert Brainard Corey
(*19. 4. 1897- †23. 4. 1971)
Robert Corey byl dlouholetým spolupracovníkem Linuse Paulinga (1901-1994) na Caltechu, kde byly na
konci 40. let a začátku 50. let 20. stol. Formulovány základní principy struktury proteinů: α-helix a βskládaný list. Spolupráce byla založena na Paulingových představách a nápadech, které pak Corey
ověřoval na základě výsledků difrakčních experimentů.
Narodil se ve Springfieldu, MA, jeho rodiče pocházeli z rodu anglických přistěhovalců, kteří se dostali do
Ameriky v polovině 17. století. Oba byli vzdělanými absolventy Cornellovy univerzity, otec byl strojním
inženýrem. Corey absolvoval univerzitu v Pittsburghu, v r. 1919 se stal bakalářem v oboru chemie. Od
mládí byl chatrného zdraví, neboť prodělal dětskou obrnu, měl částečně ochrnutou ruku a kulhal. To
zřejmě přispělo k jeho povaze, byl velmi vážný a příliš nevyhledával společnost. Magisterské studium
absolvoval na Cornellově univerzitě v Ithace, NY, kde studoval anorganickou chemii, spektroskopii a
fyzikální chemii. Zde se spolužákem sestrojili skleněnou vakuovou aparaturu a charakterizovali různé
hydridy germania, které v ní vytvořili.
V r. 1924 získal titul Ph.D. a pokračoval na Cornellu jako instruktor analytické chemie. Seznámil se s
rentgenovým spektrometrem, který byl předtím používán Ralphem W. G. Wyckoffem (1897-1994), v té
době už pracujícím na Rockefellerově ústavu pro medicínský výzkum (nyní Rockefellerová univerzita,
NYC). V r. 1928 tam Corey odešel jako asistent v oboru biofyzika, v r. 1930 se tam stal výzkumným
pracovníkem, oženil se. S Wyckoffem se zabýval použitím RTG difrakce pro studium jednoduchých
organických molekul s C-C a C-N vazbami (např. thiomočovina), aby se nakonec dostali k analýze
krystalických a vláknitých proteinů. Laboratoř ale byla v r. 1937 zrušena, Wyckoff odešel na NIH
(Washington). Coreymu bylo nabídnuto roční stipendium pro pokračování jinde, provozní peníze a
přesun přístrojů.
Corey napsal Paulingovi, který v té době začinal se strukturní chemií aplikovanou na biologické systémy.
Pauling ho přijal na Caltech, ale s podmínkou, že nemůže být jeho pobyt delší než roční. Mezi přístroji,
které si s sebou Corey vzal do Pasadeny, byl mj. Weissenbergův fotoaparát pro krystalografii. V
Pasadeně zůstal po zbytek profesní dráhy, úspěšně postupoval v kariéře, v r. 1938 byl pouhým
stipendistou, v r. 1946 se ale stal výzkumným pracovníkem a v r. 1949 profesorem strukturní chemie.
Emeritním profesorem se stal v r. 1968, pak už kvůli zdraví ovšem nebyl příliš aktivní. Jeho povaha byla
naprostým protikladem Paulinga, možná proto bylo tohle duo tak efektivní. Pro Coreyho byla typická
pečlivost, pozornost k detailům. S Paulingem nikdy nebyli blízcí přátelé.
Před válkou se Corey v Pasadeně věnoval určování krystalových struktur malých molekul: glycinu, D,Lalaninu a diketopiperazinu (cyklický anhydrid glycylglycinu). Byly to první krystalové struktury svého
druhu. K výpočtům přitom tehdy mohl využít pouze logaritmické pravítko (300 intenzit pro alanin). V té
době již byla k dispozici Pattersonova funkce pro řešení struktur, kterou Arthur Lindo Patterson (19021906) zavedl r. 1934. Struktura diketopiperazinu jako první prokazovala, že peptidová vazba je planární.
29
V době války se Pauling zabýval projektem studia stability a výbušnosti střelného prachu a Corey musel
řešit četné administrativní záležitosti s Ministerstvem války. K vědecké práci se tak vrátil až po válce.
Pauling k řešení biologických problémů chemickými postupy zahrnujícími termodynamiku, kvantovou
mechaniku, elektronovou difrakci v plynné fázi a krystalografii povolal řadu studentů a postdoků.
Do r. 1955 byly publikovány krystalové struktury šesti aminokyselin a tří dipeptidů. S teoretickou
možností výskytu helikální proteinové struktury přišel Pauling na konci 40. let. Kombinovala se tak data z
teoretických modelů a experimentální difrakčních dat. Struktura dnes známého α-helixu byla
kompatibilní s daty ze syntetických polypeptidů poly-γ-methyl-L-glutamátu a poly-γ-fenyl-L-glutamátu.
Následovaly publikace v časopisu PNAS popisující α-helix, další helix – méně kompaktní, paralelní a
antiparalelní β-skládaný list včetně atomových souřadnic (1950-51). Tím byl zahájen věk molekulární
biologie akcelerovaný krátce nato Watson-Crickovou DNA dvoušroubovicí. Rozsáhle se využívalo
modelů struktur. Název CPK modely je odvozen ze jmen Corey, Pauling, Koltun.
V období 1950-55 studovali Pauling a Corey struktury řady vláknitých proteinů z vlasů, hedvábí, vlny,
peří a další včetně kolagenu. K tomu chybně vyhodnotili strukturní data pro strukturu
deoxyribonukleové kyseliny, kde uvažovali trojitou šroubovici. Při hustotě 1.62 nebyli schopni
konstruovat model, kde by páry bazí byly uvnitř. Navrhli tak fosfáty uvnitř a spojení řetězců
prostřednictvím vodíkových vazeb. Pauling se začal věnovat antinukleárním aktivitám a veřejnému
přednášení, proto se Corey stal de facto vedoucím laboratoře struktur.
Na konci 50. let se Corey zaměřil na struktury krystalických proteinů, zejména lysozymu a dále
nukleotidů a nukleosidů. Při tom Karst Hoogesteen objevil obrácené párování (Hoogsteenovo párování).
Projekt struktury lysozymu s využitím komplexů s těžkými kovy Ta a Nb byl zklamáním, protože bylo
sebráno velké množství dat, získána mapa elektronové hustoty, ale mezitím byla struktura publikována
jinou laboratoří (D. C. Phillips, PNAS 57, 484-95, 1967).
Literatura:
Marsh RE (1997) Robert Brainard Corey. 1897-1971. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 72: 50-69.
30
Carl Ferdinand Cori
(*5. 12. 1896 – †20. 10. 1984)
Carl Ferdinand Cori se narodil v Praze, jeho dědeček z matčiny strany byl univerzitním profesorem fyziky
v Praze, otec vystudoval zoologii a byl ředitelem Námořní biologické stanice v Terstu. V Terstu rodina žila
od jeho útlého dětství a zde při otcových výpravách na člunu stejně jako v akváriu stanice získával zájem
o biologii. Učil se na klasickém gymnáziu. Ve škole se setkával s jazyky různých národů v Terstu a
odposlechem se naučil plynně italsky. Rodinu často navštěvovali vědečtí přátelé rodičů. Byl také ve
speleologickém klubu a v jeskyních u Terstu sbíral hmyz.
V létě roku 1914 po ukončení gymnázia byl s otcem na expedici po neobydlených ostrovech, kde se
věnoval sbírání mravenců. Výsledkem byla první vědecká publikace. Zde se setkal s rakouským biologem
Paulem Kammererem (1880-1926), který později nechvalně proslul svými předlysenkovskými teoriemi o
dědičnosti získaných vlastností a vědeckými podvody. Expedice byla bez kontaktu s pevninou, takže se o
vypuknutí války dověděli až s týdenním zpožděním.
Následovalo studium medicíny na Karlo-Ferdinandově univerzitě v Praze (mimochodem podle jména
univerzity získal křestní jména Carl Ferdinand). V té době byla medicína nejlepší průpravou pro jakoukoli
biologickou specializaci. Výuka začínala anorganickou a organickou chemií, fyzikou a biologií, pak se
přidala anatomie, biochemie, fyziologie a farmakologie (2. ročník).
Při studiích poznal svou budoucí ženu, která ho přitahovala mimo jiné i podobnými volnočasovýmí zájmy.
Ve třetím ročníku byl povolán do armády. Zpočátku sloužil u lyžařských jednotek a pak byl převelen
k sanitářům. V bakteriologické laboratoři se nakazil horečnatým onemocněním (břišní tyfus), ze kterého
se jen pomalu zotavoval. Výsledkem byl zájem o imunologii, práce v kanceláři monitorující infekční
31
nemoci v rakouské armádě a v konečném důsledku i působení v nové bakteriologické laboratoři v Terstu,
kterou založil a kde například nalezl vzorek masové konverzy s infikovanou bacilem anthraxu.
V posledním roce války pracoval v nemocnici pro infekční nemoci u frontových linií na Piavě, od lékařů
z Budapešti měl možnost intenzivních kurzů kklinické medicíny a patologie, díky znalosti italštiny též
působil jako praktický lékař mezi civilním obyvatelstvem a účastnil se očkovací kampaně proti neštovicím.
V roce 1918 se Cori vrátil do Prahy a v r. 1920 získal titul doktora medicíny. K postdoktorálním studiím
odešel do Vídně, dopoledne pracoval v laboratoři klinické medicíny a odpoledne na farmakologickém
ústavu. Předtím také pracoval s Albertem Szent-Györgyim (1893-1986) na farmakologickém ústavu
maďarské univerzity v Bratislavě předtím než byla Bratislava obsazena československou správou.
V srpnu 1920 oženil s Gerty Theresou Radnitz, která také byla na postdktorském pobytu (v dětské
nemocnici). Díky špatným podmínkám pro placené místo ve vědeckém výzkumu (nechtěli zůstat u
medicíny a např. na klinice bylo místo platu jídlo zdarma) a díky náhodě se rozhodli pro odchod do
Spojených států. Cori prováděl fyziologicko-farmakologické pokusy s žábami, které mu z Prahy zaslal jeho
otec a setkal se s Dr. Gaylordem, ředitelem Státního ústavu maligních nemocí v Buffalu, stát New York (v
té době pobýval v Evropě). Přestože Cori přijal místo u Otto Loewiho (1873-1916), objevitele
neuropřenašeče acetylcholinu („Vagusstoff“), na univerzitě ve Štýrském Hradci, pobyl zde jen krátce na
podzim 1921. Loewi získal v r. 1936 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu.
Na nové pozici v USA byl Cori zodpovědný za chod nemocniční laboratoře a pouze ve volném čase se
mohl věnovat výzkumu. Běžným postupem už v té době začaly být kolorimetrické metody pro různá
stanovení. O půl roku později přijela Gerty, která předtím získala místo na patologii. Dr. Gaylord v té době
věřil, že rakovina je způsobena parazity. Hledaly se například měňavky ve vzorcích stolice pacientů. V té
době se začaly vyskytovat problémy s akceptováním spolupráce manželů na jednom pracovišti ze strany
nadřízených. Ve studiu příčin rakoviny byl Cori s kolegy inspirován zjištěním Otto Warburga (1883-1970)
o nadměrné produkci laktátu v nádorových buňkách. Například u kuřete s Rousovým sarkomem
v jediném křídle byla demonstrována zvýšena hladina laktátu v krvi ve srovnání s křídlem zdravým.
V Buffalu pracoval Cori 9 let, navázal v té době dlouholeté přátelství s Jamesem B. Sumnerem (18871955). Ještě předtím, než odešel na nové místo jako vedoucí katedry farmakologie na Lékařské fakultě
Washingtonovy univerzity v Saint Louis, Missouri (1931), začali se Coriovi zajímat o metabolismus
sacharidů. V té době nebyl intermediární metabolismus zdaleka prozkoumán. Odpovědi na otázky
metabolismu byly hledány experimenty s celými zvířaty, Cori však záhy rozpoznal nutnost práce
s izolovanými tkáněmi. V té době zaznamenala biochemie zásadní rozvoj díky výzkumu glykolýzy a
oxidačních metabolických drah a zúčastněných enzymů. S výjimkou rozluštění genetického kódu a
procesu biosynézy proteinů už nepřišly tak zásadní objevy v poměrně krátké době.
Fyziologie, biochemie a farmakologie byly na fakultě v St. Louis umístěny v jedné budově. Zpočátku
nebylo žádné vybavení pro výzkum chemického zaměření. V době 2. světové války byl Cori jmenován
profesorem farmakologie a biochemie s povinností učit na obou katedrách a k tomu měl na starost
smluvní laboratoř s Úřadem pro vědecký výzkum a vývoj (OSRD), který se zajímal o účinky toxických
32
plynů na enzymy. Prvním doktorandem byl Sidney Collowick (1916-1985), v té době získali vysoce
purifikovanou hexokinasu z kvasinek.
Zajímavostí ze vzpomínek Coriho je rok 1936, kdy byla teplota v St. Louis před narozením syna Thomase
po dobu několika týdnů 37 °C a pro měření s enzymy tak nebylo nutné vzorky inkubovat v termostatu.
V té době Coriovi objevili glukosa-1-fosfát (Coriho ester) vznikající štěpením glykogenu.
Objev umožnila metodika vyvinutá už v Buffalu, ve které byly hexosafosfáty z žabího svalu separovány
jako barnaté soli rozpustné ve vodě nikoli v alkoholu. Frakce monofosfátů byla analyzována pro
redukující vlastnosti a po spálení na obsah fosfátu v popelu. Důležité bylo zjištění, že elektrická stimulace
svalu nebo injekce adrenalinu vedly k tvorbě hexosafosfátů. V St. Louis Coriovi zjisitli, že produkce
hexosafosfátů stimulovaná adrenalinem ve svalu otráveném jodacetátem vedla k poklesu obsahu fosfátu
bez toho aniž byse měnil obsah fosfokreatinu a ATP. Šlo o objev přímé esterifikace glykogenu
anorganickým fosfátem.
Na fyziologickém kongresu v Moskvě v r. 1935 se potkali s Jakobem Parnasem (1884-1949) z Lvovské
univerzity v Polsku. Po vzájmné dohodě pokračovali Coriovi s experimenty se svaly, zatímco Parnas
analyzoval štěpení glykogenu ve svalovém extraktu. Objevil tak reakci, kterou označil za fosforolýzu
glykogenu (měřením úbytku fosfátu). Coriovi zjistili, že přídavek adenylové kyseliny měl za následek
rychlé vymizení anorganického fosfátu. V časovém sledu zpočátku vymizelo více fosfátu, než by
odpovídalo redukční síle izolované hexosafoasfátové frakce. Postupně se však v čase pokles
anorganického fosfátu a nárůst organicky vázaného foafátu vyrovnaly. Vysvětlením byla tvorba
neredukujícího derivátu a následně byl získán Coriho ester jako brucinová sůl.
Tomuto objevu (konec 30. let) pomohlo několik náhod, například to, že dva enzymy, glykogenfosforylasa
a fosfoglukomutasa, se rozdílně extrahují vodou (glykogenfosforylasa je vázána na glykogen, jehož část
se dá vodou extrahovat, zatímco fosfoglukomutasa ne). Na přídavek adenylové kyseliny se přišlo
použitím povařeného svalového extraktu a nalezením určité stimulace produkce glukosa-1-fosfátu
s vysledováním potřeby AMP. V r. 1941 byla glykogenfosforylasa krystalována a zjistilo se, že existuje ve
dvou vzájemnně přeměnitelných formách, z nichž jedna absolutně vyžaduje AMP pro svou aktivitu. Byl
tak nalezen prototyp alosterických aktivátorů enzymů.
Od r. 1946 byl Cori vedoucím biochemické katedry. Po stránce výzkumu byl přelom 30. a 40. let 20.
století stejně jako léta 40. v laboratoři Coriových velmi produktivní díky výbornému týmu
spolupracovníku. Výsledkem byla Nobelova cena za fyziologii a medicínu pro manžele Coriovy v r. 1947
za objev procesu katalyzované přeměny glykogenu.
Gerty Coriová zemřela v říjnu 1957 po dlouhé nemoci (anémie), projevující se již od r. 1947. Carl
Ferdinand Cori odešel na odpočinek z pozice vedoucího katedry biologické chemie v r. 1966, v té době
byl již podruhé ženatý. Na sklonku aktivního života ještě pusobil ve Všeobecné Nassachusettské
nemocnici v Cambridgi
33
Literatura:
Cori CF (1969) The call of Science. Annu. Rev. Biochem. 38: 1-20.
Kornberg A (2001) Remembering our teachers. J. Biol. Chem. 276: 3-11.
Fotografie pochází z Wikipedie. Jejím primárním zdrojem je The Nobel Prize Foundation,
http://www.nobelprize.org/.
Carl F. Cori a Gerty
http://www.britannica.com/.
Cori,
1947.
Zdrojem
34
fotografie
je Encyclopaedia
Britannica,
Francis Harry Compton Crick
(*8. 6. 1916 – †28. 7. 2004)
Francis Crick byl britský molekulární biolog, biofyzik a neurovědec. Nejvíce se proslavil objevem struktury
DNA v r. 1953 spolu s Jamesem Watsonem (*1928). Spolu s Watsonem a Mauricem Wilkinsem (19162004) sdílel Nobelovu cenu za fyziologiii a medicínu (1962) za objevy týkající se molekulové struktury
nukleových kyselin a jejich významu pro přenos informace v živých systémech. Je taktéž znám pro první
použití a zavedení pojmu „centrální dogma“, který shrnuje myšlenku o toku genetické informace ve
směru DNA - ˃ RNA - ˃ protein. Kromě záležitosti struktury DNA, genetického kódu a proteosyntézy se
Crick zejména na konci profesní kariéry věnoval molekulové podstatě lidského vědomí. Crick byl
osobností teoretické vědy, experimentování v laboratoři se věnoval podstatně méně.
Narodil se ve Weston Favellu u Northamptonu. Jeho otec Harry Crick a strýc zde provozovali rodinný
podnik na výrobu obuvi. Jeho dědeček Walter byl amatérským přírodovědcem, který si dopisoval se
zakladatelem evoluční biologie Charlesem Darwinem (1809-1882). Již od dětství se zajímal o vědu a četl
knihy s touto tématikou. Jeho strýc měl na zahradě kůlnu, kde prováděli různé přírodovědné
experimenty. Na střední škole zajímal o matematiku, fyziku a chemii. Studoval na Londýnské univerzitě
(University College London), kde ukončil bakalářské studium fyziky. Později se stal Ph.D. studentem na
koleji Gonville a Caius v Cambridgi. Pracoval hlavně v Cavendishově laboratoři a laboratoři molekulární
biologie při Radě lékařského výzkumu („Medical Research Council“, MRC). Svůj Ph.D. výzkum v oboru
35
fyzika věnoval měření viskozity vody při vysokých teplotách na University College v Londýně. Na
válečném úsilí se podílel v Admiralitní výzkumné laboratoři ve vývoji magnetických a akustických min.
V roce 1947 začal studovat biologii a stal se tak součástí skupiny fyziků, kteří svůj zájem přesunuli do
oblasti biologického výzkumu. Jeho směřování ovlivnil například Sir John Randall (1905-1984), který se za
války podílel na vývoji radaru. Crick zpočátku (2 roky) pracoval na fyzikálních vlastnostech cytoplasmy v
Strangewaysově laboratoři v Cambridgi a to až do doby, než se připojil k Maxu Perutzovi (1914-2002) a
Johnu Kendrewovi (1917-1997) v Cavendishově laboratoři pod vedením Sira Williama Lawrence Bragga
(1890-1971). Bragg získal v r. 1915 Nobelovu cenu za fyziku v roce 1915 ve věku 25 let. Na počátku 50. let
20. stol. v Cambridgi na dálku soutěžili s americkou skupinou Linuse Paulinga (1901-1994) ve věci
vyřešení struktury DNA, k čemuž byli motivováni potřebou „oplatit“ mu prvenství v určení alfašroubovicové struktury proteinů. Stejně tak soutěžili ve stejné věci s biofyziky na King’s College
v Londýně pod vedením Sira Johna Randalla. K budoucím výsledkům o dvoušroubovicové struktuře DNA
hodně přispěl fakt, že Crick a Maurice Wilkins z King’s College byli přátelé.
Ke studiu struktury DNA přispěla řada indicií, že by se mohlo jednat o informační molekulu, zejména
pokus Averyho, MacLeoda a McCartyho z roku 1944, který ukázal, že dědičný fenotypový rozdíl u
baktérií lze vytvořit pomocí molekuly DNA. Zároveň se však uvažovalo, že DNA sama o sobě může bžt
pouze oporou pro mnohem zajímavější proteinové molekuly (proteiny jako nositelé dědičnosti). Od r.
1949 se Crick u Perutze zabýval krystalografií proteinů, přičemž investoval čas do sebevzdělávání v
matematických teoriích rentgenové krystalografie a spolupracoval s Williamem Cochranem a Vladimirem
Vandem na vývoji matematické teorie difrakce helikální molekuly.
Na konci r. 1951 začala v Cavendishově laboratoři v Cambridgi Crickova spoluporáce s Jamesem
Watsonem. Když se seznámili, bylo Crickovi 35 let a byl Ph.D. studentem, Watsonovi bylo 23 a Ph.D.
studium už měl za sebou. Sdíleli společný zájem o fundamentální problematiku uchovávání genetické
informace a po dlouhých diskusích dospěli k názoru, že na cestě k jejímu pochopení je třeba připravit
získat model DNA struktury. Oficiálně však na záležitostech DNA nepracovali. Ke konstrukci modelu měli
k dispozici i informace o výsledcích difrakce vzorků DNA na King’s College, jež získali Maurice Wilkins
nebo Rosalind Franklinová (1920-1958) se svým studentem Raymondem Goslingem, a o kterých je bez
jejich vědomi (z čehož později vznikla kontroverze) zpravil Wilkins v listopadu 1951. Watson ale navštívil
přednášku Franklinové v listopadu 1951, kde mluvila o své práci s DNA, existenci A- a B-formy a obsahu
vody v krystalech. Wilkins odvozoval existenci helikální struktury, což Franklinová vehementně
zpochybňovala a předpokládala více možností.
První model Watsona a Cricka (1951) byl však chybný, s fosfáty uvnitř struktury (podobně jako
publikovaný model Paulinga a Coreyho z r. 1953). Franklinová měla chemické vzdělání a pochopila, že
hydrofilní cukrfosfátová páteř nukleové kyseliny by měla interagovat s vodou na vnější straně struktury,
zatímco hydrofobní báze by se měly nacházet uvnitř. V Cambridgi se pustili se proto do přípravy druhého
modelu. Dostali jak svolení Bragga, tak i Wilkinse. Crick to vysvětloval tím, že Wilkins s Franklinovou
nedokázali spolupracovat. Další informace pro konstrukci druhého modelu pocházely z psané průběžné
výzkumné zprávy laboratoře Johna Randalla na King’s College napsané za účelem koordinace výzkumu
různých týmů pracujících pro MRC na konci roku 1952 s předběžnými výpočty Franklinové. Zprávu
36
poskytl Crickovi jeho školitel Max Perutz (polovina února 1953). Je přitom neustálým předmětem debaty,
zda měli mít Watson a Crick přístup k datům Franklinové i jejím výpočtům bez jejího vědomí nebo svolení
předtím, než měla šanci výsledky publikovat. Perutz později tvrdil, že výzkumná zpráva neobsahovala nic
nového, než bylo prezentováno na přednášce v roce 1951. Nedá se spolehlivě vysvětlit, do jaké míry byly
výsledky Franklinové podstatná pro konstrukci druhého modelu, protože difrakční data DNA, i když
s horší kvalitou, byla známa již od 30. let z práce Williama Astburyho (1898-1961), který zmiňoval
možnost nakupení bazí. Wilkins poskytl informace o odvozené výšce závitu A- a B-formy DNA (2,7 nm
respektive 3,4 nm). Crick neviděl fotografii difrakce B-formy DNA, existující v prostředí s větší vlhkostí
(slavná fotografie 51), dříve než byla publikována Watson-Crickova dvoušroubovice. Watsonovi ji ale
Wilkins ukázal 30. ledna 1953. V publikaci v Nature z 25. 4. 1953 citují Watson a Crick i jiný model DNA
struktury s bázemi uvnitř (Sven Furberg, 1952).
Spekuluje se také o tom, co by se stalo, kdyby Linus Pauling býval mohl přijet do Cambridge, jak bylo
plánováno v květnu 1952 (cestování mu bylo z USA omezeno, kvůli jeho politickým postojům). Nicméně
data Franklinové utvrdila Cricka ve správnosti antiparalelní orientace řetězců v dvoušroubovici. Dalším
klíčem ke struktuře byly informace od Erwina Chargaffa (1905-2002), který navštívil Anglii v r. 1952. Šlo o
poměry bazí v DNA A:T=1 a G:C=1. Tomu se nepřikládala pozornost, dokud Watson nerozpoznal, že páry
A:T a G:C jsou strukturně podobné, zejména jejich délka že je stejná. Chargaffn Watsonovi sdělil, že
v prostředí buňky jsou pravděpodobnější aminoforma cytosinu a ketoforma thyminu. Watson i Crick si
také uvědomili důležitost vodíkových vazeb mezi bázemi uvnitř, což umožňuje „odzipování“ při replikaci,
byl tak odvozen pojem Watson-Crickovo párování bazí.
Watson a Crick nabídli spoluautorství publikace Wilkinsovi, ten odmítl a konečná dohoda byla publikovat
ve stejném čísle Nature jak model dvoušroubovice, tak další dvě práce – Wilkinse a spol. a Franklinové
s Goslingem. Tak se i stalo. Bylo by však bývalo vhodné, aby Franklinová byla spoluautorkou jejich článku,
což se bohužel nestalo.
Watson i Crick si záhy uvědomil význam jejich struktury pro uchovávání genetické informace (publikace
v Nature z 30. května 1953). V r. 1954 dokončil Crick disertaci. Pracoval pak v laboratoři na Brooklynském
polytechnickém ústavu a rozvíjel schopnosti interpretovat difrakční data proteinů. Po návratu z USA
pracoval Crick v Cambridgi až do r. 1976. George Gamow (1904-1968) v 50. letech ustavil klub pro
vyřešení role DNA a RNA v syntéze proteinů v cytoplazmě. Už v roce 1956 Crick navrhl existenci
adaptérových molekul a kódování 20 běžných aminokyselin. V r. 1958 spekuloval o tripletech jako
kodonech pro aminokyseliny (nebyl v této věci sám). Objevil se pojem centrální dogma. Crick se stal
jedním ze zakladatelů molekulární biologie jako teoretický molekulární biolog. Jeho teorie později svými
experimenty prokázali další molekulární biologové, mezi nimi například Marshall W. Nirenberg (19272010).
Od dětství měl Crick problém s náboženstvím (zejména s křesťanstvím) a zdůrazňoval roli evoluce a
existenci intelektu jako produktu aktivity lidského mozku nikoli známku přítomnosti lidské duše. V 60.
letech se zabýval myšlenkami vzniku života na Zemi. Složitosti vzniku proteosyntetického aparátu
nedovolovala jednoduché teorie. Crick a Leslie Orgel přišli s tím, že jakmile se takový systém vytvoří,
může být snadno šířen v kosmu („panspermie“, rok 1973.).
37
V roce 1977 odešel z Cambridge na Salkův ústav pro biologické studie v La Jolla, Kalifornie, USA. Byl
profesorem na Kalifornské univerzitě v San Diegu. Zde se začal zajímat o neurovědu a poznávat
neuroanatomii. Hluboce se zaměřil na teoretické studie vědomí (od 80. let) a zastával názor, že by se na
něj mělo pohlížet jak z molekulárního, buněčného, ale i behaviorálního hlediska stejně intenzivně.
Zajímal se zejména o to, jakým způsobem mozek generuje vizuální povědomí během několika stovek
milisekund po vizuálním vjemu.
Byl dvakrát ženatý, měl dva syny a dceru. Zemřel v r. 2004 na rakovinu v Thorntonově nemocnici v La
Jolla při Kalifornské univerzitě v San Diegu. Jaho ostatky byly rozprášeny do Tichého oceánu. Byl
nositelem mnoha ocenění a je po něm pojménován Ústav Francise Cricka, nové velké vědecké pracoviště
v Londýně vzešlé z partnerství londýnských univerzit a dalších vědeckých pracovišť.
Literatura:
Crick FHC, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ (1961) General nature of the genetic code for proteins.
Nature 192: 1227-1232. DOI: 10.1038/1921227a0
Franklin RE, Gosling RG (1953) Molecular configuration in sodium thymonucleate. Nature 171: 740-741.
DOI: 10.1038/171740a0
Watson JD, Crick FHC (1953) Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid.
Nature 171: 737-738. DOI: 10.1038/171737a0
Watson JD, Crick FHC (1953) Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid. Nature 171:
964-967. DOI: 10.1038/171964b0
Wilkins MHF, Stokes AR, Wilson HR (1953) Molecular structure of deoxypentose nucleic acids. Nature
171: 738-740. DOI: 10.1038/171738a0
Zdrojem životopisných údajů je The Nobel Foundation, http://www.nobelprize.org/.
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
38
Michael Doudoroff
(*14. 11. 1911 - †4. 4. 1975)
Michael Doudoroff byl Američan, ale pocházel z Ruska. Narodil se v Petrohradě a není jistě bez
zajímavosti, že 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 Escherichia 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.
39
Od roku 1940 působil Doudoroff jako bakteriolog na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Spolu s Nathanem
Oramem Kaplanem a Williamem Zevem Hassidem zjistil, že extrakty z P. saccharophila umožňují
rovnovážnou přeměnu sacharosy a anorganického fosfátu na glukosa-1-fosfát a fruktosu. S použitím
reverzní reakce připravil Doudoroff synteticky sacharosu. Když nahradil fruktosu v reakční směsi Dketoxylosou 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 se Doudoroff se spolupracovníky zabýval asimilačními procesy u aerobních a fotosyntetizujících
baktérií. Objevili, že poly-β-hydroxybutyrát (PHB) je důležitou zásobárnou energie, kterou využívají jak
intracelulární, tak extracelulární bakteriální enzymy. V šedesátých letech 20. století se spolu s Rogerem Y.
Stanierem a Norbertem J. Palleronim 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. Tým takto studoval i jiné baktérie. Mimo jiné se tehdy zjistilo, že tehdy klasifikovaný druh
Pseudomonas denitrificans je ve skutečnosti heterogenní skupinou zahrnující i jiné bakteriální druhy a
dokonce zástupce dvou taxonomických rodů.
Za svou objevitelskou činnost byl Michael Doudoroff poctěn oceněními jako je Sugar Research Award
udělená Akademií - the National Academy of Sciences (1945, spolu s H. A. Barkerem a W. Z. Hassidem).
V době svého působení výrazně přispěl k modernizaci výuky mikrobiologie na Kalifornské univerzitě,
v kurzech kladl důraz na biochemické a medicínské aspekty oboru. Byl spoluautorem populární učebnice
Svět mikrobů („The Microbial World”). Michael Doudoroff zemřel po těžké nemoci ve věku 63 let.
Literatura:
Barker HA (1993) Michael Doudoroff. 1911-1975. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 62: 118-141.
40
Entner N, Doudoroff M (1952) Glucose and gluconic acid oxidation of Pseudomonas sacharophila. J. Biol.
Chem. 196: 853-862.
Kresge N, Simoni RD, Hill RL (2005) The Entner-Doudoroff pathway for glucose oxidation: the work of
Michael Doudoroff. J Biol. Chem. 280, e24-e25.
MacGee J, Doudoroff M (1954) A new phosphorylated intermediate in glucose oxidation. J. Biol. Chem.
210: 617-626.
Shuster CW, Doudoroff M (1967) Purification of 2-keto-3-deoxy-6-phosphohexonate aldolases of
Pseudomonas saccharophila. Arch. Mikrobiol. 59: 279-286.DOI: 10.1007/BF00406341
Stanier RY, Palleroni NJ, Doudoroff M (1966) The aerobic pseudomonads: a taxonomic study. J. Gen.
Microbiol. 43: 159-271. DOI: 10.1099/00221287-43-2-159
Fotografie pochází z internetových stránek http://www.nap.edu/ (The National Academies Press).
41
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. 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 (1857-1946) 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.
42
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-6-fosfát. 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.
43
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.
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.
Literatura:
Engelhardt WA, Ljubimowa MN (1939) Myosine and adenosinetriphosphatase. Nature 144: 668-669. DOI:
10.1038/144668b0
Engelhardt WA (1982) Life and
10.1146/annurev.bi.51.070182.000245
science.
Annu.
Rev.
Biochem.
51:
1-19.
DOI:
Orlov SN (2007) On the history of ecto-ATPases: the role of W. A. Engelhardt. Purinergic Signal. 3: 231–
232. DOI: 10.1007/s11302-007-9055-1
Slater EC (1984) Obituary. Vladimir Alexandrovich Engelhardt 1894-1984. Trends Biochem. Sci. 9: 504505. DOI: 10.1016/0968-0004(84)90270-6
Fotografie pochází z Wikipedie.
44
(Hermann) Emil Fischer
(*9. 10. 1852 - †15. 7. 1919)
Chemik Fischer položil základy chemie sacharidů a peptidů. Získal Nobelovu cenu za chemii v r. 1902.
Narodil se v Euskirchenu u Bonnu jako nejmladší z osmi dětí v protestantské rodině. Jeden u jeho
bratranců, Otto Fischer, se později také stal chemikem. Jeho otec byl podnikatelem, měl malou přádelnu,
v 60. l. 19. století se rozhodující měrou angažoval ve vybudování pivovaru v Dortmundu, kde později E.
Fischer zavedl mikroskopickou kontrolu čistotu kvasinek.
Střední školu navštěvoval ve Wetzlaru a Bonnu. Od r. 1871 začal na univerzitě v Bonnu studovat chemii.
Po třech semestrech odešel s bratrancem Ottou do Štrasburku, kde se ocitl v laboratoři Adolfa von
Bayera (1835-1917) a Friedricha Roseho. Doktorát zde získal v r. 1874. Posléze se stal Bayerovým
asistentem. Tehdy učinil první a pro další kariéru klíčový objev - reakci vedoucí od diazotovaného anilinu
k fenylhydrazinu. V r. 1875 Bayer odešel na univerzitu v Mnichově jako nástupce Justa Liebiga (18031873) a s ním i Fischer. Pokračoval zde ve studiu fenylhydrazinů a v r. 1876 se habilitoval. Po návratu z
vědeckého pobytu ve Štrasburku byl jmenován profesorem a vedoucím katedry analytické chemie v
Mnichově (1879). Spolu s bratrancem Ottou tehdy objasnil trifenylmethanovou strukturu rosanilinových
barviv získaných synteticky A. W. von Hofmannem (1818-1892). V r. 1882 získal pozici profesora chemie
v Erlangenu. Spolu se svým bývalým studentem Lorenzem Knorrem (1859-1921) vypracovali metodu
syntézy indolu z fenylhydrazinu. Knorr připravil také antipyrin, jedno z prvních syntetických léčiv.
45
V Erlangenu Fischer objevil reakci fenylhydrazinu se sacharidy, která vede ke krystalickým osazonům,
přičemž si všiml, že glukosa a fruktosa poskytují stejné krystaly. To hoposléze přivedlo k snad
nejvýznamnějšímu objevu – vysvětlení stereochemie sacharidů, čehož dosáhl během dalšího období ve
Würzburku, kam odešel v r. 1885. Zde se zabýval také puriny, přičemž dosáhl syntézy celé řady těchto
látek.
Do té doby také spadá studium působení enzymů ve vztahu ke struktuře substrátu. Zabýval se
emulsinem z hořkých mandlí a štěpícím β-glukosidy (např. amygdalin). Z výsledků formuloval známou
teorii zámku a klíče. Model byl navržen v roce 1894. Vysvětluje pouze substrátovou specifičnost, nikoli
flexibilitu enzymových molekul: Fischer E. (1894). "Einfluss der Configuration auf die Wirkung der
Enzyme". Ber. Dt. Chem. Ges. 27 (3): 2985–2993.
Spojením chemie purinů a cukrů byla příprava nukleosidů, což lze zařadit ke směřování ke struktuře
nukleových kyselin.
V Berlíně také počal práci na poli syntézy peptidů. První opticky aktivní peptid získal v r. 1902. Jeho
obecná metoda vycházela z použití halogenidů α-haloacyl aminokyselin, po vytvoření peptidové vazby
reakcí s estery aminokyselin byla amoniakem dobudována N-koncová aminoskupina. Jako chránící
skupiny používal i arylsulfonyl, formyl, ethoxykarbonyl, α-haloacyl. Jeho student Max Bergmann (18861944) zavedl s L. Zervasem použití benzyloxykarbonylu (Z). Bergmann byl asistentem u Fischera až do
jeho sebevraždy v r. 1919. Pak byl vedoucím KWI pro výzkum kůže v Drážďanech, z Německa odešel v r.
1933 do USA a působil pak na Rockefellerově univerzitě.
Přispěl k založení Společnosti císaře Viléma pro podporu vědy v r. 1911. Za přítomnosti císaře byl v r.
1912 otevřen KW Chemický ústav v Berlíně-Dahlemu, následně to byl ústav pro fyzikální chemii a
elektrochemii. Na Chemické ústavu pak pracovala řada nositelů Nobelovy ceny např. Hans Fischer, Otto
Warburg, Adolf Windaus, Otto Diels, Karl Landsteiner a další vědci.
Literatura.
Kunz H (2002) Emil Fischer – unequalled classicist, master of organic chemistry research, and inspired
trailblazer of biological chemistry. Angew. Chem. Int. Ed. 41: 4439-4451. DOI: 10.1002/15213773(20021202)41:23<4439::AID-ANIE4439>3.0.CO;2-6
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
46
Rosalind Elsie Franklinová
(*25. 7. 1920 – †16. 4. 1958)
Franklinová byla anglická biofyzička a odbornice na rentgenovou krystalografii. Zásadně přispěla k
pochopení molekulové struktury DNA, RNA, virů, uhlí a grafitu. Největší význam pro rozvoj přírodních
věd má její krystalografická práce na struktuře DNA z počátku 50. let 20. stol.
Narodila se v Notting Hillu, části Londýna, do vlivné liberální židovské rodiny obchodníka Ellise Arthura
Franklina. Strýc jejího otce Herbert Samuel byl členem britského kabinetu. Otec vyučoval na večerní škole
(Working Men's College). Oba rodiče se také věnovali charitativním a veřejně prospěšným činnostem. Již
od dětství měla Franklinová vlohy pro vzdělávání. Učila se na privátní a internátní škole. Od 11 let
studovala na Dívčí škole Sv. Pavla. Prokazovala nadání pro přírodní vědy. Vynikala v latině, zvládla
francouzštinu, mluvila německy. Maturovala v r. 1938. V tomto roce začala studovat v Cambridgi na
Newnhamské koleji bakalářský studijní program („Natural Sciences Tripos“), který znamenal dobrou
průpravu v přírodních vědách včetně fyziky a chemie. Školu ukončila v r. 1941.
Po získání vědeckého stipendia strávila rok v laboratoři fyzikální chemie Ronalda G. W. Norrishe (18971978), který později v r. 1967 získal Nobelovu cenu za chemii (studium extrémně rychlých reakcí). Od
roku 1942 pracovala pro Britskou asociaci výzkumu použití uhlí (British Coal Utilisation Research
Association, BCURA) v Kingstonu nad Temží, věnovala se struktuře, porozitě a permeabilitě uhlí. Na
tématu klasifikace uhlí podle pórů s ohledem na použití postavila svou disertační práci a v roce 1945
absolvovala úspěšně Ph.D. studium v Cambridgi. Po přímluvě svojí francouzské spolubydlící z Cambridge
Adrienne Weill u ředitele Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) získala místo na
Laboratoire Central des Services Chimique de l’Etat v Paříži (1947 u Jacquesa Meringa). Zde se poprvé
47
seznámila se strukturní analýzou látek pomocí rentgenové krystalografie, zvláště amorfních struktur, a
během své práce na studiu forem uhlíku při změnách stavu se stala expertem tohoto oboru.
Po návratu do Anglie v začala od ledna 1951 díky stipendiu pracovat na oddělení biofyziky při Medical
Research Council (MRC) na King‘s College v Londýně pod vedením Johna T. Randalla (1905-1984) se
studiem struktury biomolekul pomocí rentgenové krystalografie, původně v oblasti proteinů a lipidů,
později Randall zadal práci na vláknech DNA. Na King’s College v té době byla jedinou specialistkou pro
tuto vědeckou práci. Randall jí dal k dispozici Goslinga, který předtím pracoval u Maurice Wilkinse (19162004) a s nímž připravili první kvalitní difrakční obrazec DNA. Pozdější kontroverze vyvstaly z toho, že
Randall neinformoval Wilkinse a Goslinga, že Franklinová převezme roli školitelky Goslinga. Mezi
Wilkinsem a Franklinovou tak vzniklo jisté napětí.
Díky jejím velkým zkušenostem a znalosti zákonitostí fyzikální chemie dokázali Franklinová s Goslingem
získat velmi čisté difrakční obrazce tzv. vlhké (dlouhé a tenké vlákno, B-forma) a suché „krystalické“
formy DNA (kratší a širší vlákno, A-DNA). Randall rozdělil práci mezi Franklinovu (A-forma) a Wilkinse (Bforma). Pouze Wilkins byl přesvědčen, že obě formy mají helikální strukturu, Franklinová to u A-formy
zpočátku odmítala akceptovat, a to z důvodu nepřesvědčivosti svých dat v tomto směru. V lednu 1953
konečně přijala fakt, že obě formy DNA jsou helikální. Dva rukopisy o A-DNA zaslala do časopisu Acta
Crystallographica v březnu 1953 těsně předtím, než James Watson (*1928) a Francis Crick (1916-2004)
dokončili svůj model B-formy. Třetí rukopis (o B-DNA, datovaný 17. března 1953) byl objeven Aaronem
Klugem, kolegou z Birkbeckovy koleje (Londýnská univerzita), kde Franklinová pracovala od března 1953
a později představen Klugem v Nature na podporu jejího podílu na objevu struktury DNA. Výsledky s BDNA („fotografie 51“) přitom předvedl Wilkins Watsonovi při jeho návštěvě King’s College v lednu 1953.
Krystalografická práce Franklinové s DNA byla bezesporu obrovským přínosem pro pozdější ocenění
Jamese Watsona a Francise Cricka, kteří za model struktury DNA obdrželi s Wilkinsem v roce 1962
Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu. Přestože měla Franklinová stejné právo sdílet úspěch za tento
objev (její přepracovaý text se objevil v trojici článků o struktuře DNA v Nature dne 25. dubna 1953),
nemohla být nominována na ocenění Nobelovou cenou, jelikož v roce 1958 na následky své nemoci
zemřela. Bohužel se jí nedostalo ani dostatečného poděkování.
Jak již bylo zmíněno od března 1953 byla Franklinová do krystalografických laboratoří fyzika J. D. Bernala
na Birkbeckově koleji (předtím musela na žádost Randalla ukončit veškerou práci s DNA), kde se zaměřila
na struktury rostlinných virů a následně také jejich RNA. Bohaté zkušenosti využila při studiu struktur
tyčinkovitých a kulovitých virů. Precizní analýzou difrakčních obrazců virových částic odhalila strukturu
viru mozaiky tabáku a umístění jeho genetické informace (RNA) podél vnitřní stěny proteinového pláště
(kapsidy) viru. Tyto výsledky pak publikovala spolu s americkým postdokem Donaldem Casparem v
Nature. Ke konci roku 1956 jí byla diagnostikována rakovina, po 2 letech boje s touto nemocí zemřela.
Literatura:
Elkin LO (2003) Rosalind Franklin and the double helix. Physics Today 56: 42-48.
48
Franklin RE, Gosling RG (1953) Molecular configuration in sodium thymonucleate. Nature 171: 740-741.
DOI: 10.1038/171740a0
Franklin RE, Gosling RG (1953) Evidence for 2-chain helix in crystalline structure of sodium
deoxyribonucleate. Nature 172: 156-157. DOI: 10.1038/172156a0
Klug A (1968) Rosalind Franklin and the discovery of the structure of DNA. Nature 219: 808-844. DOI:
10.1038/219808a0
Klug A (1974) Rosalind Franklin and the double helix. Nature 248: 787-788. DOI: 10.1038/248787a
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
49
Kazimierz (Casimir) Funk
(*23. 2. 1884 - † 19. 1. 1967)
Kazimierz Funk (též Casimir Funk) se narodil v židovské rodině ve Varšavě. Zmíníme-li, že východní oblasti
dnešního Polska včetně hlavního města byly tehdy součástí carského Ruska, dobovou realitu politickou,
ekonomickou i sociální pak není nutné blíže představovat. V roce 1900 odjel studovat biologii a chemii do
Švýcarska. Po doktorátu získával zkušenosti u významného polského chemika, Stanisława Kostaneckého,
který byl profesorem berlínské univerzity. Pracoval v Pasteurově ústavu v Paříži a na Listerově ústavu
preventivního lékařství (Bushey, Hertfordshire) v Anglii.
Při hledání příčin nemoci beri-beri objevil v rýžových otrubách látku dnes známou jako vitamín B1
(thiamin), jejíž existenci naznačovaly starší pokusy Christiaana Eijkmana a Umetara Suzukiho. Není
překvapením, že autorem pojmu "vitamín", který byl představen v roce 1912, je právě Funk. Vznikl
zkrácením slov „vitální amin“ a odráží prokázaný obsah dusíku. Z dnešního pohledu je však zavádějící,
např. vitamíny A či K dusík vůbec neobsahují. Na rozdíl od původního anglického „vitamine“ se od r. 1920
užívá „vitamin“, aby byla potlačena naznačená souvislost s aminem (anglicky „amine“). Klíčové pokusy
proběhly s holuby, kteří trpěli polyneuritidou díky krmení loupanou rýží, která prakticky neobsahuje
vitamín B1. Podávání substance získané přečištěním z alkoholových extraktů rýžových otrub vedlo
50
k přežití i u tak závažně postižených jedinců, kteří bez aplikace vitamínu jako léku pošli do 12ti hodin (viz
dole uvedená citace publikace z roku 1911 v J. Physiol.). Pokračující výzkum vedl k nalezení vitamínu B1 i
v dalších potravinách např. droždí. Kazimierz Funk předpověděl, že nedostatek vitamínů může vést
k mnoha dalším nemocem: křivici, kurdějím, pelagře.
Během první světové války odjel do Spojených států (1915), kde se zapojil do výzkumu zaměřeného na
využití vitamínů pro léčebné účely, získával granty (Rockefellerova nadace). V roce 1923 se vrátil do
Polska. Do roku 1927 zde řídil oddělení biochemie Národního ústavu pro hygienu ve Varšavě, pracoval
například na izolaci hormonu insulinu a věnoval se dále výzkumné práci na vitamínech. Zabýval se
především vlivem vitamínu B1 na metabolismus sacharidů a úlohou kyseliny nikotinové. Díky nejasné
politické situací v Polsku přesídlil do Paříže, kde nejdříve pracoval pro farmaceutickou firmu, později
založil vlastní výzkumné pracoviště. Po odchodu z Evropy v důsledku vypuknutí druhé světové války
působil od roku 1940 ve Spojených státech, kde zůstal až do své smrti. Založil zde např. nadaci The Funk
Foundation for Medical Research (1947) a samozřejmě pokračoval ve výzkumné práci. V poslední etapě
vědecké dráhy se Funk věnoval příčinám vzniku rakoviny. Je autorem několika stovek vědeckých
publikací. Zemřel v New Yorku ve věku osmdesáti tří let.
Literatura:
Funk C (1911) On the chemical nature of the substance which cures polyneuritis in birds induced by a diet
of polished rice. J. Physiol. 43: 395-400. DOI: 10.1113/jphysiol.1911.sp001481
Griminger P (1972) Casimir Funk - a biographical sketch (1884-1967). J. Nutr. 102: 1105-1113.
Fotografie pochází z knihy Wielka Encyklopedia Powszechna PWN, Warszawa, Polsko, 1964, díl 4., str. 55.
51
David Ezra Green
(*5. 8. 1910 – †8. 7. 1983)
Green byl americký biochemik, který významně přispěl k vědomostem o enzymech z oblasti
transportního řetězce elektronů a oxidační fosforylace.
Narodil se v Brooklynu, NYC. Učil se na veřejných školách a v r. 1928 se zapsal na Newyorskou univerzitu.
Původně chtěl být lékařem, ale po dvou letech přípravného studia přešel k biologii a absolvoval v r. 1931.
Při letní praxi ve Woods Hole, MA, se inspirativně seznámil s Leonorem Michaelisem (1875-1949)
Po získání magisterského titulu v r. 1932 odešel do Anglie, kde v Cambridgi na katedře biochemie u F. G.
Hopkinse (1861-1947) potkal tehdejší osobnosti enzymologie např. Malcolma Dixona () či Robina Hilla ().
Zde pokračoval ve studiu k získání titulu Ph.D., jeho školitelem byl Dixon. Jeho disertační práce měla
název The Application of Oxidation-Reduction Potentials to Biological Systems. Obhájil ji v r. 1934, ale již
rok předtím publikoval výsledky v časopise Biochemical Journal. Za celých 8 let působení v Cambridgi
publikoval 32 prací.
Po evakuaci Britů z Dunkirku se vrátil s rodinou do USA a stal se výzkumníkem na Katedře biochemie
Lékařské fakulty Harvardovy univerzity. Laboratoř však byla špatně vybavena, scházel Warburgův
přístroj pro měření respirace, centrifuga, všechny kofaktory bylo třeba izolovat z kvasinek či živočišných
tkání. Izoloval však kvasinkový flavoproteinu a fosforylasu škrobu z brambor. V r. 1940 publikoval v
Cambridgi knihu o biologických oxidacích.
V r. 1941 se stal odborným asistentem na katedře medicíny Kolumbijské lékařské a chirurgické fakulty
v New Yorku. Zde pokračoval se svým studentem z Harvardu Paulem K. Stumpfem (1919-2007). I když
byla válka, díky příspěvkům z různých neveřejných zdrojů mohl tým publikovat 20 článků z oblasti
52
enzymové oxidace aminokyselin, transaminace a mechanismu oxidace pyruvátu (multienzymová reakce)
a získal vybavení pro studium enzymů např. spektrofotometr a mixér. Byl aktivním členem diskusního
Enzymového klubu na Kolumbijské univerzitě.
V r. 1948 přešel Green do Madisonu na Wisconsinskou univerzitu, Ústav výzkumu enzymů. Stumpf
zakotvil na Katedře rostlinné výživy Kalifornské univerzity v Berkeley a stal se rostlinným biochemikem.
Od příjezdu do Madisonu se Green věnoval oxidaci mastných kyselin, metaloflavoproteinům, syntéze
mastných kyselin, mitochondriálnímu respiračnímu řetězci a oxidační fosforylaci. Díky projektům mohl v
poválečné době podporovat až 10 postdoků. Pro pokračující výzkum oxidace mastných kyselin byl
zásadní objev, že k stabilnějším enzymovým preparátům vede cesta přes acetonový prášek nikoli jaterní
homogenát. Játra, ledviny a srdce byly denně dováženy z jatek čerstvé v ledu.
Pro měření celé dráhy oxidace MK vymyslel Green stanovení s tetrazoliovou solí a spřaženými enzymy.
Koenzym A (CoA) pro tuto analýzu byl izolován z baktérií a přečišťován precipitací s glutathionem,
posléze získáván z továrny na kvasinkové extrakty. Díky tomu bylo možné připravovat různé acyl-CoA
jako enzymové substráty a otázka celé dráhy byla vyřešena v průběhu jednoho roku. Výsledky byly
poprvé prezentovány na setkání Americké biochemické společnosti v Chicagu v r. 1953 (kontroverze s
Feodorem Lynenem).
Butyryl-CoA-dehydrogenasa byla prvním charakterizovaným flavoproteinem s obsahem mědi. Povrzen
tak byl výskyt kovových kofaktorů jiných než je hemové železo.
Studovány byly vlastnosti flavoproteinů, tvorba volných radikálů a přenos elektronu. Prokázala se
interakce acyl-CoA-dehydrogenasy s ETF. To vedlo postupně k objevu Fe-S proteinů a jejich charakterizaci
EPR spektroskopií.
Na návrh Greena se tým Gibsona a Wakila na Ústavu pro výzkum enzymů zabýval biosyntézou mastných
kyselin, pracovali s extrakty holubích jater (konec 50. a začátek 60. let 20. stol.). Sledovali konverzi acetylCoA na dlouhořetězcové mastné kyseliny v přítomnosti esenciálních kofaktorů, přičemž prokázali
potřebu ATP a NADPH v zatím neznámých biosyntetických krocích.
Náhoda pomohla k objevu potřeby HCO3-. Omylem byl použit fosfátový pufr namísto běžně užívaného
bikarbonát-fosfátového pufru, důsledkem byla ztráta aktivity enzymové směsi. Protože [14C]-HCO3- nebyl
inkorporován přímo do MK, byl hledán intermediát a posléze nalezen malonyl-CoA a prokázána
přítomnost acetyl-CoA-karboxylasy a koenzymu biotinu v určité frakci extraktu (R1g). Frakce R2g potom
obsahovala synthasu MK. Tým z ústavu také potvrdil, že jako produkt celé dráhy vzniká volná mastná
kyselina, nikoli derivát koenzymu A.
Mnohem větší výzvou však byla problematika přenosu elektronu a oxidační fosforylace. Mitochondrie
byly pro tento účel získávány z hovězích a vepřových srdcí a jater.
Klíčovou metodikou byla centrifugace. Zásadní objev spočíval v nalezení ubichinonu. R. A. Morton v
Anglii v 50. letech získal ubichinon z nezmýdelnitelné frakce tkání jako je trávicí trakt či játra. Na ústavu u
Greena byl nalezen ve vodě nerozpustný avšak lipofilní faktor s isoprenoidním řetězcem a nazván
53
koenzym Q (CoQ). To byl dosud neznámý článek spojující primární dehydrogenasy (flavoproteiny se
železem) s cytochromy.
Postupně byly izolovány komplexy I-IV (Hatefi, Ziegler) pomocí centrifugace a frakcionací (pH, soli,
chaotropy). Z oddělených komplexů byl pak sestaven funkční dýchací řetězec.
V 60. letech se snaha ubírala k vysvětlení oxidační fosforylace. Elektronovou mikroskopií byla sledována
struktura mitochondrií v souvislosti s nízkou hladinou vápníku, fosfátu a mastných kyselin vedoucí k
zvýšené permeabilitě, indukci ATPasy, rozpojení oxidační fosforylace a ztrátě kontroly respirace. Byly
pozorovány konformační změny a předpokládalo se, že proces uchovávání energie je s nimi spojen.
S pomocí matematiky a teoretické chemie byly hledány modely k vysvětlení experimentů. Green však
nevěřil chemiosmotické teorii a jeho jméno s ní není spojeno.
Literatura:
Beinert H, Stumpf PK, Wakil SJ (2003) David Ezra Green. 1910-1983. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 84: 112144.
Fotografie pochází z Wikipedie.
54
Arthur Harden
(*12. 10. 1865 – †17. 6. 1940)
Sir Arthur Harden byl anglický biochemik a laureát Nobelovy ceny za chemii, kterou získal v roce 1929
společně se švédským organickým chemikem a biochemikem německého původu Hansem Karlem
Augustem Simonem von Eulerem-Chelpinem, a to za výzkum fermentace cukrů a kvasných enzymů.
Narodil se v Manchesteru. Rodiče Arthura Hardena, otec Albert Tyas Harden and matka Eliza mu zajistili
dobré vzdělání jako jedinému synovi vedle několika sester. Navštěvoval soukromou školu ve Victoria
Parku (1873-1877) a studoval na koleji Tettenhall ve Staffordshiru (1877-1881). Od roku 1882 pokračoval
na Viktoriině univerzitě v Manchesteru (The Owens College), kde výuku chemie řídil Sir Henry Enfield
Roscoe, který proslul výzkumem sloučenin vanadu a objevy v oblasti fotochemie. Arthur Harden studium
ukončil v roce 1885 s vynikajícími výsledky. V roce 1886 získal Daltonovo stipendium, které mu umožnilo
pracovat po dobu jednoho roku na univerzitě v Erlangenu u Otto Fischera, kde se věnoval přípravě a
vlastnostem nitrosonaftylaminu.
Po získání doktorátu (1888) a návratu do Manchesteru pracoval na univerzitě jako asistent (později
odborný asistent) a demonstrátor až do roku 1897. Před odchodem odtud se Arthur Harden věnoval
například studiu působení světla na směs oxidu uhelnatého a chloru, ale byl aktivní především ve výuce –
55
přednášel a podílel se na psaní učebnic pro studenty chemie. Poté nastoupil jako chemik na Britském
ústavu preventivní medicíny v Londýně (založen 1891), ze kterého se později stal Jennerův (1898) a
nakonec Listerův ústav (1903), což bylo v jeho kariéře zlomové a rozhodující.
Zpočátku se v novém působišti vědě nevěnoval na plný úvazek, neboť také vyučoval kurzy chemie
zaměřené na analýzu vody a potravin pro mediky. V roce 1907 se tam stal vedoucím spojených oddělení
chemie a biochemie. V této pozici setrval až do ochodu na odpočinek v roce 1930, avšak i poté nadále
pokračoval ve vědecké práci. V roce 1912 získal titul profesora biochemie na Londýnské univerzitě, to již
měl za sebou vynikající a převratné vědecké výsledky.
Od roku 1898 se zabýval chemií baktérií např. bakteriálními toxiny. Později se střed jeho zájmu posunul
k alkoholovému kvašení. K této práci byl zpočátku stimulován svým kolegou Allanem Macfadyenem,
který byl jako většina mikrobiologů té doby podnícen aktuálním Buchnerovým objevem enzymů, tedy
skutečnosti, že fermentace cukru lze docílit bezbuněčným extraktem kvasnic a tudíž bez přítomnosti
intaktních buněk (1896-1897). Extrakt kvasnic (obsahující „zymasu“) měl v tomto ohledu dvě nevýhody,
které přímo vybízely k dalšímu studiu: 1) sám o sobě produkoval alkohol a CO2 bez nutnosti přídavku
cukru (autofermentace), 2) rychle ztrácel svoji schopnost fermentovat.
Harden zjistil, že enzym bez přídavku cukru působí na glykogen produkovaný kvasinkami a pokud je tento
vyčerpán, proces skončí. Pokles schopnosti fermentovat vysvětlil proteolytickou destrukcí zymasy.
Klíčové Hardenovy objevy byly v letech 1900-1914. Během studia zmíněného kvašení příšel se svými
spolupracovníky na dva zásadní objevy.
Tím prvním bylo nalezení termostabilní a dialyzovatelné látky, která je potřebná k funkci zymasy a bez
jejíž přítomnosti nelze enzymově přeměňovat cukr na alkohol. Harden neznal strukturu této látky, pouze
zjistil přítomnost kyseliny fosforečné. Koenzym NAD+ (nikotinamidadenindinukleotid) byl teprve později
definován Hansem von Eulerem, který byl rovněž autorem jeho prvního názvu kozymasa (1931). Druhým
Hardenovým zjištěním byla důležitost role fosfátu v procesu alkoholového kvašení spojená s objevy
fosforečných esterů sacharidů (1906). Je nutné zmínit, že na těchto výsledcích se podílela řada žáků a
spolupracovníků Arthura Hardena např. William John Young (1878-1942), Robert Robison (1883-1941),
Francis Robert Eden baron Henley (1877-1962) a Marjorie Giffen Macfarlaneová. Jejich jména a zásluhy
se odrážejí i v čestném pojmenování fosforečných esterů sacharidů: glukosa-6-fosfátu (Robisonův ester)
a fruktosa-1,6-bisfosfátu (Hardenův-Youngův ester). Harden nevěřil, že tvorba cukerných fosfátů souvisí
s produkcí alkoholu a CO2, tedy že jde o intermediáty v řetězu reakcí, neboť nerad spekuloval. Domníval
se však, že takovým metabolitem by mohl být methylglyoxal. Během 1. světové války se věnoval (aby
přispěl k válečnému úsilí státu) výzkumu potravinových faktorů (vitamínů), jejichž nedostatek se odráží
v chorobách beri-beri a kurděje, které se objevily i v britských jednotkách bojujících v Asii a Africe. Dnes
víme, že jde o thiamin (vitamín B1) respektive kyselinu L-askorbovou (vitamín C).
Arthur Harden byl zakládajícím a dlouholetým spolueditorem časopisu The Biochemical Journal (v letech
1913-1938, spolu s fyziologem Williamem Maddockem Baylissem). V roce 1936 se Arthur Harden stal za
své vědecké objevy a zásluhy rytířem Řádu britského impéria („Knight Commander of the Order of the
British Empire”). Jako člen Královské společnosti v Londýně (od roku 1909) obdržel v roce 1935 její
prestižní Davyho medaili za chemický výzkum. Byl nositelem řady čestných doktorátů
56
Oženil se v roce 1890. Jeho manželka Georgina Sydney Bridge (zemřela v roce 1928) pocházela z Nového
Zélandu. Sir Arthur Harden zemřel bezdětný v roce 1940 ve svém domě v Bourne Endu,
Buckinghamshire.
Literatura:
Hopkins FG, Martin CJ (1942) Arthur Harden. 1865-1940. Obit. Not. Fell. R. Soc. 4: 2-14. DOI:
10.1098/rsbm.1942.0001
Manchester KL (2000) Arthur Harden: an unwitting pioneer of metabolic control analysis. Trends
Biochem. Sci. 25: 89-92. DOI: 10.1016/S0968-0004(99)01528-5
Nobelovská přednáška A. Hardena ze dne 12. prosince 1929: The function of phosphate in alcoholic
fermentation – je k dispozici v elektronické verzi na http://www.nobelprize.org/.
Fotografie z 6. ledna 1936 (autor Bassano) byla převzata se svolením z National Portrait Gallery
(http://www.npg.org.uk) © National Portrait Gallery, London.
57
Mahlon Bush Hoagland
(*5. 10. 1921 – †18. 9. 2009)
Hoagland byl americký biochemik, který objevil transferovou RNA (tRNA) a přispěl k příchodu
molekulární biologie.
Narodil se v Bostonu, jeho otec vystudoval Harvard v oboru fyziologie chování. Pracoval na Clarkově
univerzitě ve Worcesteru, Massachusetts, v l. 1961-64 byl prezidentem Americké akademie umění a věd.
V r. 1940 nastoupil na Williamsovu kolej a 1941 přešel na Harvard. Vzhledem k válečné potřebě lékařů
pokračoval od r. 1943 na Lékařské fakultě Harvardovy univerzity s předpokladem stát se chirurgem. V r.
1945 prodělal těžkou tuberkulózu. Ačkoli se neléčil tehdy novým streptomycinem, stimulovalo to jeho
zájem o medicinální výzkum.
Po návratu na Harvardovu univerzitu promoval v r. 1948. Protože však měl recidivu nemoci, nestal se
lékařem, ale přešel k výzkumu. Získal místo v Huntingtonově laboratoři ve Všeobecné nemocnici státu
Massachusetts (MGH), kde se věnoval toxikologickému výzkumu berylia, přičemž Hoagland se
spolupracovníky potvrdil, že berylium inhibuje alkalickou fosfatasu, což má za následek dekalcifikaci
kostí a prokázal jeho roli v tvorbě osteosarkomů.
Paul Zamecnik (1912-2009), vedoucí skupiny ze stejné laboratoře, měl zkušenosti z pobytu v Carlsberské
laboratoři v Kodani (1939-1940, přerušenou okupací Dánska) u K. Linderstrøma-Langa (1896-1959) a
zajímal se o vztah mezi růstem buněk a proteosyntézou. Hoagland odjel v r. 1951 kvůli nabytí zkušeností
v oblasti biochemie do Carlsberské laboratoře, kde spolupracoval s Hermanem Kalckarem (1908-1991).
Po návratu na MGH pracoval jako postdok u Fritze Lipmanna (1899-1986). Zabýval se biosyntézou
koenzymu A z panthotenátu. Pozdější Hoaglandův výzkum byl předurčen Lipmannovým nápadem, že pro
proteosyntézu musí být aminokyseliny energeticky aktivovány. Při studiu proteosyntézy v bezbuněčném
systému z potkaních jater připraveném jeho kolegy si povšimnul si, že při tom aminokyseliny podléhají
ATP-dependentní reakci vedoucí k tvorbě pyrofosfátu.
Klíčovým objevem týmu byla transferová RNA. Zamecnik již dříve zkoušel, zda bezbuněčný systém
provádějící proteosyntézu může vyrábět i RNA, tehdy nebylo o roli RNA v proteosyntéze nic známo. Do
systému proto přidal 14C-CTP, jako kontrolu dal do jiné zkumavky 14C-značenou aminokyselinu a zjistil, že
se inkorporuje. Hoagland a spol. pak prokázali, že po aktivaci se AK vážou na „rozpustnou“ RNA (1958). V
dalších experimentech s dávkou štěstí tak byla nalezena chybějící část genové exprese.
Příslušná
RNA
byla
nazvána
rozpustná,
protože
nebyla
součástí
mikrosomálních
ribonukleoprotoeinových částic (vlastně se jednalo o ribosomy) z potkaních jater. Na jaře 1957 navštívil
Hoaglanda a Zamecnika Francis Crick (1916-2004). Ten pozval Hoaglanda pracovat k sobě do Cambridge
studovat problém kódování AK při translaci.
58
Pobyt u Cricka však nebyl úspěšný. V r. 1960 získal Hoagland první post na fakultě: na Katedře
bakteriologie a imunologie, Lékařská fakulta, Harvardova univerzita. Předmětem jeho zájmu byla
regulace buněčného růstu v regenerujících játrech potkanů při částečné hepatektomii na úrovní
translace.
V r. 1967 mu byla nabídnuta pozice šéfa katedry biochemie na Lékařské fakultě univerzity v Dartmouthu,
Massachusetts. Worcesterská nadace pro experimentální biologii, kde působil jeho otec Hudson
Hoagland, mu ve stejném roce nabídla uvolněné místo prezidenta, které nejdříve odmítl, v roce 1970
však napodruhé přijal, protože byl v Darthmouthu nespokojen.
Jeho nástup na toto místo byl spojen s rozhodnutím prezidenta Nixona podpořit výzkum proti rakovině
(National Cancer Act, 1971) jasným mechanismem financování z Kongresu.
V 70. letech ustoupil od výzkumné práce a začal se věnovat přednášení pro laickou veřejnou, psaní knih a
lobování zájmové skupiny pro základní biomedicínský výzkum (kde byli i A. Kornberg a J. Watson). Na
odpočinek odešel v r. 1985. O vědu se zajímal až do osmdesátky, zejména o výzkum RNA, kde přišel velmi
důležitý objev RNA interference a miRNA.
Literatura:
Pederson T (2011) Mahlon Bush Hoagland. 1921-2009. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci., 19 stran.
59
Dorothy Mary Hodgkinová
(*12. 5. 1910 – †29. 7. 1994)
Doroty Hodgkinová rozená Crowfootová byla britská biochemička, která se věnovala rentgenové
krystalografii a získala v r. 1964 Nobelovu cenu za chemii. Narodila se v Káhiře, její otec John Winter
Crowfoot byl archeologem, historikem egyptského ministerstva a posléze ředitelem Gordonovy koleje
v Chartúmu (Súdán), tomuto oboru se věnovala i matka Grace Mary Crowfoot, která byla specialistkou na
starověký textil. Útlé dětství prožila v Egyptě a Súdánu, během první světové války byla v Anglii se
sestrami u babičky, rodiče zůstali v Africe a obávali se možného útoku na britské kolonie.
Už v mládí se začala zajímat o chemii, kterou začala od r. 1928 studovat na univerzitě v Oxfordu na Koleji
Somervilleové pro ženy. První krystalografické experimenty prováděla u H. M. Powella na sloučeninách
thalia. Ph.D. studium ukončila v r. 1937, proběhlo přitom 1932-36 u fyzika Johna Desmonda Bernala
(1901-1978) v Cambridgi, kde se seznámila s použitím rentgenové krystalografie pro určení struktury
proteinů. S Bernalem pracovala například na analýze enzymu pepsinu. Zjistilio se tehdy, že vysušené
krystaly pepsinu poskytovaly velmi špatné difrakční obrazce, zatímco krystaly v matečném roztoku byly
vhodné pro analýzu. V říjnu 1934 získala difrakční fotografie krystalů insulinu. Tehdejší metodika
zpracování difrakčního obrazce ale neumožňovala získat strukturu pro takto komplexní molekulu, i když
Hodgkinová korespondovala s fyzikem Arthurem Lindo Pattersonem (1902-1966), autorem Pattersonovy
funkce pro řešení fázového problému. V Cambridgi také prováděla difrakční analýzy steroidů, což vedlo
k finalizaci strukturních vzorců.
Kolej Somervilleové v Oxfordu jí poskytovala stipedium, i když pracovala v Casmbridgi. Od roku 1936
znovu působila v Oxfordu, zde vyučovala chemii (od r. 1946 byla odobornou asistentkou a od r. 1955 na
úrovní docentky) až do roku 1977. Jednou z jejích studentek byla i Margaret Robertsová, pozdější britská
premiérka Margaret Tchatcherová (1925-2013), která absolvovala s bakalářským titulem v r. 1947.
60
Hodgkinová byla jednou z prvních, kdo v dubnu 1953 viděli v Cambridgi model struktury DNA, který
zkonstruovali James Watson (*1928) a Francis Crick (1916-2004). V r. 1960 získala profesorskou pozici,
kterou si podržela až do odchodu na odpočinek v r. 1977, což ji finančně zabezpečilo jak platově, tak po
stránce nákladů výzkumů a asistentů.
Její profesní kariéra je spojena s objevy trojrozměrných struktur biologických molekul. V r. 1945
publikovala spolu se studentem C. Harry Carlislem strukturu cholesteryljodidu. Pro určení struktury
použila Pattersonovu mapu, ve které byly jasné pozice atomů jódu, mapy elektronové hustoty byly
fázovány a vypočítány podle pozic jódu. Byla to jedna z prvních analýz s trojrozměrnými výpočty. Od roku
1942 pracovala Hodgkinová na struktuře penicilinu. Konečný výsledek přišel s použitím sodného,
draselného a rubidného derivátu benzylpenicilinu metodou isomorfního nahrazení a diferenčních map.
Struktura byla publikována v r. 1949. Tým tehdy potvrdil přítomnost beta-laktamového kruhu, o kterém
se organický chemik Sir Robert Robinson (1886-1975, laureát Nobelovy ceny za chemii za rok 1947)
domníval, že je nestabilní a nemůže tudíž ve stabilním penicilinu být přítomen. Beta-laktamový kruh byl
pak nalezen třeba i u cefalosporinů, jejichž struktury také později Hodgkinová určila.
Další studovanou molekulou byl vitamín B12 (faktor proti perniciosní anémii), na kterém pracovala od
konce 40. let 20. stol. Konečná struktura tohoto vitamínu byla publikována v r. 1955 v časopisu Nature.
Tato záležitost významnou měrou přispěla k udělení Nobelovy ceny. Cesta ke struktuře vedla přes použití
těžkých atomů (kobalt) a mnoho výpočtů trojrozměrných map elektronové hustoty. K výpočtům bylo
použito počítače (tehdy jednoho z největších na světě) ve spolupráci s Kalifornskou univerzitou v Los
Angeles. Americký chemik Robert Burns Woodward (1917-1979) se studenty vitamín B12 syntetizoval,
což potvrdilo správnost určené krystalové struktury. Výsledek na této látce stimuloval rozvoj
krystalografie proteinů.
V r. 1969 také publikací v Nature dokončila s týmem kolegů práci na krystalové struktuře insulinu.
V kontaktu s laboratořemi studujícími insulin zůstala i poté. Vědecké práci se věnovala intenzivně i na
sklonku života, přestože trpěla revmatickou artritidou a byla invalidní.
Literatura:
Dodson G (2002) Mary Crowfoot Hodgkin, O.M. 12 May 1910 – 29 July 1994. Biogr. Mems Fell. R. Soc. 8:
179-219. DOI: 10.1098/rsbm.2002.0011
Glusker JP (1994) Dorothy Crowfoot Hodgkin (1910-1994). Protein Sci. 3: 2465-2469.
Hodgkin DC, Pickworth J, Robertson JH, Trueblood KN, Prosen RJ, White JG (1955) Structure of vitamin
B12 : the crystal structure of the hexacarboxylic acid derived from B12 and the molecular structure of the
vitamin. Nature 176: 325-328. DOI: 10.1038/176325a0
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
61
Frederick Gowland Hopkins
(*20. 6. 1861 - †16. 5. 1947)
Anglický biochemik Sir Frederick G. Hopkins byl prvním, který pochopil důležitost “doplňkových faktorů”
v potravě a inicioval tak výzkumn v oblasti vitamínů.
Narodil se v Eastbourne v hrabství Sussex. Jeho otec, knihkupec, se zajímal o vědu, avšak zemřel záhy.
Hopkins navštěvoval Školu Mesta Londýna v Enfieldu (1871-1875), ze které musel odejít pro záškoláctví,
a následně soukromou školu. Po škole pracoval jako pojišťovací úředník a učil se v Londýně na
analytického chemia. Ve věku 20 let nastoupil na Královskou důlní školu (“Royal School of Mines”) v
Jižním Kensingtonu, kde navštěvoval chemické přednášky. Dále studoval na Londýnské univerzitě
(“University College, London”).
V r. 1883 se stal asistentem Thomase Stevensona na Chemickém ústavu, který byl analytickým chemikem
a přednášejícím v oboru forenzní medicína v nemocnici Guy's (Guy's Hospital; dnes součást King's College
London School of Medicine). Připravoval na získání bakalářského titulu na Londýnské univerzitě a v r.
1888 začal v nemocnici Guy's se studiem medicíny. V r. 1894 absolvoval Londýnskou univerzitu (medicína
a přírodní vědy) a stal se asistentem v nemocnici Guy’s, kde učil fyziologii a toxikologii a zabýval se
chemickým výzkumem proteinů. V r. 1898 nastoupil na pozvání Sira Michaela Fostera do fyziologické
laboratoře na univerzitě v Cambridgi jako přednášející s cílem rozvinout výuku fyziologické chemie.
V tomto roce se i oženil s Jessie Anne Stephensovou. V r. 1902 získal ekvivalent docentury („readership“).
Jeho pozice na univerzitě doplněná lektorskou prací na Emanuelově koleji mu poskytovala jen málo času
na vědecký výzkum. V r. 1910 se stal členem bratrstva Koleje sv. Trojice („Trinity College“) a mohl se začít
věnovat svému vlastnímu výzkumu v oboru fyziologická chemie. Konečně se v r. 1914 stal prvním
profesorem biochemie na univerzitě v Cambridgi.
62
Na sklonku profesního života byl sice uznávanou kapacitou, ale musel bojovat se zdravotními problémy
včetně ztráty zraku. Svůj život zasvětil chemickému výzkumu metabolismu a budování biochemie jako
svébytné vědní diciplíny. Když zemřel (1947), biochemie byla již celosvětově akceptována. V Anglii byl
chápán jako nejvyšší autorita v oboru biochemie, byl nositelem mnoha čestných titulů a ocenění, včetně
členství v Královské společnosti (1906), rytířského titulu (1925) a Copleyovy medaile (1926). V r. 1929
získal Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu spolu s fyziologem Holanďanem Christianem Eijkmanem
(1858-1930), Hopkins za objev vitamínů stimulujících růst a Eijkman za objev antineuritického vitamínu.
Hopkinsův první samostatný vědecký článek se zabýval chemií pigmentů motýlích křídel. S výzkumem
v tomto směru začal v r. 1889, ele ucelená práce byla publikována až v r. 1896 v Philosophical
Transactions of the Royal Society s názvem "Pigments of Pieridae." Hopkins ukázel, že bílá neprůhledná
substance v křídlech motýlů je močová kyselina, tedy vlastně vylučovaný odpoadní produkt. Odtud se
dostal k problematice močové lkyseliny u člověka. V r. 1893 publikoval práce o metodice stanovení
močové kyseliny v moči, která se standardně používala po mnoho let. Na přelomu století publikoval na
téma spojitosti mezi vylučováním močové kyseliny a potravou, zajímal se o problematiku dny (podagra).
Hopkins také popsal xanthinoxidasu, specifický enzym s širokou distribucí ve tkáních a také v mléce, který
katalyzuje oxidaci purinových bazí xanthinu a hypoxanthinu na močovou kyselinu.
V Cambridgi byl teprve krátce když doáhl úspěchu, který ho dostal do poředí mezi fyziologickými
chemiky. Když zkoumal příčinu selhání Adamkiewiczovy barevné reakce pro proteiny (nyní glyoxylátový
test), zjistil, že reakce nefunguje se s octovou kyselinou jako takovou, ale s glyoxalovou kyselinou, která
je v ní přítomná jako nečistota. Jako chemik se poté pustil do nalezení součásti proteinů, která poskytuje
purpurové zbarvení v Adamkiewiczově reakci, a nakonec izoloval aminokyselinu tryptofan. Než by se
věnoval jinému předmětu studia, začal s pokusy na laboratorních myších, které krmil potravou obsahující
tryptofan, aby zjistil jeho nutriční roli. Ačkoli tryptofan neovlivňoval růst myší, prodlužoval značně jejich
délku života. Tyto experimenty (1907) jako jedny z prvních ukázaly důležitost kvality potravy, přičemž
přinesly aspekty výživy do povědomí vědců.
Hopkinsova práce o důležitosti vitamínů v potravě byla shrnuta v r. 1912 v publikaci "The Importance of
Accessory Food Factors in Normal Dietaries“. Tato práce je všeobecně považována za vrchol jeho kariéry.
Ačkoli se výzkumu vitamínů v té době věnovalo více vědců v Evropě i USA, není pochyb, že Hopkins byl
první, který si uvědomil plný význam experimentálních zjištění. Jeho práce měla dalekosáhlý vliv na
celosvětový výzkum v oblasti výživy.
První světová válka přerušila Hopkinsovy výzkumné aktivity. Jeho další významný článek byl publikován
až v r. 1921 ("An Autoxidisable Constituent of the Cell). V přednášce nazvané "The Dynamic Side of
Biochemistry ", kterou proslovil jako prezident Fyziologické sekce Britské vědecké asociace, Hopkins
představil svůj pohled na chemické procesy v živých tkáních. Zdůraznil, že hrubý metabolický materiál je
ve formě nízkomolekulárních látek a podtrhl význam nové myšlenky endogenních enzymů jako
univerzálních buněčných aktérů. Navrhl také výraznější použití metod pro separaci produktů
metabolických změn ze tkání bez ohledu na to, že jsou zastoupeny v malém množství.
63
Ve 20. letech 20. stol. Ve studiu oxidačních reakcí v biologických systémech dominovaly dvě soupeřící
teorie. Jedna z nich předpokládala enzymovou aktivaci dvojice vodíkových atomů (tyto enzymy byly
nazvány dehydrogenasami), ta druhá pak uvažovala účast katalyzátoru s obsahem železa, který aktivuje
kyslík. Dnes se ví, že oba procesy jsou ve hře a Hopkins do jisté míry uspěl v uvedení obou do souladu.
Izoloval látku, kterou nazval glutathion a ukázak, že může existovat ve dvou vzájemně se přeměňujících
variantách: redukované a oxidované formě. Ukázal, že látka se vyskytuje v buňkách rostlin i živočichů,
které se rychle zmnožují. Později také určil tripeptidovou strukuru a složky gl utamovou kyselinu, glycin a
cystein. Navrhl, že by glutathion mohl fugovat jako katalyzátor ve spojení s kyslíkem (koenzym), přičemž
disulfidová forma by byla akceptorem vodíku a po redukci ho pak předávala na kyslík během spontánní
reoxidace. Přínos Hopkinsovy výzkumné práce spočívá v prvním náznaku dnes známé a základní
skutečnosti, že při oxidacích v živých organismech probíhá přenos kyslíku.
Skutečným měřítkem Hopkinsovy důležitosti nebyl pouze jeho vlastní výzkum, ale také inspirace, kterou
poskytl mnohým biochemikům, kteří pak šířili jeho učení po celém světě. Impozantní je počet jeho žáků,
kteří se stali profesory biochemie či vedoucími laboratoří na světových pracovištích, šlo o desítky lidí. V r.
1937 byla u příležitosti jeho 75. narozenin publikována Hopkinsovými studenty kniha Perspectives in
Biochemistry, která ukázala jejich produktivitu.
Na počkátku 20. stolet byla fyziologická chemie a biochemie fakticky německým monopolem. V Anglii
tehdy nebyli žádní biochemici a pouze několik málo fyziologických chemiků. V době Hopkinsova odchodu
na odpočinek byla britská biochemie na srovnatelné úrovni.
Literatura:
Dale HH (1948) Frederick Gowland Hopkins. 1861-1947. Obit. Not. Fell. R. Soc. 6: 115–145. DOI:
10.1098/rsbm.1948.0022.
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
64
Ivan Jakovič Horbačevskij
(*15. 5. 1854 - † 24. 5. 1942)
Ivan Jakovič Horbačevskij (v ruském přepisu Ivan Jakovlevič Gorbačevskij, v době Rakouska-Uherska a
první republiky Johann, Ivan či Jan Horbaczewski) se narodil v Zarubincích u Zbaraže v oblasti Tarnopolu
na Ukrajině, tehdy v rakouské východní Haliči, do rodiny řeckokatolického kněze. Po studiích na
německo-polském gymnáziu v Tarnopolu získal vzdělání na Lékařské fakultě Vídeňské univerzity, kde se
byl laborantem a asistentem u profesora Ernsta Ludwiga. Svoji první vědeckou práci o nervové soustavě
publikoval v roce 1874, kdy byl stále ještě studentem. Studium ukončil v roce 1877 a později se zabýval
vědou na Chemickém a Fyzikálním institutu Vídeňské univerzity. V roce 1882 jako první syntetizoval
kyselinu močovou z glycinu a močoviny. V letech 1884 až 1917 působil jako řádný profesor na nově
ustavené české Karlo-Ferdinandově univerzitě v Praze, kde pokračoval v započaté výzkumné práci.
Čtyřikrát byl děkanem její lékařské fakulty a v letech 1902-1903 byl dokonce rektorem univerzity.
65
Přednášel farmakologii a soudní chemii. V roce 1898 obdržel řád Železné koruny, nejvyšší rakouskouherské vyznamenání.
Zastával řadu funkcí veřejných a politických. Od roku 1889 byl ve Zdravotní radě Českého království,
v letech 1906-1917 pak působil v Nejvyšší zdravotní radě ve Vídni. Roku 1902 se stal dvorním radou a
roku 1909 doživotním členem panské sněmovny. V roce 1917 ho císař Karel I. jmenoval do vlády jako
prvního rakouského ministra zdravotnictví (první ministr zdravotnictví na světě!!), což byla v době
vrcholící světové války náročná práce, která mu zabírala veškerý čas. Byl členem Královské české
společnosti nauk, v roce 1918 se však členství vzdal. Jako austrofil nesouhlasil s rozpadem monarchie a
vznikem Československa a zprvu zůstal ve Vídni. Do Prahy se vrátil teprve později jako čestný profesor
z Vídně přesunuté Ukrajinské svobodné univerzity, ve 20. letech byl jejím rektorem a pracoval tam až do
roku 1939 současně s působením na dalších emigrantských ukrajinských středních školách. S ukrajinskou
komunitou v Rakousku-Uhersku (zejména s odbornými kruhy ve Lvově) a následně s emigranty
v prvorepublikovém Československu udržoval mnohé kontakty. Pomáhal při tvorbě ukrajinské chemické
terminologie, psal učebnice, v roce 1925 byl jmenován členem Všeukrajinské akademie věd v Kyjevě. Měl
přednášet na univerzitě v Charkově, ale omluvil se kvůli vysokému věku. V roce 1939 se zúčastnil čestnou
funkcí i krátkodobé existence nezávislé Karpatské Ukrajiny vyhlášené v Chustu na území bývalé
Podkarpatské Rusi.
Profesor Horbačevskij se dožil vysokého věku. Zemřel 24. května 1942 a byl pochován na hřbitově u
kostelíka sv. Matěje v Praze - Šárce. Zanechal po sobě více než stovku vědeckých prací. Byl biochemikem,
hygienikem, epidemiologem, soudním lékařem a toxikologem. Popsal novou metodu syntézy kreatinu,
vypracoval i metodiku stanovení dusíku v moči. V letech 1889-1891 objevil enzym xanthinoxidasu. Byl
jedním z prvních vědců, který rozpoznal, že aminokyseliny jsou stavebními kameny proteinů.
Literatura:
Jan Horbaczewski (15. 5. 1854-24. 5. 1942). Sborník přednášek na semináři ke 150. Výročí narození
zakladatele české lékařské chemie, uspořádal Stanislav Šípek. Nakladatelství Galén, Praha 2005.
Fotografie pamětní desky s bustou ve Vídni - M. Šebela (2015).
66
Nathan Oram Kaplan
(*25. 6. 1917 – †15. 4. 1986)
Kaplan byl americký biochemik, který se věnoval především enzymologii, ale také chemoterapii.
Narodil se v New Yorku, rodina se brzy přestěhovala do Kalifornie, kde potom studoval bakalářskou
chemii na Kalifornské univerzitě v Los Angeles (ukončil 1939). Magisterské studium absolvoval na
Kalifornské univerzitě v Berkeley, kde pracoval u Davida M. Greenberga. V experimentech zde využíval
radioaktivní fosfor ke studiu metabolismu sacharidů. Izotop byl získáván na cyklotronu kolegou
Martinem Davidem Kamenem (1913-2002).
Zkušenosti s radioaktivním izotopem mu umožnili spolupráci s bakteriology Michaelem Doudoroffem
(1911-1975) a W. Z. Hassidem, kteří se zabývali degradací sacharosy u Pseudomonas saccharophila. Šlo o
objev enzymu, který štěpí sacharosu na fruktosu a glukosa-1-fosfát, nutná byla přítomnost fosfátu. V
období 1942-1945 se N. Kaplan podílel na projektu Manhattan, kde pracoval ve výzkumu jako chemik. V
době, kdy pracoval na projektu Manhattan, potkal v Detroitu Dr. Frankse, asistenta na Wayne State
Medical School, který se zajímal o diabetes. Experimentovali se psy, kde byla vyvolána diabetes
alloxanem. V důsledku toho poklesla hladina ATP v játrech a vzrostla koncentrace fosfátu. Komatičtí
pacienti z detroitské nemocnice měli nízkou hladinu fosfátu v séru, ale naopak zvýšenou úroveň
vylučování fosfátu. Ke stabilizaci došlo dávkami fosfátu v přítomnosti inzulinu. Po válce pracoval u Fritze
Lipmanna (1899-1986) ve Všeobecné massachusettské nemocnici v Bostonu. Zde se podílel na izolaci
koenzymu A včetně určení jeho struktury (obsah panthotenátu a fosfoadenylátu) a funkce v
metabolismu. Lipmann totiž objevil, že pro acetylaci sulfanilamidu extraktem holubích jater je třeba
faktor, který během stání extraktu podléhal autolýze.
Od r. 1950 byl odborným asistentem na Lékařské fakultě Illinoiské univerzity v Chicagu, kam šel zejména
z důvodu přítomnosti Sidneye P. Collowicka (1916-1985), který tam přešel z Washingtonovy univerzity v
St. Louis. Byli tam však nespokojeni, takže využili příležitosti na Ústavu McColluma a Pratta při katedře
biologie na Univerzitě Johnse Hopkinse (UJH). Zde spolu vytvořili úspěšnou dvojici pro oblast chemie
pyridinových nukleotidů a enzymů, které je využívají jako koenzymy. Na UJH byl jejich nadřízeným šéf
ústavu William D. McElroy (1917-1999), který se zapsal do povědomí tím, že objevil klíčovou roli ATP v
enzymové reakci luciferasy. Biochemickou osobností na UJH byl tehdy Elmer V. McCollum (1879-1967).
Od r. 1955 se s Collowickem podílel na vydávání knižní série Methods in Enzymology (nakladatelství
Academic Press), která vychází dodnes.
V rámci výzkumu se studovaly stopové prvky, byl objeven výskyt molybdenu v nitrátreduktase. Při studiu
role koenzymu A v oxidaci pyruvátu inhiboval Kaplan respiraci kyanidem. S Collowickem posléze
prokázali, že kyanid se váže na NAD a tvoří se adukt, který má UV spektrum podobné redukované formě
NADH. Tak se zrodila metoda pro měření obsahu oxidovaných pyridinových nukleotidů. Byl také objeven
enzym DNPasa (NAD glykohydrolasa) štěpící koenzym NAD na nikotinamid a ADP-ribosu, a to v Zndeficientní plísně Neurospora (nízká glykolytická aktivita a eliminovaná alkohol-dehydrogenasa), kde se
díky tomu rychle hydrolyzoval volný koenzym. Objevili také, že enzym je neúčinný vůči α-isomeru NAD.
67
Jiný enzym přenášel navázanou ADP-ribosu na nikotinamidová analoga např. acetylpyridin. Nabízelo se
tak využití analogů NAD (např. s acetylpyridinem namísto nikotinamidu) pro měření rozdílů mezi
dehydrogenasami např. u různých druhů a různých orgánů (zájem o molekulární evoluci). Dalším
tématem bylo studium NADP-dep. isocitrátdehydrogenasy z extraktu Pseudomonas aeruginosa, v reakční
směsi dochaázelo v přítomnosti NADPH a NAD k přenosu vodíku na NAD, což vedlo k objevu
transhydrogenasy, prokázán byl přímý hydridový přenos. Zkoušena byla i různá analoga včetně
thionikotinamidového.
V r. 1957 odešel Kaplan na židovskou Brandeisovu univerzitu v Massachusetts (otevřena v r. 1948), kde
se stal vedoucím katedry biochemie pro magisterské studium. Spolu s M. A. Kamenem přizvali vybrané
mladé docenty a vytvořili podmínky pro rozvoj výzkumu. Kaplan se věnoval strukturně funkční
charakterizaci dehydrogenas, což vedlo ke studiu evoluce isoenzymů. Rozpoznal význam isoenzymové
analýzy v klinické diagnostice (laktátdehydrogenasa, LDH, v lidském séru). Odtud také vyplynul jeho
zájem o tzv. biochemickou antropologii. Kaplan se spolupracovníky zjistil, že srdeční a svalový isoenzym
LDH se chovaly odlišně ve spojení s analogy NAD. Také zjistil, že srdeční isoenzymy více druhů mají k sobě
blíže než srdeční a svalový isoenzym stejného druhu. To vedlo ke studiu LDH během vývoje kuřat. V
prsním svalu embrya kuřete byla potvrzena výhradně srdeční LDH, která se nahrazuje svalovým typem
při vylíhnutí. Došlo se k tetramerní struktuře LDH a jejím variantám od H4 po M4. Konečně byla v
případě ryby platýze nalezena souvislost mezi anaerobním a aerobním typem LDH a fyziologickým
stavem. Vylíhnutá rybka má H typ, po přesunutí druhého oka na jednu stranu a zahájení života v
anaerobním prostředí se H-typ nahrazuje M-typem. U humrů a krabů byly objeveny zvláštní LDH, oxidace
laktátu s NAD byla pomalá avšak s acetylpyridinovým analogem se měřila vysoká aktivita. U kraba
Limulus („horseshoe“) bylo z analýzy aktivity LDH potvrzeno, že jde o členovce nikoli korýše. Metodikou
bylo možné rozlišit i falešnou tresku.
Od LDH se dostal k dalším enzymům: kreatinkinase, malátdehydrogenase, transaminasám a
glycerolfosfátdehydrogenase. V r. 1968 ho Martin Kamen přesvědčil odejít na Kalifornskou univerzitu do
San Diega, kde pak působil na Lékařské fakultě. Se svými studenty řešil pomocí NMR konformace
pyridinových koenzymů a dalších nukleotidů. Jeho tématem bylo také použití NAD analogů pro
interferenci s metabolismem nádorových buněk. Bylo sice zjištěno, že látky jsou účinné na myších,
ukázalo se však, že jsou toxické. Postupně se dostal do oblastí imunologie, virologie, elektronové
mikroskopie a buněčné biologie. Dále to byl vývoj materiálů pro afinitní chromatografii enzymů a
imobilizace ligandů pro membránové receptory. Pracoval také s kolonií athymických laboratorních myší v
rámci výzkumu rakoviny. Myši bez brzlíku neodmítaly prostřednictvím svého imunitního systému štěpy
lidských nádorů, což umožnilo studovat metabolismus lidských nádorových buněk.
Literatura:
McElroy WD (1994) Nathan Oram Kaplan. 1917-1986. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 63: 246-291.
68
David Keilin
(*21. 3. 1887 – †27. 2. 1963)
David Keilin byl anglický biolog a biochemik polského původu. Narodil se v Moskvě, jeho otec byl
obchodníkem, ale brzy se rodina vrátila do Polska. Od dětství trpěl astmatem, byl vzděláván matkou a
guvernantkou do věku 10 let. Pak nastoupil na soukromé polské gymnázium ve Varšavě (státní školy byly
tehdy jen ruské). Po jeho absolvování odešel nejdříve do Lutychu a potom do Paříže s plány stát se
doktorem medicíny. Povolání lékaře se s ohledem na svoje zdraví vzdal, začal se věnovat filozofií, ale po
náhodné návštěvě biologické přednášky (úkryt před deštěm) se jeho priority změnily.
Biolog-parazitolog Maurice Caullery (1868-1958) mu nabídl práci ve své laboratoři. Výzkum se týkal
životního cyklu parazitického hmyzu. Šlo o mouchu Pollenia rudis, která klade vajíčka do půdy. Keilin
zjistil, že larva se po vylíhnutí dostává do půdního červa Allolobophora chlorotica, kde paraziticky žije do
jara. Poté opustí jeho tělo, využívá ho jako potavu a po zakuklení v zemi se líhnou v létě mouchy.
Spolu s dalšími podobnými studiemi na dvoukřídlém hmyzu vypracoval a obhájil disertaci. V l. 1910-15
publikoval 20 prací, většinou o larvách dvoukřídlého hmyzu a stal se respektovaným odborníkem na
entomologii.
69
V r. 1915 obdržel pozvání od profesora biologie George H. F. Nuttalla (1862-1937) tehdy Quickova
profesora biologie na univerzitě v Cambridgi a odešel tam jako asistent. Zde nakonec zůstal po celý svůj
profesní život. Pracoval nejdříve na problematice vší Pediculus humanus. Zjistili, že zkřížením vši šatní (P.
humanus corporis) a vši dětské (P. capitis) vznikají sterilní jedinci, což vysvětluje, proč současně tyto vši
napadají různé části těla a zachovávají si odlišné vlastnosti. Studoval v té době také protisty parazitující
na larvách much, hlístice aj., nicméně jeho zájem se postupně přesunul k fyziologii a biochemii, zejména
s ohledem na respiraci larev dvoukřídlých.
V r. 1920 byl díky financím Moltenových z Jižní Afriky vybudován Moltenův ústav pro parazitologický
výzkum v Cambridgi, kam se přesunul Nuttallův tým včetně Keilina. Od r. 1925 začal Keilin vyučovat
parazitologii (do té doby byl stipendistou) a v r. 1931 převzal místo ředitele Moltenova ústavu a pozici
Quickova profesora biologie po Nuttallovi.
Klíčovým obdobím v kariéře D. Keilina byla léta 1920-1925, kdy současně s morfologií a fyziologií hmyzu
začal s výzkumem buněčné respirace a oxidoredukčních dějů, což vedlo k objevu cytochromů. Na
počátku bylo studium životního cyklu mouchy Gasterophilus intestinalis. Moucha klade vajíčka na srst
koňských noh, po olizování koněm se líhne larva, ta se dostane do koňského trávicího traktu, kde se v
žaludku uchytí v mukose po dobu 9 měsíců. Z traktu se dostane do půdy, zakuklí se a vylíhne se moucha.
V koňském žaludku se v larvě tvoří oxyhemoglobin a larva je červená. Tento hemoglobin se liší od
krevního hemoglobinu hostitele. Keilin prokázal, že hemoglobin slouží larvě pro využití kyslíku z bublinek
vzduchu v potravě koně. Skladuje se více kyslíku, než má larva k okamžité spotřebě. Dospělá moucha
nemá hemoglobin, ale ve spektru jejího hrudního svalu našel Keilin čtyři absorpční pásy. Tyto pásy pak
objevil i u jiného hmyzu, mouchy Calliphora erythrocephala, můry zavíječe voskového (Galleria
mellonella) a u včely (Apis mellifera).
U těchto druhů larvy neobsahují hemoglobin, nemohlo tedy jít o produkt jeho přeměny. Typické pásy ve
spektru pak byly nalezeny ve tkáních živočichů, u rostlin i mikroorganismů.
Míchaná suspenze kvasinek měla potlačené spektrum, v klidu se opět pásy objevily jako výrazné.
Podobná změna byla i při vibracích křídel zavíječe, kdy pásy mizely, v klidném stavu se objevovaly.
Odtud Keilin odvodil souvislost s reversibilní oxidací buněčné komponenty, kterou tehdy provizorně
nazval cytochrom.
K spektroskopickým pozorováním používal upravený Zeissův mikroskop, neměl tedy klasický
spektrofotometr známý z pozdější doby. Pokud by ho tehdy býval měl, asi by nedošel ke svému objevu,
snad by zachytil extrahovatelný cytochrom c (názor spolupracovníka E. F. Hartreeho).
Pásy cytochromu označil Keilin jako a, b, c a d, ale povšiml si, že pás d je heterogenní. Na základě
pozorování současných změn v pásech odvodil existenci cytochromů a, b a c, jejichž tzv. α-pásy se
odrážely v pozorovaných pásech a, b a c, zatímco β-pásy v heterogenitě pásu d.
V prvním článku o cytochromu Keilin připomněl předešlou práci MacMunna, který v l. 1884-86 objevil
pigmenty myohematin a histohematin.
70
V době objevu cytochromů se řešily dvě teorie biologické respirace – dehydrogenasová (odnímání
vodíků a jejich přenos na akceptor) a teorie finální oxidasy reagující s kyslíkem (Warburgův
Atmungsferment). Keilin prokázal, že cytochrom je důležitý pro respiraci.
Do experimentů zavedl použití inhibitorů, čímž odkryl jednotlivé části respiračního řetězce. Ukázal, že
cytochromy propojují dehydrogenasy s terminální oxidasou. Tu nazval cytochromoxidasou a potvrdil, že
jde o enzym shodný s dříve popsanou indofenoloxidasou.
Zjistil, že reverzibilní oxidace a redukce cytochromů souvisejí se změnou valence železa v hemové
prostetické skupině.
Následovaly purifikace cytochromů a jiných hemoproteinů se studiem jejich vlastností. Díky podpoře
Rockefellerovy nadace bylo možné pořídit vybavení. Cytochrom c byl získán z kvasinek a srdečního svalu,
ukázalo se, že ho lze redukovat cysteinem či sukcinádehydrogenasovým systémem a oxidovat
cytochromoxidasou. Ta byla ztotožněna s cytochromem a3. Postupně byly objeveny další cytochromy c1 a
e a popsány odlišnosti v respiraci u živočichů a mikroorganismů.
V časopisu Parasitology, kde byl šéfredaktorem, shrnul svůj dvacetiletý výzkum respirace dvoukřídlých v
rozsáhlé práci s 50 obrázky. O práci na pigmentech přednášel s demonstračními experimenty.
Při experimentální práci vždy kladl důraz na srovnávací studie. Nalezl hemoglobin v kvasinkách nebo
kořenových hlízkách bobovitých v přítomnosti symbiontů (Rhizobium). Spolu s E. F. Hartreem objevil
Keilin metodiku spektroskopie v tekutém vzduchu, která za nízkých teplot umožnila získat výraznější
spektra.
Studovali katalasu z jater, zjistil, že její absorpční spektrum je podobné methemoglobinu, objevili
propojení katalasy s oxidačními reakcemi, ve kterých se tvoří peroxid vodíku (urátoxidasa,
glukosaoxidasa), a popsali peroxidační vlastnosti katalasy.
Dalším předmětem výzkumu byla peroxidasa a enzymy obsahující měď, polyfenoloxidasa, lakasa a
hemokuprein. Konečně to byla i karboanhydrasa, v níž byl prokázán zinek jako kofaktor.
Peroxidasa byla izolována z 15 kg křenu, zjistilo se pak, že její absorpční spektrum odpovídá
methemoglobinu; hnědá barva se v přítomnosti peroxidu vodíku měnila na rudou – tvorba komplexu
enzym/substrát.
Lakasa byla izolována v obtížných podmínkách z latexu lakových stromů (Toxicodendron), který mimo
njiné obsahuje toxické a dráždivé fenolové látky.
Čistá lakasa byla zbarvena sytě modře a jako
kofaktor byla v enzymu potvrzena měď oproti dříve předpokládanému manganu.
V karboanhydrase z červených krvinek byl nalezen zinek, jeho obsah je proporční k aktivitě enzymu.
Dalšími studovanými enzymy byly sukcinátdehydrogenasa, oxidasa D-aminokyselin, urikasa,
xanthinoxidasa a glukosaoxidasa (notatin, podle výskytu v plísni Penicillium notatum). V r. 1946 byla
nalezena
prostetická
skupina
glukosaoxidasy
–
FAD
(flavinadenindinukleotid,
tehdy
adeninalloxazindinukleotid).
71
Keilin se také zabýval jevem zvaným anabióza (kryptobióza). Ve vzorcích krve uchovávaných ve sterilních
podmínkách 40 let ve skladu zjistil plazmolýzu krvinek, ale prakticky nezměněnou aktivitu enzymů.
Zabýval se vlivem zmrazení a vysušení na dlouhověkost buněk. Jde tedy o stabilitu organismu v
podmínkách, kdy se metabolismus snižuje na nepostřehnutelnou úroveň s možným návratem k normálu.
Literatura
Hartree E. F. (1963) Obituary notice: David Keilin (1887-1963). Biochem. J. 89: 1-5. DOI:
10.1042/bj0890001
Mann T. (1964) David Keilin. 1887-1963. Biogr. Mems Fell. R. Soc. 10:183-205. DOI:
10.1098/rsbm.1964.0011
Fotografie pochází z webu http://wellcomeimages.org/ a její použití je legální podle licence “Creative
Commons Attribution”.
72
Johan Gustav Christoffer Thorsager Kjeldahl
(*16. 8. 1849 – †18. 7. 1900)
Kjeldahlovo jméno (dánský chemik) je známé pro objev metody stanovení dusíku v organickém materiálu
(1883). Narodil se v Jægerspris na otrově Sjæland, jako syn lékaře. Studoval na katedrální škole v Roskilde
a v roce 1873 ukončil studium na Technické univerzitě. Stal se pak asistentem v chemické laboratoři na
Veterinární a zemědělské univerzitě. Prostřednictvím svého šéfa C. T. Barfoeda se setkal s J. C.
Jacobsenem a získal zaměstnání v Carlsberské laboratoři (1. 5. 1875).
Od 1. 10. 1876 se stal vedoucím Oddělení chemie tamtéž, ve funkci pak setrval téměř 25 let. V roce 1892
se stal profesorem, 1894 získal čestný doktorát kodaňské univerzity a v r. 1898 se stal Rytířem
Dannebrogu. Ke konci života trpěl vyčerpáním a depresemi, léčil se pobyty v jižní Evropě a Norsku,
zemřel náhodně během plavání, zřejmě na mozkovou trombózu.
Kjeldahl přišel na svoji metodu díky studiu metabolismu proteinů během klíčení ječmene a alkoholové
fermentace. Vycházel z prací anglického chemika Jamese Alfreda Wanklyna (1834-1906), který použil k
rozkladu organického materiálu hydroxid draselný a manganistan. Dusík z proteinů se takto uvolňoval ve
formě amoniaku pouze částečně, zatímco amidy a aminy se převáděly kvantitativně.
Kjeldahl použil oxidaci v kyselém prostředí. Nejdříve zkoušel zředěnou kyselinu a nakonec
koncentrovanou H2SO4, zahřívání k bodu varu a oxidaci manganistanem. Zdlouhavé bylo vymyslet
praktické provedení a standardizovat metodu (jodometrické stanovení amoniaku). Metoda umožnila
dokázat, že v proteinech nejsou azoskupiny, nitro- nebo nitrososkupiny.
73
Po zdokonalení metody stanovení dusíku se Kjeldahl již dále metabolismu proteinů nevěnoval s výjimkou
předběžných studií proteolytických enzymů. Zabýval se rozmanitou metodikou, např. stanovením složek
piva a mladiny (extrakt, alkohol, aj.) pro technickou standardizaci. Dostal se i ke studiu enzymů
biosyntézy sacharidů, kvantitativnímu stanovení cukrů ve směsi a extrakci proteinů z ječmene.
Kjeldahlova metoda stanovení dusíku v organických sloučeninách:
rozklad vzorku: vzorek + H2SO4 → (NH4)2SO4(aq) + CO2(g) + SO2(g) + H2O(g)
uvolnění amoniaku: (NH4)2SO4(aq) + 2NaOH → Na2SO4(aq) + 2H2O(l) + 2NH3(g)
záchyt amoniaku: B(OH)3 + H2O + NH3 → NH4+ + B(OH)4–
titrace: B(OH)3 + H2O + Na2CO3 → NaHCO3(aq) + NaB(OH)4(aq) + CO2(g) + H2O
Literatura:
Holter H., Max Møller K., eds. 1976. The Carlsberg Laboratory 1876/1976. Copenhagen: Rhodos
Publishing House, pp. 50-62.
Kjeldahl J (1883) Neue Methode zur Bestimmung des Stickstoffs in organischen Körpern. Zeitschrift für
Analytische Chemie 22: 366–382.
Fotografie pochází z Wikipedie.
74
Arthur Kornberg
(*3. 3. 1918 – †26. 10. 2007)
Arthur Kornberg byl americký biochemik, který v roce 1959 získal Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu,
a to za objev biosyntézy DNA. Byla to cena sdílená, druhým laureátem byl Severo Ochoa (1905-1993).
Narodil se v New Yorku židovským rodičům, imigrantům z Haliče. Jeho otec pracoval jako technik šicích
strojů, později měl obchod s železářstvím, hovořil šesti jazyky. A. Kornberg studoval na střední škole
Abrahama Lincolna v Brooklynu, kterou ukončil v 15 letech, o tři roky dříve než byla běžná doba studia.
Nastoupil pak na prestižní Městskou univerzitu (City College) na Manhattanu. V r. 1937 získal bakalářský
titul (chemie), v době Velké krize pak pro nedostatek míst pokračoval ve studiu medicíny na
Rochesterské univerzitě, které ukončil v r. 1941. Biochemie mu při studiu medicíny připadala nudná a
nezajímavá zejména pro popisný charakter přednášky bez témat jako jsou energetický metabolismus a
úloha makromolekul (např. enzymů). O budoucím zaměstnání ve výzkumu tehdy neuvažoval.
První vědecké publikace dosáhl v r. 1942, kdy se věnoval popisování zvýšeného výskytu bilirubinu, kterým
sám trpěl, i u ostatních studentů (tzv. Gilbertova choroba – dědičná, nižší aktivita UDP75
glukuronyltransferasy). Po počáteční praxi nastoupil do armády jako lodní lékař, díky zmíněné publikaci
však získal místo v Národních ústavech zdraví (NIH), v Laboratoři výživy (Nutrition Laboratory). Laboratoř
založil Joseph Goldberger (1874-1929), původem ze Slovenska, později se přesunula na předměstí
Washingtonu do Bethesdy v Marylandu. Kornbergova práce (1942-1945) zde spočívala v hledání příčiny
krvácení a smrti potkanů krmených potravou obsahující sulfonamidy. Po objevu kyseliny listové se
prokázalo, že likvidace střevních baktérií sulfonamidy (ztrátou jejich schopnosti kyselinu listovou tvořit)
vedla k příčině: deficitu vitamínu K u zvířat. V r. 1943 se oženil, jeho žena Sylvy Kornberg byla
biochemička a spolupracovala s ním později v laboratoři.
Povzbuzen literaturou o enzymech, koenzymech a ATP (Warburg, Meyerhof, Cori, Kalckar, Lipmann)
přešel plně k enzymologii. V r. 1946 pracoval na Lékařské fakultě Newyorské univerzity, školitelem byl
Severo Ochoa, kde se věnoval purifikaci akonitasy ze srdečního svalu. Spektrofotometrické stanovení
aktivity enzymu přitom využívalo spojení s isocitrátdehydrogenasou. U Ochoy rovněž studoval jablečný
enzym, byl i na stáži u manželů Coriových na Washingtonské univerzitě v St. Louis, kde se zabýval
vznikem pyrofosfátu a tvorbou ATP. Po návratu ze stáží se stal vedoucím oddělení enzymů a
metabolismu na NIH (1947-1953). Ve své laboratoři poskytnuté ředitelem Sebrellem pokračoval v práci
na enzymu štěpícím pyrofosfátovou vazbu v koenzymu NAD započaté s Olovem Lindbergem již v St.
Louis. Po obtížích s izolací enzymu z králičích ledvin konečně získal nukleotidpyrofosfatasu z brambor.
Následně prokázal umístění extra fosfátu (oproti NAD) v NADP a potvrdil, že nikotinamidribosafosfát je
možné reakcí s ATP přeměnit na NAD za vzniku pyrofosfátu. Analogicky spoluobjevil tvorbu FAD z
riboflavinfosfátu a ATP a posléze došel k závěrům, že přenos nukleotidylu z nukleosidtrifosfátu je důležitý
pro biosyntézu koenzymů, přičemž je reakce energeticky usnadňována hydrolýzou pyrofosfátu.
V 50. letech 20. století se jeho zájem přesouvá k biosyntéze RNA z nukleotidů. Zabýval se tvorbou
fosfodiesterové vazby ve fosfolipidech. V anaerobní baktérii Zymobacterium oroticum našel metabolity
orotové
kyseliny – dihydroorotovou kyselinu a karbamoylaspartát. Později prokázal tvorbu
fosforibosyldifosfátu (enzym PRPP synthetasa), orotidin-5-fosfátu a konečně UMP s použitím jaterního a
kvasinkového extraktu, orotátu, ATP a ribosa-5-fosfátu. Pochopil existenci de novo a recyklačních drah V
l. 1953-1959 byl profesorem a vedoucím Katedry mikrobiologie na Washingtonské univerzitě v St. Louis.
V Kornbergově laboratoři se od pol. 50. let 20 stol. používala pro studium enzymů baktérie Escherichia
coli. Studie probíhaly s 14C-značenými bázemi a nukleotidy. V té době Severo Ochoa a Marianne
Grunberg-Manago (1921-2013) bjevili polynukleotidfosforylasu. V l. 1956-1957 začal Kornberg se
spolupracovníky zkoumat biosyntézu DNA (inkorporace značeného dT, dTMP a dTTP), přelomové bylo
pochopení skutečnosti, že DNA-polymerasa vyžaduje molekulu DNA jako templát (díky znalosti pokusů
Coriových s glykogenfosforylasou).
Od r. 1959 vykonával Kornberg funkci profesora a výkonného vedoucího Katedry biochemie na Lékařské
fakultě Stanfordovy univerzity v Kalifornii (Palo Alto). Prvně popsaná DNA-polymerasa (později označená
číslicí I) byla purifikována a ukázalo se, že produkt její reakce odráží složení bází v templátu (1961). Tehdy
byla prokázána opačná polarita řetězců v dvojitém helixu DNA. Když byla objevena ligasa (1967) bylo
možné s DNA-polymerasou I připravit cirkulární jednořetězcovou fágovou DNA, která měla biologické
vlastnosti – byla infekční. To byl převratný experiment pro vývoj molekulární biologie a genového
inženýrství. DNA-polymerasa I tvoří řetězec DNA ve směru 5’  3’. Brzy však tým zjistil, že volný 3’-konec
76
je v nepřítomnosti nukleotidových stavebních kamenů stejným enzymem odbouráván. Syntézou
duplexové DNA s chybným párováním na 3’ konci se potvrdila opravná aktivita („proofreading“),
pravděpodobnost chyby byla 1:107 (1972). Později prokázali nukleasové působení enzymu i na 5’-konec.
V l. 1970-1972 pak byly objeveny i DNA-polymerasy II a III (klíčovým objevitelem byl Kornbergův syn
Tom), z nichž DNA-polymerasa III byla hledaným replikačním enzymem. Nedařilo se prokázat, že DNApolymerasa I je schopná nastartovat syntézu nového řetězce sama o sobě, potřebovala k tomu povařený
extrakt E. coli. V r. 1968 Okazaki zjistil, že replikace nezačíná na jednom místě chromozómu, ale
opakovaně na více místech.
Otázky průběhu replikace (hlavně jejího zahájení – tzv. primingu) se vyřešily díky fágové DNA (vláknitý fág
M13). Primerem je krátký úsek RNA, který syntetizuje RNA-polymerasa. Inhibicí RNA-polymerasy
rifampicinem se replikace kruhové DNA z M13 zastavila. Problém vyvstal u fága φX174, kde replikace
nebyla inhibována rifampicinem. Vodítko přišlo s nalezením enzymu primasy pro replikaci DNA fága G4.
Od poloviny 70. let pak byly vysvětlovány komponenty tzv. primosomu fága φX174, kde helikasa rozevírá
replikační vidličku a umožňuje navázání DNA-polymerasy III-holoenzymu. Při snaze získat bezbuněčný
aparát pro iniciaci replikace chromozómu baktérie E. coli se využilo dvou triků: 1) přídavek PEG vedl k
„zakoncentrování“ proteinů a DNA, 2) frakcionace síranem amonným pak umožnila získat požadované
proteiny oddělením inhibitorů.
Arthur Kornberg se na sklonku profesního života rovněž zabýval bakteriálními sporami, zejména s
ohledem na infekční nemoci (anthrax, botulismus, tetanus). Byl k tomu stimulován případem náhlého
úmrtí své matky při banální operaci v r. 1939 (plynatá sněť, původce Clostridium perfringens).
Literatura:
Kornberg A (1989) Never a dull
10.1146/annurev.bi.58.070189.000245
enzyme.
Annu.
Rev.
Biochem.
58:
1-30.
DOI:
Lehman RI (2012) Arthur Kornberg. 3 March 1918-26 October 2007. Biogr. Mems Fell. R. Soc. 58: 151161. DOI: 10.1098/rsbm.2012.0032
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
77
Daniel Edward Koshland Jr.
(*30. 3. 1920 – †23. 7. 2007)
Koshland byl americký biochemik. Působil na Kalifornské univerzitě v Berkeley (UCB), byl dlouholetým
editorem časopisu Science.
Pocházel z židovské rodiny, jeho otec Daniel E. Koshland Sr. byl obchodníkem a v l. 1955-58 vysokým
manažerem ve firmě Levi Strauss & Co.
Po střední škole studoval chemii na UCB, jeho učitel Wendell Mitchell Latimer (1893-1955) byl
zpochybněným obje-vitelem tritia v r. 1933. Chemickou fakultu tehdy vedl Gilbert Newton Lewis (18751946), který postuloval valenční teorii a teorii acidobazických reakcí. Poté, co Koshland Jr. získal
bakalářský titul, byl ve válečných letech odmítnut v námořnictvu.
Na přímluvu Latimera byl přijat ke spolupráci na Projektu Manhattan. Pracoval v týmu Glenna Theodora
Seaborga (1912-1999) na Chicagské univerzitě. Podílel se na izolaci a charakterizaci chemických
vlastností plutonia (1941-1946).
Po válce se rozhodl dokončit studium, což proběhlo na univerzitě v Chicagu. Pracoval u Franka Henryho
Westheimera (1912-2007), předmětem bylo aplikování chemických postupů pro studium biologické
problematiky. S použitím izotopu 14C se studovala glykolýza, značená glukosa se připravovala reakcí
arabinosy s H14CN. Zde také získal Ph.D. v oboru organická chemie (1949). Na katedře chemie působili v
té době i nobelisté Harold Clayton Urey (1893-1981) objevitel deuteria (1934) a původce teorií o vzniku
života na zemi nebo Willard („Bill“) Frank Libby (1908-1980), který přispěl k objevu radiokarbonové
metody datování (1949), či Henry Taube (1915-2005), anorganik, který studoval mechanismy přenosu
elektronů v komplexech kovů.
78
Postdok pobyt vykonal na Harvardu u Paula Doughty Bartletta (1907-1997). Získaval zde zkušenosti v
oblasti mechanismů enzymových reakcí a krystalizace enzymů, spolupracoval s nobelistou Fritzem
Albertem Lipmannem (1899-1986). Zaměstnání získal v Národní laboratoři v Brookhavenu na Long
Islandu, kde pracoval do r. 1964.
Na Brookhavenu se Koshland zabýval enzymy a jejich stereochemií. Zde v r. 1958 publikoval svou teorii
indukovaného přizpůsobení enzymů, práce se objevila v časopisu PNAS. Bylo postulováno, že enzymová
molekula musí být flexibilní a substráty nebo aktivátory svoji vazbou mohou indukovat novou strukturu
proteinu.
Nová teorie šla proti teorii zámku a klíče Emila Fischera (1852-1919) z roku 1894 a trvalo dlouho, než
byla přijata. Bylo k tomu třeba mnoho experimentů, zejména krystalografických (jeden recenzent např.
psal, že „Fischerova stoletá teorie nemůže být překonána spekulacemi vědeckého embrya“). Finální
potvrzení vzešlo až z prací krystalografů Williama Nunna Lipscomba Jr. (1919-2011), později nositele
Nobelovy ceny za chemii v r. 1976 za struktury boranů, a Thomase Artura Steitze (*1940), později
nositele Nobelovy ceny za chemii v roce 2009 za strukturu podjednotky ribosomu 50S, kteří analyzovali
struktury enzymů karboxypeptidasy A aspartáttranskarbamoylasy v přítomnosti ligandů. V roce např.
1967 publikovali v časopisu PNAS strukturní změny u karboxypeptidasy v komplexu s glycyl-L-tyrosinem.
Problematika svalové kontrakce byla studována s pomocí H218O a svalů humra. V reakci ATPasy
nedocházelo k zabudování 18O do ADP, pouze do odštěpeného fosfátu (1953). Koshland učil na
Rockefellerově univerzitě.
V 80. - 90. letech se Koshlandův tým na UCB, kam předtím přešel z Brookhavenu, zabýval fosforylací
proteinů u baktérií. Objevili první bakteriální fosfoprotein isocitrátdehydrogenasu (1982) – fosforylace
zde vede k inaktivaci; dále prokázali, že náhrada serinu za negativně nabitý zbytek aspartátu
mutagenezí má stejný efekt jako fosforylace serinu tohoto enzymu (1987). Ukázali také, že regulaci
chemotaxe baktérie Escherichia coli zprostředkovává protein CheY, který se reverzibilně fosforyluje na
Asp zbytku a má funkci fosfatasy (1989).
Kromě přednášení a experimentování na UCB Koshland od r. 1984 působil 9 let jako editor časopisu
Science. Jeho první manželkou byla imunoložka Marian Elliott Koshland (1921-1997), která se zabývala
specifičností protilátek.
Literatura:
Koshland DE Jr (1996) How to get paid for having fun. Annu. Rev. Biochem 65: 1-13.
Fotografie pochází z Wikipedie, fotograf Robert Holmgren, 1991.
79
Josef Václav Koštíř
(* 25. 3. 1907 - † 26. 8. 2000)
Prof. J. V. Koštíř je považován za zakladatele biochemie v Československu, učil několik generací českých a
slovenských biochemiků. Působil jako dlouholetý vedoucí Katedry biochemie PřF UK (1952-1971). Byl
autorem a spoluautorem celé řady vědeckých publikací stejně jako učebnic a příruček: „Chemie a fysika
živých soustav“ (1965), „Biochemie“ (1960, 1974) nebo „Biochemie známá i neznámá“ (1980).
Pocházel z Hronětic, absolvoval reálné gymnázium v Nymburce. Od r. 1926 studoval na VŠCHTI. Po
promoci přešel na PřF UK (nabídka od prof. Jindřicha Křepelky), kde v r. 1930 získal doktorát (pod
vedením doc. Františka Baleše). Krátce působil jako učitel na gymnáziu v Levoči. Na přelomu 1934/35 se
vrátil do Prahy, učil na střední škole a pracoval na Chemickém ústavu PřF UK. Za okupace se s Karlem
Šilinkem (1903-1973) věnoval biochemii hormonů a ke konci války přešel do farmaceutické firmy „B.
Fragner“, kde izoloval a analyzoval léčiva z přírodních zdrojů. Spolu s dalšími spolupracovníky se mu v r.
1944 podařilo adsorpční chromatografií izolovat první penicilin u nás, nazvaný „mykoin BF 510“.
Rodina Fragnerů se do české historie zapsala hned v několika oborech – v literatuře, architektuře i
podnikání. Nejvýznamnější však bylo založení továrny na výrobu léků v Dolních Měcholupech, která se
stala základem pozdějších společností Léčiva a Zentiva.Tradice lékaren v českých zemích sahá do 13. stol.
Za zakladatele farmaceutické výroby v českých zemích je považován lékárník Benjamin Fragner (18241886), který v roce 1857 koupil lékárnu na Malostranském náměstí (U Černého orla). Výroba úspěšné
Pražské domácí masti vedla k stavebnímu rozšíření lékárny (Karel Fragner, 1861-1886), mezi další
výrobky patřil Balsam Dr. Rosy, sirupy proti kašli Sibrumin a Thymomel, které vydržely na trhu desítky let
(Thymomel se vyrábí dodnes). Ve 20. letech 20. stol. byla výroba již tak rozsáhlá, že bylo třeba ji
přestěhovat do továrny. Plány pro stavbu v Dolních Měcholupech vypracovali architekt Jaroslav Fragner
(1898-1967) a lékárník Jiří Fragner (1900-1977), synové Karla Fragnera. Výroba zde začala v r. 1929,
80
postupně se vyrábělo až 100 preprátů, nejen léčiva, ale i chemikálie. V r. 1946 byla továrna znárodněna Spojené farmaceutické závody (Spofa), v r. 1958 z ní vznikl podnik Léčiva., v r. 1993 vznikla akciová spol.,,
2003 se spojila se Slovakofarmou, nyní Zentiva.
V r. 1945 se Josef Koštíř stal vedoucím chemikem nově vzniklého podniku Spofa, kde vybudoval
biochemické a analytické oddělení Výzkumného a kontrolního ústavu. Po znovuotevření vysokých škol v
témže roce začal přednášet na PřF UK. Nejplodnější bylo jeho poválečné období, kdy působil na Ústavu
organické chemie PřF UK nejdříve jako asistent a pak v r. 1946 jako docent (habilitoval se v oboru
organická chemie a biochemie).
V r. 1948 byly biochemické výzkumné laboratoře podniku Spofa dočasně umístěny na chemickém ústavu
PřF UK. Výzkum v těchto laboratořích byl zaměřen především na praktické problémy (aminokyseliny,
antibiotika, vitamin B12, kreatinin, rostlinné fluorescenční pigmenty, chromatografie hydrofobních
látek, sirné sloučeniny, rostlinné kyseliny, alkaloidy atd.).
V r. 1951 bylo zřízeno oddělení pro biochemii (v rámci Ústavu organické chemie). Zavedl výuku
biochemie a v r. 1952 se mu po usilovné organizační a odborné činnosti podařilo zřídit katedru
biochemie na PřF UK, což byla první katedra biochemie v celém Československu. Dva roky poté se stal
prvním profesorem biochemie u nás.
Ve svém životě se osobně setkal s řadou nositelů Nobelovy ceny (J. Heyrovský, F. Sanger, V. Prelog, L.
Ruzicka). Publikace prof. Koštíře z 50. let 20. stol. se věnují zejména použití chromatografických metod
pro izolaci nízkomolekulárních látek (kreatinin, ergotamin), alkaloidům a glykosidům. V 60. a 70. letech se
pak se spoluautory zabýval izolací rostlinných lektinů (fytohemaglutininy) např. z hrachu, čočky a fazole
Canavalia a studoval jejich biochemické vlastnosti. Prof. Koštíř odešel na odpočinek v r. 1973
Literatura:
Koštíř J (2000) Má setkání s nobelisty. Vesmír 79: 573.
https://www.natur.cuni.cz/chemie/informace-o-sekci/vyznamne-osobnosti-1/josef-vaclav-kostir (včetně
fotografie).
Článek “Fragnerova mast, na bolesti past”, ekonomický týdeník Euro, 14.1.2011.
Sborník k 60. výročí Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, 1980, str. 122-123.
81
Léčiva B.F. - továrna lučebnin a léčiv, Praha-Dolní Měcholupy, I. etapa – 1930. Fotografie pochází z
Wikipedie
82
Edwin Gerhard Krebs
(*6. 6. 1918 – †21. 12. 2009)
E. Krebs byl americký biochemik, nositel Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu v r. 1992 (spolu s
Edmondem H. Fischerem) pro objasnění reverzibilní fosforylace proteinů jako regulačního nástroje
buněčných procesů. Pocházel z Iowy, byl potomkem německých imigrantů. Jeho otec byl
presbyteriánským pastorem. V dětství rád četl knihy o občanské válce, základní školu a část střední školy
navštěvoval v Greenville, Illinois. Po smrti otce se rodina přestěhovala do Urbany, kde je Illinoiská
univerzita. Oba jeho bratři tam studovali chemii. Od r. 1936 se zapsal na zmíněné univerzitě, kde
zpočátku volil předměty s přípravou na další studium chemie či medicíny. Již na úrovni bakaláře pracoval
experimentálně v organické laboratoři a byl spoluautorem publikací. Následně započal díky stipendiu se
studiem medicíny na Lékařské fakultě Washingtonovy univerzity v St. Louis, kde se na seminářích
seznámil s manžely Coriovými, Ardou Greenovou a Sidney Collowickem (1916-1985).
Získal zde znalosti z teoretické i praktické medicíny, ale i z oblasti medicínského výzkumu. Školu ukončil v
r. 1943 a byl pak na stáži v Barnesově nemocnici v St. Louis. Po válce sloužil v námořnictvu, byl lékařským
důstojníkem na lodi. Po propuštění z armády v r. 1946 se chtěl stát internistou na univerzitě, nicméně se
rozhodl studovat biochemii a byl postdokem u Coriových. Prováděl kontrolu čistoty krystalických
preparátů glyceraldehyd-3-fosfáttedehydrogenasy a triosafosfátdehydrogenasy (TPD), porovnával
vlastnosti svalové a kvasinkové TPD či sledoval vliv protaminu na aktivitu svalovou fosforylasu a a b.
Laboratoř byla tehdy vybavena spektrofotometrem Beckman, kolorimetrem, pH metry, centrifugou a
Tisseliovým aparátem pro elektroforézu.
V r. 1948 získal místo odborného asistenta na Katedře biochemie nově zřízené Lékařské fakulty
Washingtonské univerzity v Seattlu. Od r. 1950 zde byl prvním vedoucím katedry Hans Neurath (19092002). Prvním projektem byla práce na enzymu TPD a inhibici glykolýzy katalyzované enzymy
83
kvasinkového extraktu protilátkami proti TPD. V r. 1953 přišel na katedru Edmond H. Fischer (nar. 1920).
Spolupracovali poté na enzymologickém výzkumu glykogenfosforylasy, přičemž se zájem soustředil na
konverzi enzymzu mezi formami a/b. Na základě náhodně zjistěného rozdílu ve staré a nové metodice
přípravy fosforylasy (centrifugace svalového extraktu na rozdíl od dříve používané filtrace) vedla k objevu
fosforylasakinasy, která s využitím ATP fosforylovala formu b na formu a. Zjistili též, že kinasa potřebuje
ke své aktivitě Ca2+ ionty (byly z filtračního papíru) a aktivaci Ca(II)-dependentní proteasou, kalpainem.
Dále bylo zjištěno, že defosforylaci katalyzuje fosfatasa. Revezibilní fosforylace byla tímto prokázána
jako mechanismus regulace funkce proteinů.
Ve stejné době pracoval Earl Wilbur Sutherland Jr. (1915-1974) na Washingtonově Univerzitě v St. Louis
později na univerzitě Case Western Reserve v Clevelandu, Ohio, na zkoumání vlastností
glykogenfosforylasy z jater. Spolu s ostatními objevil cAMP jako teplotně stabilní faktor, který slouží jako
druhý posel pro adrenalin a glukagon při aktivaci glykogenfosforylasy. E. Krebs a E. Fischer ukázali stejné
schéma v králičím svalu a potvrdili, že cAMP učinkuje ve smyslu fosforylační aktivace fosforylasakinasy.
Trvalo několik let, než byl vysvětlen mechanismus zahrnující další enzym cAMP-dependentní
proteinkinasu (PKA). Ukázalo se, že tento enzym fosforyluje i jiné proteiny, proto je jeho název obecný.
Předpokládalo se sice nejdříve, že regulace prostřednictvím fosforylace proteinů je omezena na
metabolismus glykogenu, práce z konce 60. let a počátku 70. let 20. století pak potvrdily obecnou
platnost.
V r. 1968 odešel E. Krebs na Kalifornskou univerzitu v Davisu, kde se stal vedoucím katedry biochemie
na lékařské fakultě. V pokračujícím výzkumu PKA bylo zjištěno, že působí i na lipasu, skládá se z
katalytických (C) a regulačních (R) podjednotek, vlivem cAMP dochází k jejich disociaci. Vypracován byl
mj. také protokol pro purifikaci glykogensynthasy.
V r. 1976 se E. Krebs vrátil do Seattlu jako vedoucí tamní katedry farmakologie. Spolupráce s Kennethem
Walshem a Koiti Titanim z Katedry biochemie Lékařské fakulty WU se týkala analýzy primární struktury
PKA a dalších kinas. Vazebné studie využívaly afinitního značení Na konci 70. let přišly z jiných laboratoří
převratné objevy týkající se fosforylace a defosforylace proteinů, mj. že fosforylován může být nejenom
serin či threonin, ale i tyrosin. Potvrzeny byly různé proteintyrosinkinasy (PTK). Takovou kinasou je i
insulinový receptor. Předmětem zájmu se stalo také propojení tyrosinové fosforylace s fosforylací serinu
a threoninu. Byla objevena MAPK kaskáda. Dalším studovaným enzymem byla kaseinkinasa 2 (CK2)
fosforylující více než 100 substrátů. Bylo zjištěno, že glykogensynthasakinasa 3 může fosforylovat určitý
substrát insulinového receptoru a tím z něj učinit inhibitor.Jiným předmětem výzkumu byla apoptóza a
role fosforylací v jejím průběhu, např. proteolytická aktivace proteinkinas.
Literatura:
Krebs EG (1998) An accidental
10.1146/annurev.biochem.67.1.0
biochemist.
Fotografie pochází z Wikipedie.
84
Annu.
Rev.
Biochem.
67:
xiii–xxxii.
DOI:
Hans Adolf Krebs
(*25. 8. 1900 – †22. 11. 1981)
Britský biochemik H. A. Krebs v r. 1953 získal Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu spolu s Fritzem
Lipmannem. Je znám pro nalezení dvou metabolických drah, močovinového cyklu a citrátového cyklu.
Krebs byl německého/židovského původu. Narodil se v Hildesheimu u Hannoveru. Jeho otec byl chirurg.
Studoval medicínu, nejdříve 1918-1919 na univerzitě v Gotinkách (Göttingenu), kde byl jeho učitelem
Adolf Windaus (1876-1959), pozdější nositel Nobelovy ceny za medicínu (1928) za práci na struktuře
cholesterolu. Přešel pak na univerzitu ve Freiburku, kde se setkal s Georgem Franzem Knoopem (18751946), objevitelem dráhy beta-oxidace MK. Zde publikoval první článek. Po pobytu v Mnichově a na třetí
lékařské klinice univerzity v Berlíně získal Ph.D. na univerzitě v Hamburku (1925). Od r. 1926 byl
asistentem u Otto Heinricha Warburga (1883-1970) na Fyziologickém ústavu císaře Viléma v BerlíněDahlemu. Zde se naučil techniku manometrického měření, která byla důležitá pro jeho pozdější objevy.
Do r. 1930 zde publikoval 16 prací.
Krátce pak pracoval v Městské nemocnici v Altoně, odkud se vrátil na lékařskou kliniku při univerzitě ve
Freiburku. S Kurtem Henseleitem zde objevil v r. 1932 močovinový cyklus. Po nástupu Hitlera k moci v
Německu byl v červnu 1933 zbaven pozice a nucen jako Žid emigrovat do Anglie, kde přijal pozvání Sira
Fredericka Gowlanda Hopkinse (1861-1947) do Cambridge, kde měl do r. 1934 Rockefellerovo
85
stipendium. Tehdy se stal asistentem pro biochemii na univerzitě v Cambridgi. V r. 1935 odešel na
farmakologii do Sheffieldu.
Zde ve dvou letech podnikl s W. A. Johnsonem experimentální práci, která se stala podkladem objevu
citrátového cyklu v r. 1937. Jeho článek byl v časopise Nature odmítnut! K publikování došlo ve
specializovanějším časopise Enzymologia. V r. 1945 se v Sheffieldu Krebs stal profesorem Biochemie, v r.
1947 získal členství v Královské společnosti.
V r. 1954 odešel na místo profesora biochemie na univerzitu do Oxfordu. Stal se členem Koleje sv.
Trojice. Problémy s umístěním laboratoře byly překonány v r. 1963 vybudováním nové budovy pro
katedru biochemie. Spolu s H. L. Kornbergem (*1928) zde objevil glyoxalátový cyklus, publikováno v
Nature v r. 1957. Krátce poté byl v r. 1958 povýšen do rytířského stavu za jeho příspěvek k
biomedicínskému výzkumu. V r. 1967 odešel na odpočinek, ale dostal finance na pokračování své
laboratoře (Laboratoř výzkumu metabolismu, MRL) v rámci Radcliffeovy nemocnice. H. Krebs si užíval
laboratorní práce bez administrativy spojené s katedrou biochemie. V období 1967-1981 publikoval více
než 100 vědeckých prací. Jeho syn John Krebs je zoologem a představeným Ježíšovy koleje v Oxfordu
Literatura:
Roth K (2008) Sir Hans Adolf Krebs (1900-1981). Chemkon 15: 176-180. DOI: 10.1002/ckon.200810080
Stubbs M, Gibbons G (2000) Hans Adolf Krebs (1900-1981)…his life and times. IUBMB Life 50: 163-166.
DOI: 10.1080/152165400300001462
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
86
Moses Kunitz
(*19. 12. 1887- † 20. 4. 1978)
M. Kunitz izoloval a krystaloval několik enzymů a jejich prekurzorů. Přispěl k potvrzení skutečnosti, že
enzymy jsou svojí povahou proteiny. Krystalizací RNasy a DNasy přispěl ke znalostem funkce RNA a DNA.
Narodil se v městě Slonim (nyní v Bělorusku) odkud odešel do USA, v r. 1909 se usadil v New Yorku.
Studoval na Cooper Union School of Chemistry, v r. 1916 získal bakalářský titul. Pokračoval v oboru
elektrické inženýrství, v r. 1919 nastoupil na Kolumbijskou univerzitu (1922 magisterské studium, 1924
Ph.D.).Pokročilá studia absolvoval při zaměstnání (večerní kurzy), neboť pracoval jako asistent u Jacquesa
Loeba (1859-1974) na Rockefellerově ústavu pro lékařský výzkum.
Po Loebově smrti nastoupil na vedoucí místo v r. 1924 John Howard Northrop (1891-1987), který
požádal Kunitze o pokračování v práci na viskozitě, botnání a vlivu solí na vlastnosti proteinů. Spolupráce
Kunitz – Northrop trvala více než 30 let.
V r. 1926 odešel s Northropem do pobočky Rockefellerova ústavu v Princetonu, kde se rozvinul výzkum
proteolytických enzymů. Northrop se věnoval pepsinu a Kunitz trypsinu, tyto proteiny už tehdy byly
dostupné komerčně. Krystaly trypsinu byly získány v r. 1931, ale po náročné a únavné proceduře. V r.
1933 navrhl Kunitz nový postup.
Trypsinogen z pankreatické šťávy byl stabilní ve studené zředěné H2SO4. Takto bylo možné extrahovat
nejen trypsinogen, ale i jiné enzymy. Během frakcionačních experimentů objevil novou proteasu a její
proteasu. Pro schopnost srážet mléko nazval Kunitz prekurzor jménem chymotrypsinogen a proteasu
pak chymotrypsin.
Kunitzovi se podařilo krystalovat zymogeny a posléze i aktivní enzymy. Zjistil, že konverze trypsinogenu
na trypsin je autokatalytická, přeměna chymotrypsinogenu na chymotrypsin pak stejně tak probíhá
působením trypsinu.
Během skladování čistého chymotrypsinu (α-chymotrypsin) si povšiml toho, že vznikají aktivní
autolytické produkty, které pojmenoval β- a γ-trypsin.
Zajímavé bylo náhodné zjištění, že trypsinogen skladovaný v roztoku kyseliny chlorovodíkové se proti
očekávání aktivoval. Kunitz v zásobní láhvi HCl objevil jako nečistotu plíseň, která produkovala proteasu
štěpící trypsinogen. Plíseň vyizoloval, napěstoval a z ní získal tuto proteasu, která mu umožnila přípravu
kvalitnějšího trypsinu z trypsinogenu.
Dalšími krystalovanými proteiny byly inhibitory trypsinu z pankreatu a ze sóje. Nalezením inhibitoru v
pankreatu byla zodpovězena otázka, proč je tam trypsinogen inaktivní, když pH je optimální pro aktivaci.
Studoval i proces interakce s inhibitory.
87
V l. 1939-40 Kunitz izoloval RNasu z pankreatu. Zjistil, že tento protein je extrémně stabilní a vydrží
aktivní i po povaření. Později následovala purifikace DNasy. Malá množství toho enzymu rozkládala DNA
izolovanou z pneumokoků (transformační princip – pokus Averyho, MacLeoda a McCarthyho), což vedlo
k potvrzení DNA jako nositelky dědičné informace.
Kunitz také před válkou krystaloval hexokinasu a tři další enzymy.
Pro krystalizaci proteinů měl velký talent a kompetenci, jiné oddělení RÚ vyvíjelo snahu krystalovat jistý
rostlinný protein (v zájmu US Ministerstva obrany), ale neúspěšně. Vzorek byl zaslán Kunitzovi s žádostí o
pomoc s krystalizací. Obdržel protein odpoledne, rozpustil ve vodě, rozdělil na alikvoty a ve zkumavkách
přidal postupně rostoucí množství zředěné HCl. V jedné z prostředních zkumavek se objevil precipitát. Do
druhého dne protein v lednici vykrystaloval.
Po návratu do New Yorku a změně statutu Rockefellerova ústavu na univerzitu se stal emeritním
profesorem. Jak o něm řekl jeho nadřízený J. H. Northrop, byl nápaditým a trpělivým výzkumníkem s
teoretickými znalostmi a technickým nadáním. Byl schopen vyřešit každý problém, kterému se v
laboratoři věnoval.
Literatura:
Herriott RM (1989) Moses Kunitz. 1887-1978. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 58: 304-317.
88
Joshua Lederberg
(*23. 5. 1925 - †2. 2. 2008)
Josh Lederberg by americký biochemik a genetik známý pro práci v oblasti mikrobiální genetiky, umělé
inteligence, byl spolupracovníkem vesmírného programu NASA. Bylo mu pouhých 33 let, když v r. 1958
získal Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu za objevy v souvislosti s rekombinací a organizací
genetického materiálu baktérií. Cenu tehdy dostali i G. W. Beadle a E. L. Tatum (taktéž genetika).
Byl židovského původu. Narodil se v New Jersey, jeho otec byl ortodoxním rabínem. Krátce se po
narození se rodiče přestěhovali do New Yorku. Měl dva mladší bratry. Předpokládalo se, že bude
rabínem. Už na základní škole ale četl knihu Introduction to Physiological Chemistry a trávil čas v
knihovně. V r. 1938 nastoupil na Stuyvesantovu střední školu v New Yorku s přípravou na vědu,
techniku, inženýrství a matematiku.
V r. 1941 nastoupil na Kolumbijskou univerzitu (v 16 letech!) ke studiu zoologie, a to se zkušenostmi z
prázdninové výzkumné práce (American Institute Science Laboratory). Jeho mentorem se stal Francis J.
Ryan, který jako postdok pracoval na Stanfordu u genetiků George Wells Beadleho (1903-1989) a
Edwarda Lawrie Tatuma (1909-1975), kteří se zabývali mutagenezí plísně Neurospora crassa
rentgenovými paprsky a sledováním změn v metabolismu daných specifickými enzymy; odtud vzešla
teorie „jeden gen, jeden enzym“. Předmětem experimentální práce Lederberga v laboratoři byla stejná
plíseň, Ryan ho učil provádět biochemické a genetické experimenty, psát záznamy o výsledcích. Od r.
1943 plnil vojenskou službu v nemocnici US námořnictva St. Albans na Long Islandu a pokračoval ve
studiích. V nemocnici analyzoval vzorky krve a stolice námořníků z Tichomoří kvůli parazitům (malárie).
V r. 1944 získal bakalářský titul a přešel na Fakultu lékařství a chirurgie
89
Jeden gen – jeden enzym: myšlenka, že geny fungují prostřednictvím enzymů. Odvozena byla z výsledků
experimentů s plísní Neurospora crassa, což je považováno za první významný výsledek molekulární
biologie (1941). Záhy se přišlo na to, že jde o velké zjednodušení skutečného stavu, upravená formulace
je „jeden gen – jeden polypeptid“, ale ani ta nevyjadřuje skutečné vztahy mezi geny a proteiny. Beadle
začal s výzkumy na drozofile (oční pigmenty) v 30. letech. Pokusy s N. crassa využívaly rentgenového
záření a selekce metabolických mutantů na různých médiích, předpokládalo se, že je ovlivněna jedna
metabolická dráha (chybějící AK či vitamín).
Inspirován pokusem Averyho, MacLeoda a McCartyho (1944), který potvrzoval molekulu DNA jako
nositele dědičné informace při transformaci pneumokoků prováděl transformaci Neurospora crassa.
Mutant, se kterým pracoval, však nevykazoval stabilní transformaci. Práce se přesunuly k využití baktérie
Escherichia coli, připravoval nutriční mutanty, sledoval rekombinaci a zabýval se sexuálním cyklem
baktérií (výměna gen. Informace při kontaktu buněk). Uvědomil si, že by potřeboval alespoň dvojité
nutriční mutanty, aby bylo možné jasně interpretovat výsledky zvratů mutací.
V r. 1945 přešel Tatum na Yaleovu univerzitu do New Havenu a měl k dispozici dvojité mutanty
Escherichia coli K-12. V l. 1946-1947 přijal Lederberga k provedení potřebných experimentů. Lederberg a
Tatum ukázali, že E. coli může sdílet genetickou informaci cestou konjugace. V r. 1946 se Lederberg
oženil s Tatumovou a Beadleho studentkou (Esther M. Zimmer) a v r. 1947 získal na Yaleově univerzitě
titul Ph.D. Místo návratu na Kolumbijskou univerzitu a získání MD se Lederberg rozhodl přijmout místo
odborného asistenta na Katedře genetiky na Fakultě zemědělství Wisconsinské univerzity v Madisonu.
Zde pracoval se svou ženou a studentem Nortonem Zinderem. V r. 1951 Lederberg a Zinder ukázali, že
genetický materiál může být přenesen z jedné bakteriální buňky Salmonella typhimurium do druhé
pomocí viru (fágu P22) jako prostředníka. Tento proces se nazývá transdukce. Rozdíl oproti konjugaci je,
že není nutný kontakt buněk a oproti transformaci není přenášena isolovaná DNA.
V r. 1956 M. Laurance Morse, Esther Lederberg a Joshua Lederberg objevili specializovanou transdukci u
baktérie E. coli K-12. DNA fága lambda se inkorporuje do bakteriálního chromozómu poblíž genů pro
metabolismus galaktosy. Přenášet pak může pouze geny umístěné poblíž tohoto místa. Objevy
transdukce vysvětlily možnost získání antibiotikové rezistence.
Lederbergovi s L. L. Cavallim objevili též infekční fertilitní faktor F (plazmid) u E. coli K-12, což byl jeden
ze zásadních objevů molekulární genetiky. Vyvinuli chromogenní substrát pro měření aktivity βgalaktosidasy, což usnadnilo analýzu lac operonu. Potvrdili také při přenosu bakteriálních mutantů
otiskem, že mutace se nemusí objevovat v důsledku odezvy na selektivní podmínky, ale může vznikat i
bez nich. To už ostatně v r. 1943 naznačil Luria-Delbrückův experiment.
V r. 1957 byli Lederbergovi na pobytu v Austrálii, kde svými experimenty ukázali, že protilátky se tvoří v
klonech lymfocytů (jedna protilátka proti jednomu antigenu). V souvislosti s vypuštěním Sputniku se
zabýval Lederberg problematikou mimozemského života (exobiologie). V souvislosti s možným
zavlečením mikroorganismů na jiné planety či Měsíc a naopak zdůrazňoval důležitost vypracování
experimentů pro důkaz mimozemského života a prosadil v NASA sterilizaci a karanténu kosmických lodí.
90
V r. 1957 založil na Wisconsinské univerzitě katedru lékařské genetiky.
Po obdržení Nobelovy ceny (prosinec 1958) působil od ledna 1959 na lékařské fakultě Stanfordovy
univerzity (katedra genetiky). Do Stanfordu tehdy přešel i Arthur Kornberg (1918-2007, vedl tam katedru
biochemie), krátce poté dostal Nobelovu cenu. Tyto dvě osobnosti přispěli k vedoucí úloze fakulty v
biomedicínském výzkumu. Na genetiku do Stanfordu Lederberg přizval např. Leonarda A. Herzenberga (v
r. 1970 vyvinul metodiku třídění buněk FACS) nebo Luigiho Lucu Cavalliho-Sforzu (od r. 1970 profesor na
Stanfordu). Na Stanfordu se Lederberg dále zabýval bakteriální genetikou, zejména DNA transformací u
baktérie Bacillus subtilis.
Spolu s fyzikem Elliotem Levinthalem od r. 1960 rozvíjel přístrojovou laboratoř podporovanou NASA, kde
se pak řešila zadání v souvislosti s detekcí známek biologické aktivity na Marsu (sondy Viking, 1975). V
návaznosti na práci pro NASA se vzdělával v oblasti výpočetní techniky. V 60. letech napsal svůj
počítačový program DENDRAL pro výpočet chemických struktur z hmotnostních spekter. S financemi od
NIH vybudoval počítačové zázemí pro medicínský výzkum.
V r. 1966 se rozvedl s první ženou a v r. 1968 se znovu oženil s lékařkou Marguerite Stein Kirsch.
V článku z r. 1978 sepsal úvahy o významu elektronické komunikace pro vědu, přístupu k vědecké
literatuře a databázím. V r. 1978 odešel Lederberg ze Stanfordu, protože se stal prezidentem
Rockefellerovy univerzity v New Yorku, funkci vykonával 12 let. Po odchodu na odpočinek založil
genetickou laboratoř a vrátil se k výzkumu.
Během své kariéry se zabýval též veřejným vystupováním ve prospěch vědy, poradenstvím pro vládu a
soukromé instituce, otázkami zdravotnictví (infekční nemoci). Byl aktivní v řadě komisí a poradních
orgánů.
Literatura:
Bodmer W, Ganesan A (2011) Joshua Lederberg. 23 May 1925-2 February 2008. Biogr. Mems Fell. R. Soc.
57: 229-251. DOI: 10.1098/rsbm.2010.0024
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
91
Kaj Ulrik Linderstrøm-Lang
(*29. 11. 1896 – †25. 5. 1959)
K. U. Linderstrøm-Lang, dánský biochemik, je znám pro definování proteinové struktury na čtyřech
úrovních: primární, sekundární, terciární a kvartérní.
Narodil se na předměstí Kodaně (Frederiksberg) do učitelské rodiny. Jeho teta Theodora dokonce založila
školu v Silkeborgu. Po matce zdědil umělecké nadání, hrál na housle, zpíval, měl rád literaturu. Známí
rodičů pocházeli z akademických kruhů, což ovlivňovalo atmosféru v rodině. Jeho otec zemřel náhle, když
mu bylo 15 let, o devět let později zemřela i matka. V 17 letech začal Lang studovat chemii na Technické
univerzitě.
Ta ho však tehdy příliš nebavila, spíše se věnoval umění, např. psaní dramatických her. Se studiem měl ke
konci problémy (svou roli sehrála nešťastná láska), nicméně nakonec školu absolvoval, bylo to v roce
1919. Posléze získal první místo chemika v zemědělském výzkumném ústavu, ale záhy se stal asistentem
v Oddělení chemie v Carlsberské laboratoři a pracoval u S. P. L. Sørensena, známého svými teoretickými i
experimentálními pracemi v souvislosti s pH škálou.
92
V poválečné krizi v laboratoři připravoval nedostupné sloučeniny. Sørensen měl velký vliv na jeho
vědecké směřování k biochemii. Langova první publikace s manželi Sørensenovými z roku 1921 se
zabývala použitím hydrochinonové elektrody pro měření pH.
Věnoval se pak především fyzikální chemii a matematickému pozadí teorie chemických procesů. V roce
1923 se objevila Debye-Hückelova teorie elektrolytů („iontová atmosféra“), na jejímž základě Lang
publikoval klasickou práci o ionizaci proteinů. Zde ukázal, že titrační křivky proteinů jsou ovlivněny
iontovou silou v roztoku.
Doktorát obhájil v roce 1928 v souvislosti s frakcionací proteinů (heterogenita kaseinu). Vypracoval v té
době i postup stanovení aminoskupin titrací v acetonu s naftylovou červení jako indikátorem, vhodnou
pro měření aktivity proteolytických enzymů. Jedním z Langových objevů v oblasti proteolytických enzymů
bylo zjištění, že štěpení nezávisí na délce řetězce, ale na konfiguraci substrátu, tedy že např. neexistuje
nespecifická dipeptidasa. V roce 1937 publikoval práce o použití tzv. kartézského potápěče („Cartesian
diver“) pro mikrogasometrická měření.
Také se zabýval metodikou měření specifické váhy (relativní hustoty) malých kapiček kapaliny
vznášejících se v kapalném médiu (organické rozpouštědlo) o gradientu hustoty. Využití se záhy objevilo
v metodice měření enzymových reakcí, které vedou ke změně specifické váhy substrátu. Získané výsledky
se ukázaly být mnohem citlivější (řádově 100x) než předtím používaná titrace.
Definování úrovní struktury proteinů (primární, sekundární, ….) proběhlo v Langově přednášce na
Stanfordově univerzitě v roce 1951.
Lang se v poslední fázi svého vědeckého života věnoval studiu isotopové výměny proton/deuterium s
cílem popsat faktory, které stabilizují sekundární a terciární strukturu proteinů. K výměně isotopů vodíku
dochází na přístupných –OH a –NH– skupinách v proteinech. Lze takto sledovat strukturní změny např. v
souvislosti s denaturací. Tímto způsobem můžeme popsat vodíkové atomy v peptidové vazbě, které se
podílejí na tvorbě sekundární struktury. Lang měřil koncentraci deuteria sledováním mikrokapiček v
gradientové trubici za účelem určení rychlosti výměny za rozmanitých experimentálních podmínek.
Literatura:
Schellman JA, Schellman C G (1997) Kaj Ulrik Linderstrøm-Lang (1896-1959). Protein Sci. 6: 1092-1100.
DOI: 10.1002/pro.5560060516
Holter H., Max Møller K., eds. 1976. The Carlsberg Laboratory 1876/1976. Copenhagen: Rhodos
Publishing House, pp 295-307.
Zdrojem fotografie je Carlsbergfondets billedarkiv.
93
Fritz Albert Lipmann
(*12. 6. 1899 – †24. 7. 1986)
Lipmann byl americký biochemik a nositel Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu v r. 1953 (spolu s
Hansem Adolfem Krebsem), za objev koenzymu A a jeho významu v metabolismu. Jeho výzkum vedl k
nalezení a popsání spojení mezi metabolismem a energetikou živých systémů.
Narodil se v Královci (Königsbergu) ve východním Prusku v židovské rodině. Navštěvoval gymnázium.
Jeho strýc zemřel z důvodu prasklého apendixu, což ho inspirovalo ke studiu medicíny (od r. 1917 v
Mnichově). V r. 1918 byl povolán do armády k lékařské službě. Od r. 1919 se vrátil ke studiu medicíny mj.
i v Berlíně a Královci. Jeho zájmy se však ve skutečnosti ubíraly spíše směrem ke kontaktům s uměleckými
kruhy. Nenavštěvoval sice přednášky chemika Richarda Willstättera (1872-1942), čehož později litoval,
zapsal se ale na biochemický kurz Petera Rony (1871-1945), který pracoval s Lenorem Michaelisem
(1875-1949) a učil také nobelisty H. Krebse (1900-1981) a B. E. Chaina (1906-1979). Po skončení studia
praktikoval v nemocnicích v Královci a Berlíně. V r. 1923 využil stipendia a navštívil Laquerovy
farmakologické laboratoře na univerzitě v Amsterdamu. Tehdy se rozhodl pro kariéru biochemika.
V r. 1924 získal v Berlíně doktorát medicíny, v této době již publikoval první vědecké články. Pro další
vzdělávání, v oboru chemie, navštěvoval přednášky na KWI pro biologii v Berlíně a spolupracoval s
organickým chemikem Hansem Meerweinem (1879-1965). Tři roky, 1927-1929, pracoval v laboratoři
94
Otto Meyerhofa (1884-1951) na KWI v Berlíně-Dahlemu. V té době to byla zlatá léta na KWI v Dahlemu
(u Meyerhofa působili Kurt Lohmann, Karl Meyer, Severo Ochoa, Dean Burk, David Nachmansohn). Erwin
Negelein, Hans Gaffron, Walter Christian a Hans Krebs byli v sousední laboratoři u O. Warburga. Byl v
kontaktu s KWI pro biochemii (ředitelem Neuberg) a s O. Hahnem (1879-1968) a L. Meitnerovou (18781968), objeviteli jaderné fúze v r. 1938.
Meyerhof s Hillem prokázali vztah mezi svalovou kontrakcí a tvorbou kyseliny mléčné v glykolýze za
nepřítomnosti kyslíku. Lipmann zjistil, že se při svalové kontrakci štěpí kreatinfosfát. Zabýval se v této
souvislosti také rolí fluoridového aniontu v metabolismu, jenž blokuje glykolýzu, váže se na
methemoglobin a inhibuje jaterní esterasu. V r. 1929 dostal za pomocí Neuberga Ph.D. z chemie.
S Meyerhofem posléze odešel na nový KWI do Heidelberku. V Kodani tehdy Ejnar Lundsgaard (18991968) ukázal, že svalová kontrakce může probíhat i ve svalech, kde je glykolýza inhibována jodacetátem.
Lipmanovy experimenty s kreatinfosfátem potvrdily, že při jeho štěpení se uvolňuje značné množství
tepla. Nakonec se zjistilo, že fosfátová skupina z kreatinfosfátu jako zásobárny přechází do ATP, který je
důležitý pro energeticky náročné reakce v organismu.
Stipendium u Meyerhofa skončilo a tak od r. 1930 Lipman pobýval na KWI v Berlíně jako asistent Dána
Alberta Fischera (1891-1956) a zabýval se tkáňovými kulturami. Zde potkal dánské biochemiky
Linderstroema-Langa, Lundsgaarda a Kalckara. Vyvinul manometrické měření pro stanovení spotřeby
kyslíku při růstu fibroblastů.
S Fischerem odešel na nový Biologický ústav Carlsberské nadace (1932) v Kodani, kde se věnoval studiu
metabolismu fibroblastů, Pasteurově jevu a glykolýze. Absolvoval stáž v Americe (1931-1932) v laboratoři
Phoeba Levena (1869-1940) na Rockefellerově ústavu pro lékařský výzkum v Novém Yorku, kde např.
nalezl fosfoserin jako součást fosfoproteinů ze žloutku. Hledal tehdy u proteinů PTM, která by byla
modifikací proteinů podobnou vazbě fosfátu v kreatinu. Význam fosforylace se později ukázal při
Sutherlandově objevu cAMP. V Kodani začal Lipmann pracovat na Pasteurově jevu – kvasinky v
přítomnosti kyslíku potlačují anaerobní produkci alkoholu. Jde o první známou regulační dráhu v
metabolismu. Efekt byl pozorován i v lidských buňkách (fibroblasty, sval, mozek). Až o mnoho let později
bylo zjištěno se, že regulace aktivity glykolytických enzymů spíše závisí na poměru ATP vs. ADP než na
samotném kyslíku.
Od r. 1937 studoval v Kodani oxidaci pyruvátu baktérií Lactobacillus delbrueckeii probíhající pouze v
přítomnosti fosfátu, přičemž z ADP se tvoří ATP. Experimentálně dokazoval děje související s oxidační
fosforylací. Tvorba ATP z ADP probíhala pouze v přítomnosti Ca2+. Dánskými kolegy byl naléhavě varován
před nacisty. S pomocí amerického biochemika Deana Burka (1904-1988) a po doporučení LinderstrømaLanga získal v r. 1939 místo v laboratoři Vincenta du Vigneauda (1901-1978) na katedře biochemie na
lékařské fakultě Cornellovy univerzity v USA. V NYC se Lipmann seznámil s Rollinem D. Hotchkissem
(1911-2004) z Rockefellerova ústavu. Hotchkiss izoloval antibiotika tyrocidin a gramicidin z Bacillus brevis
(první bakteriální antibiotika), Lipmann v nich prokázal obsah D-aminokyselin analýzou hydrolyzátů s
oxidasou D-aminokyselin.
95
V r. 1940 přemýšlel Lipmann nad významem energeticky bohatých (aktivovaných) fosfátů jako je ATP a
acetylfosfát. Vědělo se, že se deuterovaný acetát zabudovává do mastných kyselin, steroidů a
aminokyselin. Lipmann prokázal tvorbu acetylfosfátu v bakteriálních extraktech (acetát + ATP).
Navzdory úspěchům bylo pro něj těžké získat stabilní pozici. Později to připisoval své nedokonalosti při
přednášení, kdy na jednom sympoziu v Madisonu (1940) byla jeho přednáška ukončena předsedajícím
Neubergem v polovině pro vyčerpání časového limitu. Nakonec získal stipendium (Ciba Fellowship) na
chirurgickém oddělení Všeobecné Massachusettské nemocnice v Bostonu (od r. 1941), nejdříve jako
výzkumník na oddělení chirurgie, potom jako vedoucí skupiny v laboratoři biochemického výzkumu. Jeho
výzkum zde byl zpočátku financován grantem chirurga Olivera Copeho pro oblast endokrinologie. V r.
1941 publikoval článek v Advances in Enzymology, kde zavedl symbol (~P) pro energeticky bohatý fosfát.
Brzy byl příslušnými místy rozpoznán průlomový význam tohoto článku a dostavila se grantová podpora.
Z holubích jater byl izolován enzym, který umožnil kolorimetricky stanovit acetylaci sulfonamidů a jiných
aromatických amidů v přítomnosti ATP a acetátu. Acetylfosfát však nebyl hledaným mediátorem
acetylačních reakcí. Surový jaterní extrakt rychle ztrácel acetylační aktivitu, ale přídavek povařeného
extraktu vedl k plné reaktivaci.
Došlo se tedy na termostabilní kofaktor, který Lipmann s N. O. Kaplanem (1917-1986) a G. D. Novellim
izolovali a potvrdili obsah thiolové skupiny a adenylátu. Objevitel panthotenátu Roger Williams (18931988) s B. Guinardem kofaktor hydrolyzovali a prokázali beta-alanin a adenylát v poměru 1:1.
Lipmannova skupina s použitím alkalické fosfatasy a dalšího enzymu potvrdila přítomnost panthotenátu.
Jiní vědci (mj. D. Nachmansohn) ve stejné době našli tento kofaktor v mozku (důležitý pro acetylaci
cholinu).
Lipmann pojmenoval látku koenzym A (písmeno A značí „aktivaci“ acetátu). Význam SH- skupiny ještě
nebyl znám. E. E. Snell se spolupracovníky zjistili existenci peptidové vazby v koenzymu, Feodor Lynen
(1911-1979) a P. Reichart izolovali acetylkoenzym A a ukázali, že energetická vazba je thioesterová.
J. Baddiley a spol. syntetizovali panthetein-4’-fosfát a ukázali jeho konverzi na CoA reakcí s ATP. N. O.
Kaplan vysvětlil přítomnost 3’ OH-skupiny na ribose (pomocí specifické fosfatasy). Tak byla nalezena
úplná struktura CoA. Ukázalo se, že acetylkoenzym A je donorem acetylu v mnoha metabolických
reakcích, např. v citrátovém cyklu, kde se spojuje s oxalacetátem. Acetyl v acetyl-CoA je kyselý a může
snadno přijít o proton, čímž vzniká enolát, který atakuje karbonylovou skupinu acetoacetátu za vzniku
citrátu.
Od r. 1949 byl Lipmann profesorem biologické chemie na lékařské fakultě Harvardu. V r. 1953
sumarizoval souvislosti acetyl-CoA v přehledném článku (Bacteriol. Rev.), zmiňujícím i jeho roli při
biosyntéze mastných kyselin a steroidů stejně jako při tvorbě acetoacetátu. Ve stejném roce obdržel s
Hansem Krebsem Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu. Jeho výzkum byl v té době zčásti financován
organizacemi NIH a NSF.
96
Objev koenzymu A se zrodil díky spolupráci vědců z Listerova ústavu v Londýně, lékařské fakulty na
Harvardu a Všeobecné Massachussetské nemocnice v Bostonu (Baddiley J., Thain E. M., Novelli G. D.,
Lipmann F. (1953) Structure of Coenzyme A. Nature 171,76). Během 2. pol. 40. let a na začátku 50. let
řešil Lipmann problematiku, která se otevřela s objevem koenzymu A.
Studoval například původ fosfátových derivátů vznikajících přenosem fosfátu z ATP na akceptory.
Pozorováním fosforolýzy citrulinu ve Streptococcus faecalis se došlo k závěru, že karbamoylfosfát je
metabolicky aktivním donorem pro karbamoylaci. Studie proběhly ve spolupráci s Mary Ellen Jonesovou
a Leonardem Spectorem a byly usnadněny chemickou syntézou karbamoylfosfátu z kyanátu a fosfátu za
laboratorní teploty. Popsali také tvorbu ATP z karbamoylfosfátu a ADP. Konečně v této souvislosti byla
zjištěna produkce karbamoylaspartátu jako prekurzoru biosyntézy uridinových a cytidinových derivátů.
Za primární zdroj pro buněčné fosforylace v prvních organismech Lipmann považoval polymerní
anhydridy kyseliny fosforečné.
Jiný nález přišel při studiu funkce ATP v aktivaci sulfátu. Práce s Hilzem (1955) a P. W. Robbinsem (1958)
přinesly experimentální důkazy o existenci směsných anhydridů kyselin fosforečné a sírové. Jako „aktivní“
sulfát byly nalezeny sloučeniny adenosin-5'-fosfosulfát (APS), inaktivní jako donor sulfátu, a 3'fosfoadenosin-5'-fosfosulfát (PAPS).
První reakce tvorby PAPS, tedy atak sulfátu na ATP je energeticky nevýhodný, což vyvažuje druhá
fosforylace. PAPS byl u živočichů a rostlin potvrzen jako běžný donor sulfátu při sulfurylaci mono- nebo
polysacharidů a dalších sulfátových derivátů.
Od r. 1957 působil na Rockefellerově úniverzitě. Věnoval se problematice biologických mechanismů
syntézy proteinů a peptidů. Už v r. 1951 předpovídal, že pro biosyntézu proteinů a peptidů je nutná
aktivace aminokyselin. Mahlon Hoagland (1921-2009), který pracoval u biochemika Paula Zamecnika
(1912-2009), našel v játrech aktivační enzymy štěpící ATP na pyrofosfát, což vede k tvorbě aminoacylAMP. V laboratoři u Lipmanna izolovali enzym specifický pro tryptofan.
S principem párování bazí při proteosyntéze přišel F. Crick – polynukleotidový adapter s antikodonovou
sekvencí. Tým kolem Hoaglanda pak brzy objevil tRNA. Další snažení pak bylo cíleno na objev místa
navázání AMP, což se podařilo s pomocí ribonukleasy (AK osciluje mezi 2’ a 3’ pozicemi na ribose s
poločasem několik milisekund). Pokračující experimenty ukázaly univerzálnost když tRNA z baktérie
fungovala při biosyntéze hemoglobinu v retikulocytech. Francois Chapeville demonstroval, že Ala-tRNA
připravená z Cys-tRNA redukcí Raney-Ni zabudovávala Ala tam, kde byl kódován cystein.
V l. 1961-64 D. Nathans a J. Allende separovali rozpustné složky ze supernatantu rozbité E. coli, které byly
zodpovědné za inkorporaci AK do proteinů v přítomnosti ribosomů a mRNA s využitím GTP jako
energetického zdroje. Šlo o elongační faktory. Význam hydrolýzy GTP pro translokaci peptidyl-tRNA z
akceptorového do donorového místa byl odhalen s pomocí antibiotika puromycinu, které je analogem
aminoacy-ladenylátové části aminoacyl-tRNA (AL Haenni, J Lucas-Lenard, PNAS 1969). Tyto experimenty
předznamenaly pozdější objev role GTP při zprostředkování mechanických dějů v mikrotubulech a dalších
buněčných procesech.
97
Na sklonku aktivního života ještě prokázal, že peptidová antibiotika jako jsou gramicidin nebo tyrocidin
jsou syntetizována na polyenzymech (multienzymové komplexy). Vrátil se také k práci na
posttranslačních modifikacích proteinů – konkrétně fosforylaci a sulfataci tyrosinu. Zemřel nedlouho
poté, co se dozvěděl o schválení své grantové žádosti.
Literatura:
Jencks WP, Wolfenden RV (2000) Fritz Albert Lipmann. 12 June 1899-24 July 1986. Biogr. Mems Fell. R.
Soc. 46: 333-344. DOI: 10.1098/rsbm.1999.0088
Lipmann FA (1984) A long life in times of great upheaval. Annu. Rev. Biochem. 53: 1-33. DOI:
10.1146/annurev.bi.53.070184.000245
Zdrojem fotografie (rok 1953) je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
98
Oliver Howe Lowry
(*18. 7. 1910 – †29. 6. 1996)
Lowry byl americký biochemik známý pro vypracování metody stanovení koncentrace proteinů.
Jeho otec byl učitelem a později se stal školským superintendantem. O. Lowry měl sestru a tři bratry,
všichni získali vysokoškolské vzdělání. Po střední škole byl rok na brigádě na obchodní lodi a pracoval na
statku v Nebrasce. Zapsal se na Severozápadní univerzitu, obor chemické inženýrství. Pobýval na stáži
ve Freiburgu v Německu a po návratu studoval od r. 1931 na uviverzitě v Chicagu obor fyziologická
chemie. Školitelem jeho diplomové práce na téma stanovení ketolátek v krvi byl Frederick Koch.
Současně s Ph. D. získal i titul M. D. Během studií se seznámil s Bairdem Hastingsem a pracoval s ním v
Billingsově nemocnici. Hastings se posléze stal nástupcem Otto Folina (1867-1934) jako vedoucí na
Harvardu. Prvním Lowryho vědeckým tématem na Harvardu bylo měření Cl-, Na+, K+, Ca2+ a Mg2+, v
množstvích tkáně v řádu mg, objektem analýzy byl např. srdeční sval v souvislosti s ischémií. Vypracoval
tehdy metodiku pro analýzu kolagenu a elastinu. Ještě na Harvardu získal prostředky na studijní pobyt v
Carlsberské laboratři v Kodani, kde pracoval s K. Linderstrømem-Langem (1896-1959) Zde se blíže
seznámil s metodami analýzy v mikroměřítku, kterým se pak věnoval po celý život.
Následovala etapa na Výzkumném ústavu veřejného zdraví v NYC, oddělení fyziologie a výživy, vzhledem
ke vstupu USA do války byl zahájen důležitý nutriční výzkum s O. Besseym. V malém objemu krve (0.1 ml)
se určoval obsah vitamínů, proteinů a alkalické fosfatasy, jejíž hladina je v souvislosti s nedostatkem
vitamínu D. Dobrovolníci byli krmeni gramovými dávkami vit. C, zjistilo se, že skladovací kapacita těla jsou
4g, nadbytek je vylučován močí.
V r. 1946 publikoval metodu stanovení alkalické fosfatasy s p-nitrofenylfosfátem, r. 1951 pak
nejcitovanější práci všech dob – stanovení proteinů s Folinovým činidlem, i když princip vlastně nebyl
originální. Byla vypracována metodika stanovení fosfátu za mírných podmínek, následovala konstrukce
mikrocely pro spektrofotometr (30 µl) a vylepšení spektrofluorimetru přídavkem fotonásobiče.
Od r. 1947 byl vedoucím katedry farmakologie na Washingtonské univerzitě v St. Louis. Zde se zabýval
kvantitativní histochemií mozkové tkáně. Pro stanovení různých látek a enzymových aktivit se používaly
lyofilizované řezy potkaních mozků skladované při -70 °C ve vakuu. Z těchto řezů byly dále vysekávány
malé kousky a ty váženy na přesných vahách vlastní konstrukce s rameny z křemenných vláken.
Maloobjemové kapalné vzorky (do 5 µl) byly ve formě kapiček v olejové fázi ve speciálních destičkách.
Pro stanovení aktivity dehydrogenas či byl-li princip tvorby NADH/NADPH využíván ve spřažené reakci
posloužila fluorescence. Oxidované formy NAD+ a NADP+ nefluoreskují, ale v alkalickém prostředí je
možné tyto přeměnit na fluoreskující deriváty. Ve směsi s redukovanými koenzymy je před převedením
nutné NADH i NADPH rozložit kyselinou.
99
Pro stanovení velmi nízkých množství těchto koenzymů byly zavedeny enzymové amplifikační systémy
(formálně „analogie“ PCR reakce). Po uplynutí zvoleného času se zlikviduje koenzym použitý v nadbytku
pro proběhnutí reakce. Následuje amplifikační reakce s vytvořenou formou koenzymu, výše je to
redukovaná forma. Po proběhnutí zvoleného času (amplifikace třeba v řádu 103 nebo 105) se reakce
zastaví zahřátím a měří se produkt, např. 6-fosfoglukonát, a to v reakci, kdy opět vzniká redukovaná
forma koenzymu jako v počátečním systému. Lowry takto sledoval glykolytické enzymy, porovnával
aktivity u kontrol a ischemických potkanů se zvýšenou glykolýzou (6x). Myší hlavičky byly zmrazovány v
časové škále, byl prokázán pokles hladiny fruktosa-6-fosfátu a narůst fruktosa-1,6-bisfosfátu včetně 3C
metabolitů. Ukázalo se, že enzym fosfofruktokinasa (PFK) tvořící fruktosa-1,6-bisfosfát je regulačním
místem glykolýzy. Pro měření PFK byl nejlepší fosfátový pufr, snižoval inhibici enzymu působením ATP
(allosterický inhibitor).
Při ischémii roste hladina enzymu PFK, kromě fruktosa-1,6-bisfosfátu roste i hladina ADP, AMP, Pi a NH4+,
citrát byl potvrzen jako další inhibitor PFK. V neuronech byl určován obsah ATP, fosfokreatinu a glukosy,
detekční limit byl na úrovni 10-15 mol/l. Lowryho tým rovněž izoloval svalová vlákna a měřil v nich
enzymové aktivity. Vlákna byla dlouhá 10-50 µm, což odpovídalo váze vzorků 10 až 20 ng.
Metabolity glykolýzy a cyklu trikarboxylových kyselin byly v mikroměřítku analyzovány např. v myších i
lidských vaječnících. Jako marker (index) intenzity glykolýzy posloužila 14C-2-deoxyglukosa, která je
hexokinasou fosforylována spolu s glukosou, ovšem není dále přeměňována, což vede k jejímu
hromadění (70. léta 20. stol.). Omezením metody původně byla nemožnost rozlišení 14C-deoxyglukosy od
14
C-deoxyglukosa-6-fosfátu na autoradiofotografii, proto bylo třeba čekat 30-45 min na distribuci a
spotřebování deoxyglukosy v mozku. Odděleným měřením deoxyglukosy a deoxyglukosa-6-fosfátu s
NADP+ byl tento nedostatek překonán (80. léta 20. stol.).
Literatura:
Lowry OH (1990) How to succeed in research without being a genius. Annu. Rev. Biochem. 59: 1-27. DOI:
10.1146/annurev.bi.59.070190.000245
100
John James Rickard Macleod
(*6. 9. 1876 – †16. 3. 1935)
Macleod byl skotský biochemik a fyziolog, který se zabýval meta-bolismem sacharidů. Byl jedním z
objevitelů insulinu, a to v době, kdy byl profesorem fyziologie na univerzitě v Torontu. V r. 1923 získal
spolu s Frederickem Bantingem (1891-1941) Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu.
Narodil se u Dunkeldu, jeho otec Robert byl kněz. Po přestěhování chodil na střední školu v Aberdeenu,
kde studoval později na univerzitě medicínu. V r. 1898 získal doktorát medicíny a posléze byl stipendistou
v Lipsku, kde se věnoval biochemii. Po návratu dostal místo demonstrátora a přednášejícího na Lékařské
fakultě při Londýnské nemocnici (Universita královny Marie) a posléze doktorát na univerzitě v
Cambridgi. V r. 1903 odešel do Spojených států.
V Ohiu na Univerzitě Západní rezervy zůstal 15 let. Po válce přijal místo na Torontské univerzitě, stal se
ředitelem fyziologické laboratoře, zabýval se např. problematikou mykobaktérií, metabolismu kreatininu
nebo cirkulací krve v mozku. Od r. 1905 se věnoval diabetes, publikoval na toto téma odborné práce.
V r. 1920 byl kontaktován mladým F. Bantingem, aby mu umožnil experimenty s léčbou diabetes u psů
pomocí extraktů pankreatu¨, byl však skeptický a předpokládal, že zásadní podíl na regulaci krevní
glukosy má nervový systém. Přes Macleodovu skepsi ho Banting svým nadšením přesvědčil, dostal
laboratoř, experimentální zvířata a jako asistenta Macleodova studenta C. H. Besta (1899-1978). Během
profesorova prázdninového pobytu ve Skotsku Banting s Bestem získali fungující extrakt pankreatu a
úspěšně jeho pomocí dokázali snížit hladinu glukosy v krvi psa s odstraněným pankreatem.
101
Po návratu byl Macleod stále skeptický a požadoval další ověřovací experimenty, úspěšné výsledky pak
Macleod prezentoval na konferenci, což vzbudilo Bantingovu nevoli. Na první publikaci však čestně
odmítl spoluautorství. Pro přečištění alkoholového extraktu pankreatu za účelem vyššího výtěžku
insulinu angažoval biochemika Jamese Collipa (1892-1965) a činnost celé laboratoře podřídil
souvisejícímu výzkumu. Od prvních klinických pokusů se Banting cítil odstrčený a v laboratoři bylo velké
napětí. Klinické pokusy totiž koordinoval Macleod. V r. 1923 se objevil první úspěšný léčebný pokus a po
něm pak další. V létě téhož roku Macleod v Námořní biologické stanici St. Andrews v Novém Brunšviku
studoval kostnaté ryby s oddělenými oblastmi hroznovitých buněk a buněk ostrůvků v pankreatu a
prokázal, že insulin se tvoří v druhých jmenovaných. Pokračovaly však spory s Bantingem, který se snažil
přivlastnit si veškerý kredit z experimentů s insulinem.
V r. 1928 se Macleod vrátil do Skotska jako profesor fyziologie a později děkan Lékařské fakulty univerzity
v Aberdeenu. V l. 1929-1933 byl též členem Rady medicínského výzkumu. Napsal text vysvětlující jeho
roli v objevu insulinu, ale neúčastnil se dalších polemik s Bantingem, který ho nenáviděl. Od odjezdu z
Toronta už s Bantingem nepromluvil. Nepracoval už nikdy na insulinu. Zabýval se však jiným výzkumem a
vyvrátil např. své dřívější představy o roli CNS v metabolismu glukosy.
Po Bantingově smrti při leteckém neštěstí v r. 1941 se Best údajně snažil vymazat jména Macleod a Collip
z historie objevu. Teprve v r. 1950 byla role všech čtyř objektivně zhodnocena. Pohled na osobu
Macleoda byl dlouho zbytečně negativní, teprve po Bestově smrti uvolnila Torontská univerzita
dokumenty, které umožnily rekonstruovat, jak se věci ve skutečnosti měly.
Během života se autorsky podílel na článcích v počtu 200 a napsal též jedenáct knih, zejména učebnic
fyziologie.Byl uznávaným fyziologem už před záležitostí s insulinem. Byl členem vědeckých společností
(Kanada, USA, UK, Německo). Neudělení Nobelovy ceny v r. 1923 C. H. Bestovi považoval Banting za
neférové, podělil se s ním o finanční prémii. Stejně tak se Macleod podělil s Collipem. Výbor pro udělení
Nobelovy ceny oceňoval význam Macleoda pro interpretaci dat, řízení klinických experimentů a veřejnou
prezentaci výsledků. V r. 1972 Nobelova nadace oficiálně přiznala, že opomenutí Besta při udělení ceny v
r. 1923 bylo chybou. Sami Best a Banting však opomněli přiznat dřívější objevy Paulesca.
Literatura:
Cathcart EP (1935) John James Rickard Macleod. 1876-1935. Obit. Not. Fell. R. Soc. 1: 584–589. DOI:
10.1098/rsbm.1935.0023
Zdrojem fotografie (rok 1920) je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
102
Elmer Verner McCollum
(*3. 3. 1879 – †15. 11. 1967)
McCollum byl americký nutriční biochemik známý pro studie vlivu stravy na lidské zdraví. Jeho rodiče
provozovali farmu v Kansasu, měl mladšího bratra a tři starší sestry. Když mu bylo 10 let, otec onemocněl
a mladý McCollum se musel s matkou starat o hospodářství. V r. 1896 se rodina přestěhovala do blízkosti
Lawrence v Kansasu, aby mohl s bratrem navštěvovat střední školu. Při studiích si přivydělával zhášením
a rozsvěcováním pouličních lamp, pracoval také v redakci Daily World. Sám se navíc vzdělával čtením
Encyklopedie Britanniky, kterou si koupil z vydělaných peněz. V r. 1900 nastoupil na Kansaskou
univerzitu, ve třetím ročníku získal místo instruktora. Původně chtěl být lékařem, od 2. ročníku ho ale
velmi zaujala organická chemie.
Pokračoval proto magisterským studiem chemie, jeho diplomová práce se věnovala analýzám plynu v
dutých stoncích vodní lilie. V r. 1904 se přihlásil na Yaleovu univerzitu, doktorát zde získal po dvou letech.
Školitelem na Sheffieldově fakultě přírodních věd byl chemik Treat Baldwin Johnson (1875-1947).
McCollum připravoval a studoval pyrimidiny. Ve druhém ročníku prodělal zápal plic. Jeho profesor
krystalografie Samuel L. Penfield mu pak slíbil, že mu uzná zmeškaný předmět, pokud bude třikrát týdně
posilovat ježděním na kánoi po řece. Při studiu trávil večery v knihovně čtením svazků vědeckých
časopisů. Přivydělával si doučováním, získal školní vědomostní cenu 400 dolarů. Před dokončením
doktorátu začal v r. 1906 pracovat u Thomase Burra Osborna (1859-1929) na Connectituské zemědělské
experimentální stanici, analyzoval proteinové hydrolyzáty. Zde se seznámil s postupem purifikace
proteinů. Zkušenosti v tomto roce získával i v biochemické laboratoři Lafayetta Benedicta Mendela
(1872-1935) na Yaleově univerzitě, místo se mu však nepodařilo získat.
103
Od r. 1907 působil na Wisconsinské univerzitě v Madisonu jako instruktor zemědělské chemie. Po
získání místa se oženil, později měl syna a čtyři dcery. Pod vedením prof. E. B. Harta zde byly jalovice
krmeny jednodruhovou rostlinnou potravou (kukuřice, pšenice, oves), analýza potravy pak ve spojení s
výsledky experimentů měla umožnit posoudit nutriční hodnoty. Bylo to obrovské množství práce s
minimálními výsledky (1907-1911). Začal proto pracovat s potkany, které sám živé odchytil ve stáji. První
laboratorní potkany pořídil v r. 1908 (poprvé takto použiti pro nutriční výzkum ve Spojených státech).
Spolupracoval v l. 1909-1916 s laborantkou Margueritou Davisovou. Složení potravy bylo nejjednodušší
možné, jen semena obilovin nebo hrách. McCollum se zpočátku držel myšlenky, že nutriční selhání určité
potravy vzniká díky tomu, že je pro potkany málo chutná. Po patřičném ochucení by tedy zvířata mohla
žrát více a tím získala dostatek živin. Tento přístup byl ale podroben kritice bývalými učiteli Osbornem a
Mendelem. Pro optimální zajištění růstu a vývoje pak ale bylo třeba přidávat další proteiny, vápník a „tuk
podporující růst“ – vitamín A. Nutriční hodnota pšenice a rýže se zvýšila přídavkem extraktu otrub (faktor
„antiberiberi“).
Objev vitamínu A přišel v r. 1912, kdy s Davisovou zjistili, že potkani dobře rostli po přídavcích másla a
vaječného žloutku. Tento výživový faktor nebyl v sádle ani olivovém oleji. Zmýdelněním másla a
suspendováním nezmýdelnitelné části do olivového oleje získali kýžený efekt. Stejný faktor byl i v
etherovém extraktů listů. Výsledky byly publikovány v r. 1913. Vitamín A nezávisle objevili i Thomas
Osborne a Lafayette Mendel.
McCollum a C. Kennedy postulovali v r. 1916 dva nutriční faktory pro potkany: A (rozpustný v tucích) a B
(rozpustný ve vodě), což se dodnes odráží v terminologii vitamínů. V l. 1916-1929 spolupracoval s Ninou
Simmonds. V r. 1917 např. prokázali, že nutričně chudou potravu potkanů a prasat tvořenou rostlinnými
semeny (kukuřice) lze značně obohatit přídavkem zelených listů.
Na leden 1917 byl pozván přednášet do Harveyovy společnosti. Dostal při zpáteční cestě nabídku na
místo profesora a vedoucího katedry hygieny (později biochemie) na Fakultě hygieny a veřejného zdraví
při Univerzitě J. Hopkinse v Baltimoru, Maryland, které přijal. Při vstupu USA do 1. světové války se stal
členem poradního týmu prezidenta Hoovera pro výživu. V r. 1918 vydal své zvané přednášky na Harvardu
jako úspěšnou knihu The Newer Knowledge of Nutrition. Přednášel v amerických městech o správné
skladbě výživy. Ve 20. letech vedl letní školy na univerzitách.
V r. 1918 pozoroval rachitický stav potkanů s nevyváženým poměrem Ca/P v potravě, úleva se dostavila s
malým množstvím oleje z tresčích jater. Ve spolupráci s J. Howlandem bylo testováno 300 různých
experimentálních výživových přídělů, s tím probíhaly histologické studie páteře. Zjistili, že hlavními
faktory správného růstu páteře byly zdroj a množství dodaného tuku bez ohledu na obsah vitamínu A a
poměr Ca/P. Jelikož vitamín A je snadno zničitelný oxidací, v r. 1922 byl navržen pokus s provzdušněním
zahřátého oleje z tresčích jater, přičemž zůstala zachována antirachitická aktivita. Takto se došlo k
novému vitamínu D. S pomocí testu, kdy se přidával zkoumaný vzorek k potravě vyvolávající akutní
křivici, bylo v r. 1921 zjištěno, že sluneční světlo chrání před tímto onemocněním.
104
Se studentem Cosmo G. Mackenziem (30. léta 20. stol.) pracoval na vitamínu E a svalové dystrofii
potkanů a králíků, která byla léčena přídavkem alfa-tokoferolu. Nefungovalo to však u lidí. Jiní
McCollumovi studenti se věnovali experimentům s kvantifikací thiaminu v biologickém materiálu (H. J.
Prebluda, 1939). Během kariéry studoval význam stopových prvků – fosforu, hořčíku, manganu atd.
Výzkum byl podpořen dlouhotrvajícím grantem Rockefellerovy nadace. Ve 30. a 40. letech byl členem
mnoha národních i mezinárodních výborů a poradních sborů pro výživu, i při Společnosti národů.
Ovlivňoval výzkum v laboratořích při Národní korporaci mléčných výrobků.
McCollum byl proti obohacování chleba a mouky vybranými vitamíny a železem, navrhoval použití
pevného netučného materiálu z mléka, droždí a klíčků pšenice a kukuřice. Věnoval se i vztahu výživy k
problematice zubního kazu, podporoval fluoridaci vody. Na sklonku života se zabýval možnostmi jak
získat určité aminokyseliny z proteinových hydrolyzátů, v r. 1960 byl např. spoluautorem patentu pro
čištění glutaminu.
Literatura:
Day HG (1974) Elmer Verner McCollum. 1879-1967. Biographical Memoirs of the National Academy of
Sciences 45: 263–335.
Mayer J (1982) The impact of Elmer Verner McCollum on national and global nutritional problems.
Transactions of the Kansas Academy of Science 85: 142-151.
Simoni RD, Hill RL, Vaughan M (2002) Nutritional biochemistry and the discovery of vitamins: the work of
Elmer Verner McCollum. J. Biol Chem. 277: e8.
Fotografie je z období 1925-1929; pochází z webu http://www.kansasmemory.org/, o který pečuje
Kansaská historická společnost.
105
Robert Bruce Merrifield
(*15. 7. 1921 – †14. 5. 2006)
Merrifield působil na Rockefellerově univerzitě, v r. 1984 získal Nobelovu cenu za chemii za vyvinutí
metodiky pro chemickou syntézu na pevné fázi.
Narodil se v Texasu (Fort Worth), jeho otec byl malířem pokojů a prodavačem nábytku. Kvůli
hospodářské krizi se rodina často stěhovala. Navštěvoval celkem 11 různých středních škol, oblíbil si
chemii, fyziku a astronomii, fotografoval. V r. 1939 nastoupil na Juniorskou kolej v Pasadeně, pozdějí na
Kalifornskou univerzitu v LA (UCLA), kde v r. 1943 získal bakalářský titul. Jeho učitel biochemie Max
Dunn byl odborníkem na aminokyseliny, u něj Merrifield pracoval v magisterském studiu.
Experimenty, které se prováděly, zahrnovaly především mikrobiologii, např. sledování látek esenciálních
pro růst laktobacilů s cílem vyvinout metody kvantitativní analýzy látek, např. obsah prolinu v proteinech
či obsah pyrimidinových bazí v DNA.
V r. 1949 získal titul Ph.D., oženil se a přešel na Rockefellerův ústav pro medicínský výzkum, kde
pracoval u D. W. Woolleyho na izolaci nového bakteriálního růstového faktoru nazvaného strepogenin,
což zahrnovalo práci s proteinovými hydrolyzáty. Osvojil si například aminokyselinovou analýzu
vyvinutou kolegy z univerzity Williamem Howardem Steinem (1911-1980) a Stanfordem Moorem (19131982), kteří spolu s Christianem B. Anfinsenem (1916-1995) získali v r. 1972 Nobelovu cenu za chemii.
V té době Angličan Fred Sanger (1918-2013) opublikoval sekvenci insulinu, části inzulinu z řetězce B byly
na Rockefelerově ústavu studovány pro strepogeninovou aktivitu. Určitý pentapeptid bylo třeba
106
syntetizovat pro ověření výsledků. To se povedlo tehdy konvenčními technikami, což znamenalo jen
minimální změny od dob Emila Fischera (1852-1919) – chránící skupiny, selektivní reakce, krystalizace.
Tedy pomalý proces s velkými ztátami.Ve 30. letech se objevilo reduktivní odštěpení chránících skupin
sodíkem v kapalném amoniaku. Vincent du Vigneaud (1901-1978) se spolupracovníky zavedl
benzyloxykarbonylovou chránící skupinu (Z), což umožnilo syntetizovat nonapeptidy oxytocin a
vasopresin.
Na konci 50. let uvažoval Merrifield o nové strategii, rychlé, kvantitativní a automatizovatelné, kde by se
využilo chromatografické kolony s navázaným peptidem, kde by k elongaci docházelo přídavkem
aktivované kyseliny. Předpokládal, že vše půjde vyvinout za několik měsíců, fáze proof-of-concept však
trvala 3 roky. Původnějako pevné médium zkoušel celulosový prášek (uvažoval esterovou vazbu
aminokyseliny), dále polyvinylalkohol, polyakrylamid a konečně dospěl k polystyrenu s příčnými vazbami
prostřednictvím divinylbenzenu.
Pokud jde o chránění aminoskupiny, Z skupina nebyla optimální kvůli nutnosti hydrolyzovat silnou
kyselinou, což vede i k odštěpení části startovní aminokyseliny navázané na polymer ve formě
benzylesteru, ale nebylo příliš na výběr. Po navázání AK na polystyren se skupina Z odštěpila,
aminoskupinu bylo třeba deprotonovat alkalizací s terc. Aminem a následně se navazovala další Zchráněná AK s využitím dicyklohexylkarbodiimidu (DCCI).
K rutinním syntézám pak byla vyvinuta aparatura se sintrovým filtrem a kohoutem pro promývání. K
získání publikovatelných výsledků byl vybrán tetrapeptid. Další inovace přinesly blokování
nezreagovaných aminoskupin acetylací, odštěpení peptidu proběhlo reakcí zmýdelnění.
Dočištění peptidu bylo provedeno iontoměničovou chromatografií. Celý postup byl publikován r. 1963 a
vznikla syntéza peptidů na pevné fázi (SPPS). Na toto téma v průběhu kariéry nakonec Merrifield
publikoval více než 300 prací.
Po první publikaci následovala syntéza bradykininu s nově zavedenou chránicí skupinou Boc (tbutyloxykarbonyl). Postup byl s chráněním postranních řetězců vypracován tak, že byla rychlost 2
aminokyseliny za den, celý bradykinin bylo možné získat za 8 pracovních dnů.
S automatizací na zkonstruovaném aparátu se rychlost zvýšila na 6 aminokyselin za den, ve spolupráci s
Johnem Stewartem, ten pak připravil řadu bradykininových analogů.
Od r. 1965 pracoval Merrifield v týmu s mladými výzkumníky a studenty, byly připraveny další peptidy,
angiotensin, insulin, oxytocin, antibiotika. S postdokem Berndem Guttem z Německa v r. 1969
syntetizoval enzym ribonukleasu A (124 aminokyselin). Tento historický úspěch znamenal 369 reakcí a 11
931 kroků bez nutnosti izolace intermediátů. Produkt svými vlastnostmi odpovídal přirozenému enzymu.
Naví šlo o experimentální důkaz k Anfinsenovu tvrzení o tom, že primární struktura proteinu předurčuje
jeho strukturu prostorovou.
Tento projekt však odhalil některé nedostatky, proto kolem r. 1970 proběhla reexaminace celého
postupu, esterové vazby, chránicích skupin, účinnosti připojování i odštěpení.
107
Ztráty činily 83%, což znamenalo průměrně 1,4% na krok. Polystyren byl nahrazen PAM pryskyřicí
(oxymethylfenylacetamidomethyl) s řádově 100krát větší stabilitou v kyselém prostředí, k tomu byl
překonán i problém s peptidy, které měly permanentně blokovanou aminoskupinu.
Postup byl dále zdokonalen štěpením v mírně kyselém prostředí a možností syntézy stavebních bloků pro
další spojování. Výtěžek optimalizovaného postupu se dostal až na 99,9%.
Dalšími syntetizovanými látkami byly peptidy glukagon a jeho analoga, gastrin, antibiotikum cecropin A a
analoga (tvoří iontové kanály v membránách) mellitin, thymosiny a fragmenty imunoglobulinů.
V současné době se na pevné fázi peptidy syntetizují zcela běžně a automatizovaně, budují se takto i
oligopeptidy a celé knihovny organických sloučenin.
Kromě Nobelovy ceny a řady dalších cen získal Merrifield i patnáct čestných doktorátů.
Literatura:
Ragnarsson U (2013) Bruce Merrifield. 1921-2006. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci.
Fotografie pochází z Wikipedie.
108
Otto Fritz Meyerhof
(*12. 4. 1884 - †6. 10. 1951)
Otto Fritz Meyerhof by nositelem Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu udělené v r. 1922. Ocenění
sdílel spolu s Archibaldem Vivianem Hillem (1886-1977): Hill za studium produkce tepla ve svalech a
Meyerhof za objasnění vztahu mezi spotřebou kyslíku a metabolismem laktátu ve svalech.
Meyerhof se narodil v Hannoveru jako syn obchodníka. Rodina se záhy přestěhovala do Berlína. Studoval
medicínu ve Freiburku, Berlíně, Štrasburku a Heidelberku (zde ji ukončil v r. 1909). Zpočátku se zabýval
psychologií a filozofií (doktorát), pod vlivem Otto Heinricha Warburga (1883-1970) se přiklonil k
fyziologické chemii. Pracoval v chemické laboratoři na klinice v Heidelberku a v zoologické stanici v
Neapoli (stejně jako Warburg). V r. 1912 odešel na univerzitu do Kielu, kde ve fyziologické laboratoři
zůstal do r. 1924 nejdříve jako soukromý docent a poté profesor (od r. 1918).
V r. 1924 přešel na Biologický ústav císaře Viléma v Berlíně-Dahlemu a v r. 1929 se stal vedoucím
oddělení fyziologie na Ústavu medicínského výzkumu císaře Viléma v Heidelberku (povolán Ludolfem
Krehlem, 1861-1937). Poslední funkci v Německu si podržel do r. 1938. Pak byl jako vědec židovského
původu nucen odejít. V Paříži byl vědeckým ředitelem na ústavu fyzikálně-chemické biochemie („Biologie
Physico-Chimique“). Po německém útoku uprchl na severozápad Francie (1940), odkud se s manželkou
dostal do USA (s pomocí Rockefellerovy nadace). V Americe získal profesuru na Pensylvánské univerzitě
(fyziologická chemie), kde už od r. 1934 působil jeho přítel a bývalý šéf z Kielu, fyziolog Rudolf Höber
109
(1873-1953), taktéž donucený k emigraci pro svůj původ. V roce 1946 získal americké občanství a v r.
1949 byl zvolen do Národní akademie věd.
Už v r. 1913 Meyerhof přednášel o energetice živých buněk, což bylo jedno z prvních použití fyzikálních
zákonů termodynamiky ve fyzikální chemii. Ve své práci předpokládal, že zdrojem energie je potrava; ta
se v těle přeměňuje řadou kroků přes meziprodukty a konečně se energie uvolňuje jako teplo. Začal
proto studovat svalovou tkáň, související přeměny energie a chemické změny nutné pro fungování
svalové buňky. Zajímal se o analogii mezi respirací ve svalu a alkoholovou fermentací v kvasinkách. V r.
1918 potvrdil, že koenzymy, které se účastní produkce mléčné kyseliny ve svalové buňce, jsou stejné
jako koenzymy objevené Hardenem a Youngem pro alkoholové kvašení. Meyerhof zjistil, že ve svalu je
při anaerobních podmínkách glykogen přeměňován na laktát. V přítomnosti kyslíku je jen malá část
laktátu oxidována a zbytek se přeměňuje zpět na glykogen. Objev cyklu kyseliny mléčné byl prvním
důkazem cyklického charakteru přeměny energie v buňkách. Pasteur-Meyerhofův efekt popisuje
skutečnost, že aerobně se ve svalu spotřebovává méně glykogenu než za anaerobních podmínek
V r. 1932 Meyerhof ukázal spojitost mezi spotřebou fosfátu a štěpením ATP při glykolýze. V r. 1934 člen
jeho týmu Karl Lohmann (1898-1978) prokázal, že biosyntéza ATP souvisí s odbouráním glukosy a také
potvrdil, že kreatinfosfát (objeven 1926) je zdrojem energie pro tvorbu ATP (objeven právě Lohmannem
v r. 1929). To vedlo k závěru, že hydrolýza ATP je primárním zdrojem energie pro svalovou kontrakci.
Výzkum glykolýzy počíná objevem Luise Pasteura (1822-1895) v r. 1860, který ukázal, že mikroorganismy
jsou zodpovědné za fermentaci. V r. 1897 Eduard Buchner (1860-1917) zjistil, že fermentovat lze
bezbuněčným extraktem. V r. 1905 pak Arthur Harden (1865-1940) a William Young (1878-1942)
ukázali, že pro glykolýzu je důležitý anorganický fosfát a termolabilní zymasa (ve skutečnosti směs
enzymů), která má termostabilní část, kozymasu (kovové ionty, ADP, ATP a koenzymy vč. NAD+). Celá
glykolýza byla za přispění Meyerhofova týmu vysvětlena do r. 1940. Meyerhofův tým samotný objevil
zhruba třetinu zúčastněných enzymů. Krátce před svou smrtí navrhl průběh glykolýzy od glykogenu k
laktátu Gustav Embden (1874-1933).
Literatura:
Barnett JA (2005) Glucose catabolism in yeast and muscle. Compr. Biochem. 44: 1-132. DOI:
10.1016/S0069-8032(05)44001-2
Nachmansohn D, Ochoa S, Lipmann FA (1960) Otto Meyerhof (1884-1951). Biogr. Mems. Natl. Acad. Sci.
34: 153-182.
Peters RA (1954) Otto Meyerhof. 1884-1951. Obit. Not. Fell. R. Soc. 9: 174–178. 10.1098/rsbm.1954.0013
Raju TN (1998) The Nobel chronicles. 1922: Archibald Vivian Hill (1886-1977), Otto Fritz Meyerhof (18841951). Lancet 352: 1396-1424. DOI: 10.1016/S0140-6736(05)60805-7
Fotografie pochází z Wikipedie, jejím primárním zdrojem je The Nobel Prize Foundation.
110
Leonor Michaelis
(*16. 1. 1875 – †8. 10. 1949)
Michaelis byl německý biochemik, fyzikální chemik a lékař židovského původu. Narodil se v Berlíně a zde
v r. 1893 ukončil klasické gymnázium (ovládal latinu a řečtinu). Na školepřitom byla solidní chemická
laboratoř, což mu umožnilo naučit se základům chemie při dobrovolném vzdělávání. Ve stejném roce
začal studovat medicínu na berlínské univerzitě, kde byl Emil Fischer (1852-1919) jeho profesorem
chemie a Emil du Bois-Reymond (1818-1896) profesorem fyziologie. Během studia pracoval v laboratoři
profesora anatomie a zoologa Oskara Hertwiga (1849-1922). Jeho doktorská práce se zabývala
embryologií, v té době už publikoval vědecké články. Závěrečné zkoušky absolvoval ve Freiburku (1897),
doktorát medicíny předtím získal v Berlíně v r. 1896. V l. 1898-1899 byl soukromým asistentem Paula
Ehrlicha (1854-1915) a připravoval histologické preparáty.
Po škole pracoval jako soukromý asistent také u lékařů Moritze Littena (v l. 1900–1904 v městské
nemocnici v Berlíně) a Ernsta Viktora von Leyden (od r. 1904, nemocnice Charité). Na druhém působišti
zjistil například rozdílnou vnímavost myší různých ras vůči přenosu rakoviny a věnoval se práci
s ultramikroskopem od firmy Zeiss.
111
V r. 1903 dosáhl pozice soukromého docenta na univerzitě. Jeho habilitační práce se věnovala
imunologickým vlastnostem proteinů, např. sérového albuminu pozměněného krátkým působením
pepsinu. Zabýval se rovněž Wassermannovým testem syfilitidy. Michaelis objevil Janusovu zeleň pro
barvení mitochondrií (publikováno v r. 1900) a spoluobjevil Michaelis-Gutmannovo tělísko při infekci
močových cest (1902).
V r. 1905 se zahájil působení v bakteriologické laboratoři nemocnice „am Urban“ v Berlíně. Zde pracoval
až do roku 1922, přátelil se s Peterem Ronou (1871-1945), chemikem stejné nemocnice, mimo své
povinnosti ho zaujaly rozmanité fyzikálně chemické problémy. Byly to záležitosti krevního cukru (zjistilo
se, že glukosa je v krvi volná nikoli vázaná na proteiny a má různou hladinu v plazmě a červených
krvinkách), vodíková elektroda pro měření koncentrace vodíkových iontů (s publikováním ho předběhl
Dán Søren P. L. Sørensen (1868-1939); zjistil, že závislost enzymové aktivity na pH odpovídá disociaci
slabé kyseliny), teorie disociace amfoterních elektrolytů (isoelektrický bod a jeho význam, nejen pokud
jde o náboj, ale i rozpustnost a precipitovatelnost proteinů), měření hodnot isoelektrických bodů
proteinů, enzymová kinetika (měření s různými koncentracemi substráty při konstantním pH, určování
konstanty afinity – později konstanta Michaelise-Mentenové), studium enzymových inhibitorů,
aglutinace baktérií v kyselém prostředí, adsorpce elektrolytů např. barviv, pH indikátory.
Známá je jeho úloha při formulování slavné rovnice Michaelise-Mentenové (1913) odvozené spolu s
Maud Leonorou Mentenovou (1879-1960) z výsledků experimentální práce sledování kinetiky reakce
invertasy, která katalyzuje hydrolýzu sacharosy na glukosu a fruktosu. Rovnice byla navržena jako
matematický model této reakce.
Během války působil v nemocnici, poté se vrátil zpátky k práci bakteriologa. V r. 1921 se také stal
mimořádným profesorem fyzikální chemie aplikované v medicíně a biologii na berlínské univerzitě,
ovšem bez platu, rozpočtu a laboratoře pro práci se studenty. Přijal proto nabídku soukromé firmy
s příslušným zabezpečením.
Poté co po právu zpochybnil spolehlivost těhotenského testu (cystin v moči, Abwehrfermente)
švýcarského biochemika Emila Abderhaldena (1877-1950), ztratil kredit v Německu a musel odejít hledat
místa v zahraničí.
V r. 1922 proto odešel do Japonska na Lékařskou fakultu univerzity v Nagoji jako profesor biochemie. Byl
jedním z prvních zahraničních profesorů na japonských univerzitách, původně na rok, nakonec byl
kontrakt prodloužen na tři roky. Zde se věnoval potenciometrickým měřením a experimentům
s membránou propustnou specificky pro kationty (membrána ze suchého kolodia). Měl nadání pro
jazyky, během pobytu v Japonsku se naučil japonštině.
V r. 1924 podnikl na pozvání fyziologa Jacquese Loeba (1859-1924) přednáškové turné po Spojených
státech. V té době obdržel nabídku z Univerzity Johnse Hopkinse v Baltimoru, Maryland, pracovat zde
jako vyučující po dobu tří let po skončení smlouvy v Japonsku. Nabídku Michaelis přijal. Po vypršení
smlouvy v r. 1929 přešel na Rockefellerův ústav lékařského výzkumu v Novém Yorku, kde zůstal až do
odchodu na odpočinek v r. 1941.
112
Výzkumná práce v Americe se především týkala oxidoredukčních dějů – potenciálů reverzibilních
oxidačních systémů, dále se zabýval rolí těžkých kovů jako katalyzátorů oxidace a seminchinonovými
radikály. Existence volných radikálů ve vodném prostředí v rovnováze s mateřskými sloučeninami v té
době působila nedůvěryhodně a v amerických časopisech byla odmítnuta a publikována mimo USA.
Potvrzením byl experimentální důkaz paramagnetismu.
Dalším předmětem Michaelisova výzkumu v USA byl keratin a jeho přeměna redukcí S-S vazeb na
rozpustný protein štěpitelný v roztoku pepsinem a trypsinem. Po reoxidaci SH- skupin vznikala nová
struktura. Použití kyseliny thioglykolové jako redukčního činidla našlo odezvu v kosmetickém průmyslu
(depilace) a kadeřnictví (trvalá ondulace).
Spolu s asistentem Samem Granickem studoval metabolismus železa, včetně výzkumu ferritinu a
apoferritinu. V r. 1943 byl zvolen členem Národní akademie věd, byl rovněž členem dalších vědeckých
společností.
Literatura:
Michaelis L, Macinnes DA, Granick S (1958) Leonor Michaelis. 1875-1949. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 31:
282-321.
Fotografie pochází z Wikipedie.
113
Stanley Lloyd Miller
(*7. 12. 1930 – †20. 5. 2007)
Miller je považován za zakladatele prebiotické chemie (syntetická organická chemie zaměřená na tvorbu
látek za přirozených podmínek v geokosmochemickém prostředí). K tomu dospěl díky pokusu s
Haroldem Claytonem Ureyem (1893-1981), který znamenal důkaz prebiotické tvorby aminokyselin za
podmínek simulace primitivní zemské atmosféry. Pionýrská práce byla publikována v časopisu Science v
roce 1953.
Miller se narodil v Oaklandu v Kalifornii, jeho židovští rodiče měli předky z východní Evropy. Oba
studovali na Kalifornské univerzitě, kde se potkali. Otec byl úspěšný právník, matka byla učitelka. Po
střední škole studoval na UCB chemii stejně jako jeho bratr. V magisterském studiu pokračoval od r. 1951
v Chicagu. Při příchodu do Chicaga se zajímal o možnost pracovat na nějakém projektu. Edward Teller
mu nabídl téma vzniku prvků ve hvězdách. Navštívil však seminář nobelisty Harolda C. Ureye, který
prezentoval myšlenku redukující atmosféry (CH4, NH3, H2S a H2) a prebiotické syntézy organických
sloučenin, o kterém mluvil už Alexandr I. Oparin (1894-1980) v r. 1924.
U Tellera pracoval na projektu bez zajímavých výsledků rok, školitel navíc měl odejít z Chicaga. V září
1952 navrhl Ureyovi experimenty prebiotické syntézy, Urey však byl skeptický s tím, že to není vhodné
téma pro diplomanta. Nakonec Urey, který mu nejřív nabízel analýzy obsahu thalia v meteoritech,
souhlasil, vymínil si však výsledky během roku, jinak chtěl experimenty ukončit. Začalo se konstrukcí
aparatury, kde měly být plyny a voda. Jako zdroj energie byl zvolen elektrický výboj po vzoru např. lorda
Henryho Cavendishe (1731-1810), který v r. 1788 díky výboji vytvořil kyselinu dusitou. Uvědomil si výskyt
114
blesků v rané atmosféře a koronární výboje případně vulkanické erupce. Aparatura se skládala ze dvou
baněk spojených skleněnými trubicemi. V jedné baňce byla voda (zahřívaná), v druhé byly elektrody a
směs redukující atmosféry (methan, amoniak, vodík). Jedna z trubic šla přes chladič do U-trubice, odkud
se kondenzát páry z baňky s plyny vracel do baňky s vodou. Tak bylo simulováno odpařování oceánů a
přítomnost vodní páry v atmosféře, stejně jako déšť a tok řek do oceánu. Celkem byly konstruovány ještě
další dvě aparatury, jedna měla trysku, která simulovala vulkanické erupce vháněním oblaku páry do
výboje. Třetí aparatura využívala tichého výboje namísto jisker.
Na podzim 1952 S. Miller prokázal s jednoduchými metodami přítomnost glycinu v kondenzátu (po dvou
dnech jiskření). Po týdnu výbojů měla voda žlutou barvu a výbojová baňka byla pokryta tmavým
olejovým materiálem. Kromě glycinu bylo prokázáno několik dalších aminokyselin. Byl sepsán rukopis,
kde Urey odmítl spoluautorství a který nakonec vyšel v časopisu Science. Ve stejné době byl posuzován i
článek Wilde et al., který také vyšel v r. 1953, autoři zkoušeli syntézu s CO2, obloukovým výbojem a
vodou, ale nenašli ve výsledku zajímavé sloučeniny jako např. formaldehyd. S. Miller pokračoval v
analýzách identifikace aminokyselin, např. měření teploty tání, bylo potvrzeno 9 různých látek (Gly, Glu,
Ala, β-Ala). Byly také nalezeny hydroxykyseliny např. glykolová k., mléčná k. (1955). Uvažoval proto
Streckerovu syntézu z HCN a aldehysů nebo ketonů v přítomnosti amoniaku – tvoří se nitrily
hydrolyzované konečně na AK. Tvorbu HCN a aldehydů dokázal (1957).
Millerovy výsledky potvrdil anglický tým a další laboratoře s jiným uspořádáním pokusu, ale ukazující
nutnost redukující atmosféry. V r. 1954 získal Miller Ph.D. v oboru chemie a odešel na Caltech, kde měl
rok stipendium. Poté byl do r. 1960 na katedře biochemie Lékařské fakulty Kolumbijské univerzity, odkud
přešel na Kalifornskou univerzitu v San Diegu. V době studené války byl v r. 1957 pozván A. I. Oparinem
do SSSR na první vědecké setkání o původu života. Po návratu byl vyslýchán agenty tajné služby.
Na počátku 70. let byl Miller-Ureyův experiment opakován ve spojení s analyzátorem aminokyselin a bylo
nalezeno 33 různých aminokyselin, z toho 10 proteinogenních. Podobné složení aminokyselin se záhy
našlo v jistém meteoritu (1972) potvrzující význam Streckerovy reakce. Miller pokračoval ve výzkumech
prebiotické syntézy po zbytek aktivního života. Věnoval se stabilitě vytvořených látek se zřetelem k
nalezení přechodu mezi jednoduchými abiotickými látkami a biochemickými strukturami, což mělo vést
k nalezení látky s možností soběstačné replikace. Po Millerově smrti byly nalezeny vialky s vysušeným
materiálem z původních experimentů v l. 1952-54 a 1958. Šlo o neanalyzované výsledky z „vulkanické“
aparatury a z pokusů, kde byl v redukující atmosféře přítomen H2S. Následné moderní analýzy prokázaly,
že z „vulkanické“ aparatury byla petřejší kolekce aminokyselin, ale i aminů. V přítomnosti sulfanu se
tvořily organosirné sloučeniny včetně aminokyselin.
Literatura:
Bada JL, Lazcano A (2012) Stanley L. Miller. 1930-2007. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci., 24 stran.
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
115
Stanford Moore
(*4. 9. 1913 - †23. 8. 1982)
Moore získal v r. 1972 Nobelovu cenu za chemii spolu s Christianem B. Anfinsenem (1916-1995) a
Williamem H. Steinem (1911-1980), všichni za výzkum ribonukleasy (vztah mezi sekvencí a strukturou,
vztah mezi strukturou aktivního místa a katalytickou aktivitou).
Jeho rodiče se poznali na Stanfordově univerzitě, odkud dostal křestní jméno. Jeho otec na univerzitách
vyučoval právo, v r. 1924 získal místo na Vanderbiltově univerzitě v Nashvillu. Moore chtěl původně být
učitelem, ale zaujala ho chemie, kterou od r. 1931 na Vanderbildtově univerzitě spolu leteckým
inženýrstvím. Ve třetím ročníku se pod vlivem učitele zaujal organickou chemií a v r. 1935 v oboru
chemie získal bakalářský titul jako vynikající student.
Pokračoval ve studiu ve Wisconsinu, kde diplomovou práci vypracovával u Karla Paula Linka (1901-1978),
objevitele antikoagulantu warfarinu, který měl zkušenosti z pobytu u nobelisty Fritze Pregla (1869-1930)
ve Štýrském Hradci, specialisty na mikroanalytické techniky (Nobelova cena za chemii v r. 1923). To mělo
velký vliv na pozdější zájem o vývoj nových metod automatizované analýzy. Studoval tehdy reakci
fenylendiaminu se sacharidy, vzniklé krystalické benzimidazoly bylo možné použít pro identidikaci
monosacharidů.
V r. 1939 dokončil disertaci a dostal nabídku na vědeckého pracovníka v laboratoři Maxe Bergmana
(1886-1944), žáka Emila Fischera (1852-1919), na Rockefellerově ústavu pro medicínský výzkum v New
Yorku, který zde pracoval po přesídlení z Německa v r. 1934. Mooreův výzkum byl zaměřený na
strukturní chemii proteinů se zájmem na gravimetrické stanovení aminokyselinového složení.
116
Do laboratoře se připojil W. H. Stein, který ukázal výhodu použití aromatických sulfonových kyselin pro
selektivní precipitaci aminokyselin a sledování rozpustnosti s korekcí na obsah rozpuštěné (neprecipitované aminokyseliny).
V době války (od r. 1941) dvojice pracovala na válečném výzkumu, např. fyziologických účinků
zpuchýřujících plynů na molekulové úrovni, za účelem vývoje léčiv. Od r. 1942 Moore narukoval a
pracoval na několika místech v USA. Max Bergmann zemřel v r. 1944 a jeho oddělení zaniklo. Po válce
ředitel Rockefellerova ústavu Herbert Spencer Gasser (Nobelova cena za fyziologii a medicínu v r. 1944)
nabídl Mooreovi a Steinovi prostory bývalého oddělení pro pokračování aminokyselinové analýzy.
V té době byla v Anglii vyvinuta rozdělovací chromatografie (A.J.P. Martin a R.LM. Synge). Nabízela se tak
pro analýzu aminokyselin, současně chemik Lyman C. Craig (1906-1974) na RÚ ověřoval frakcionaci
peptidových antibiotik.
Kolonová chromatografie byla postavena na bramborovém škrobu a dvoufázové směsi alkohol/vodný
roztok kyseliny pro eluci. Pro detekci AK v eluátu používali ninhydrinovou reakci známou od r. 1911, pro
reprodukovatelné výsledky prováděnou v přítomnosti redukovadla (SnCl4). Eluát byl sbírán ve frakcích a
zbarvení měřeno na spektrofotometru. Zpočátku to šlo manuálně, pak byl vyvinut automatický sběrač s
počítadlem kapek (světelné hradlo).
V r. 1949 byla metoda optimalizována, takže pro určení AK složení v hydrolyzátu bylo třeba tří běhů (14
dní). Analyzovány byly proteiny beta-laktoglobulin a sérový albumin, potřebné množství bylo 5 mg a
chyba do 5 %. Pro každou analýzu byla nová kolona.
Nepraktický škrob byl posléze nahrazen iontoměničem (sulfonátovaná polystyrenová pryskyřice). K eluci
sloužily citrátové a acetátové pufry o rostoucím pH a koncentraci při různé teplotě. Problémy se
standardizací byly překonány použitím nových chromatografických materiálů. Obsah AK byl analyzován v
různých tělních tekutinách.
V r. 1948 začal Frederick Sanger (1918-2013) se spolupracovníky v Anglii analyzovat primární strukturu
řetězců insulinu metodikou vycházející ze štěpení polypeptidu na malé peptidy, jejich separace a určení
sekvence. Moore byl u Sangera na stáži v r. 1950.
Moore a Stein si v 50. letech vybrali pro určení sekvence ribonukleasu, paralelně vztah struktury a funkce
studoval Christian B. Anfinsen (1916-1995) v Bethesdě.
Hydrolýza oxidovaného proteinu proběhla s trypsinem, peptidy se separovaly na iontoměniči a
analyzovalo jejich složení. Pro poskládání peptidů do sekvence enzymu se vycházelo z překryvů
nalezených chymotrypsinovým a pepsinovým štěpením. Rychlost byla limitována aminokyselinovou
analýzou. Stein a Moore svoje metody a přístroje nikdy nepatentovali. Po smrti Moore odkázal majetek
Rockefellerově univerzitě.
117
Od r. 1956 se pracovalo na automatickém aminokyselinovém analyzátoru dokončeném v první verzi do r.
1958. Oproti manuální analýze vzorku trvající až tři dny (stovky měření na spektrofotometru) se doba
analýzy nakonec zkrátila až na hodinu a o několik řádů se zvedla citlivost.
Úplná primární struktura RNasy byla publikována v r. 1963, o šlo o první takto analyzovaný enzym.
Následovala analýza inaktivace enzymu jodoctovou kyselinou a byla nalezena místa zásahu v aktivním
místě v závislosti na pH. Práce na RNase byla oceněna Nobelovou cenou za chemii pro Moorea, Steina i
Anfinsena.
Rozsah další výzkumu rostl s množstvím studentů a postdoktorandů. To vedlo k určení sekvence DNasy z
pankreatu, strukturním analýzám pepsinu a dalších hydrolas, studiu mechanismu reakcí proteinů s
inhibitoru apod.
V r. 1969 Stein po nemoci ochrnul, ale spolupráce dále pokračovala.
Literatura:
Smith EL, Hirs CHW (1987) Stanford Moore. 1913-1982. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 56: 354-385.
Fotografie pochází z Wikipedie
118
Vladimír Morávek
(*15. 1. 1896 - †17. 2. 1992)
Vladimír Morávek byl profesorem biochemie na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně a
zakladatelem tamní katedry biochemie. Založil také výzkumné laboratoře v dnešním Masarykově
onkologickém ústavu v Brně. Narodil se v Kuklenách, vystudoval farmacii v Praze (1919) a jako doktorand
rostlinného fyziologa Vladimíra Úlehly (1888-1947) s ním přešel na nově založenou Masarykovu
univerzitu, kde dokončil doktorskou disertaci. Úlehla byl od r. 1921 jmenován mimořádným profesorem
a na brněnské univerzitě (řádným profesorem zde byl od r. 1931), přičemž zřídil a vedl Ústav pro
fyziologii rostlin.
V r. 1927 se Morávek habilitoval v oboru chemická fyziologie. Pojem biochemie se tehdejším
profesorům klasických disciplín zdál nepatřičný. Bylo to po stipendijním pobytu ve Švédsku, Kanadě a v
USA (1922 až 1927). Ve třicátých letech působil na Ústavu fyziologie rostlin jako soukromý docent. Se
zakladatelem nynějšího Biofyzikálního ústavu AV ČR v Brně, Ferdinandem Herčíkem (1905-1966),
prováděl pokusy s Rousovým sarkomem slepic, což byl první experimentální objekt onkologie. S touto
tématikou se seznámil v Americe u samotného Francise Peytona Rouse (1879-1970).
V novém onkologickém ústavu na Žlutém kopci vedl Morávek od r. 1934 výzkumnou laboratoř. Tu
rozdělil na dvě oddělení – kontrolní, pracující pro klinickou část (byla ve čtyřech místnostech –
histologické, diagnostické, pro hrubé práce a místnost pro chov pokusných myší, kterých bývalo až 1500),
a badatelské s pěti místnostmi (biochemickou, analytické chemie, kultury tkání, temnou komorou a pro
větší pokusná zvířata). Pokračoval zde ve studiu mnohostranné biochemické role cholesterolu v
živočišných buňkách, sledoval výsledky léčby zářením prvky radia a jeho rozpadovým produktem, tzv.
radiovou emanací (plynným radonem), zavedl metody analýzy krve, moči a tělních tekutin, které poznal
na studijním pobytu v laboratořích Alberta Fischera v Kodani. Běžně zval k účasti na vědecké a
laboratorní práci prof. Wernera a klinické lékaře, s nimiž hledal v krevním séru chemicky specifické
včasné indikátory rakovinného bujení. V jeho době to byly odvážné výzkumné postupy.
119
Po válce byl Morávek jmenován řádným profesorem biochemie na Přírodovědecké fakultě Masarykovy
univerzity (1945). Zpočátku působil v Ústavu farmaceutické chemie na Kotlářské ulici (1949-1953), byl
krátce i děkanem PřF (1948-49). Za historický počátek současného Ústavu biochemie se považuje
uvolnění jediné místnosti v Úlehlově ústavu, kde Morávek experimentoval s asistentkou (od 1950). V l.
1952-1953 pak získali místnosti v budově po farmaceutické chemii. Po odchodu asistenky RoháčkovéKyselé se novým asistentem prof. Morávka stává Ladislav Skurský (1928-2011), který v r. 1952 ukončil
studium organické chemie. Důležitým faktorem rozvoje bylo specializované studium biochemie (v rámci
chemie), první absolventi byli v r. 1953. Z nich se v témže roce dalším asistentem stal Morávkův
diplomant Vladimír Dadák (*1931). V roce 1954 pak přišel organický chemik Lumír Macholán (*1931).
Ústav biochemie byl v té době součástí Katedry organické chemie a biochemie. K osamostatnění
biochemie došlo v r. 1960. Prvním vedoucím byl Ladislav Skurský (s přerušeními až do r. 1973).
Morávkův výzkum v 50. letech 20. stol. byl hledáním změn v krevním séru v důsledku nádorového bujení.
Sledoval změny v koloidních rovnováhách - měřil sedimentaci aktivního uhlí a prováděl nefelometrická
měření zákalu způsobený přidáním hydroxidu s kyselinou sulfosalicylovou do séra. Pro záznam
zákalových křivek zkonstruoval poloautomatické zařízení, ústav pak získal polarograf, Warburgův
manometr a spektrofotometr. Jedním z diplomantů té doby byl odborník na elektrochemii nukleových
kyselin Emil Paleček (*1930) z Biofyzikálního ústavu AV ČR. Dalším objektem zájmu bylo
oscilopolarografické studium cholesterolu, kde so Morávek povšiml odlišného chování volného a
esterifikovaného cholesterolu. Jako první tak objevil enzym, který nazval „syntetizující
cholesterylesterasa“ (lecithin-cholesterolacyltransferasa).
Macholán a Skurský se věnovali chemickým syntézám aminoketokyselin odvozených od ornithinu a lysinu
se zaměřením na biosyntézu alkaloidů. Morávek navrhoval studium koacervace koloidů (fázová separace
koloidu na dvě kapalné fáze- koncentrovanější fáze se nazývá koacervát, zředěnější je rovnovážný roztok)
v souladu s představou vzniku života (Oparin, 20. léta). Dadák studoval antibiotickou účinnost přírodních
látek z rostlin. Na konci 50. let Skurský přednášel biochemii, Macholán biochemické metody. Od r. 1963
byl novým asistentem Zdeněk Pechan. Ačkoli byl prof. Morávek ještě řadu let členem ústavu a vedl
diplomanty většinou v oboru klinické biochemie, neměl již výraznější vliv na utváření nového profilu
vědecké práce.
Literatura:
Skurský L (1993) Cholesterol a rakovina - počátky biochemie v Brně. In: Brněnská věda a umění
meziválečného období (1918-1939) v evropském kontextu. Sborník příspěvků z konference konané v rámci
oslav 750. výročí udělení městských práv Brnu ve dnech 22.-25. září 1993 Brno. Masarykova univerzita, s.
221-224.
Skurský L (1999) Biochemie na PřF MU. Folia Historica, Fac. Sci. Masaryk Univ. 68: 1-25.
Fotografie pochází z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity (http//sci.muni.cz/).
120
Carl Neuberg
(*29. 7. 1877 - †30. 5. 1956)
Neuberg byl jedním z průkopníků biochemie. Bývá zván „otcem biochemie“ (v r. 1903 poprvé použil
termín biochemie). Byl také prvním editorem časopisu Biochemische Zeitschrift (nyní FEBS J.) založeného
v r. 1906. Jde o nejstarší biochemický časopis. Narodil se v Hannoveru a studoval chemii na univerzitách
ve Würzburku a Berlíně. Jeho učiteli byli např. Emil Fischer (1852-1919), Alfred Wohl (1863-1939),
Rudolf Virchow (1821-1902) a další. Doktorát získal v Berlíně v r. 1900. Pracoval na Patologickém ústavu
berlínské univerzity (zde 1903 soukromý docent, 1906 titulární profesor). V l. 1906-1913 vedl ústav
živočišné fyziologie a současné byl profesorem na Vysoké škole zemědělské v Berlíně. Od r. 1916 byl
profesorem berlínské univerzity (1919 řádným profesorem).
V r. 1913 získal místo na Ústavu císaře Viléma pro experimentální léčbu (vedoucí chemického oddělení).
Ředitelem ústavu byl August von Wassermann (1866-1925), bakteriolog, který objevil test pro diagnózu
syfilidy. Za první války byl Neuberg loajální německému válečnému úsilí, byl vojákem a prováděl studie
fermentačních procesů vedoucích k produkci glycerinu pro výrobu výbušnin. Po smrti von Wassermanna
v r. 1925 byl ústav reorganizován na Ústav císaře Viléma pro biochemii a Neuberg se stal jeho ředitelem.
Během 20. let 20. stol. byl několikrát nominován na Nobelovu cenu.
V r. 1934 byl nucen opustit místo ředitele na biochemickém ústavu v Dahlemu kvůli židovskému původu.
V r. 1936 byl v pozici nahrazen Adolfem Butenandtem (1903-1995), který podpořil jeho tajnou laboratoř
na jiném místě v Berlíně. V r. 1939 Neuberg odešel z Německa. Komplikovanou cestou přes Jeruzalém,
121
Persii, Indii a Novou Guineu se dostal v r. 1941 do NY, kde pak pracoval na univerzitě a dalších ústavech
do r. 1950.
V Německu zpočátku pracoval na problematice rozpustnosti sloučenin a buněčném transportu. V r. 1916
objevil hydrotropii – vlastnost některých sloučenin (např. soli organických kyselin, benzoan sodný)
zvyšovat rozpustnost hydrofobních látek ve vodě. Neubergovy hlavní výsledky byly v souvislosti s
metabolismem sacharidů, procesy fermentace a působením enzymů. Syntetizoval řadu sacharidů a
aminokyselin, určil strukturu rafinosy, inositolu a fytinu. Zjistil také klíčovou úlohu kyseliny pyrohroznové
v metabolismu sacharidů a definoval alkoholové kvašení. Neuberg objevil několik enzymů, včetně
pyruvátdekarboxylasy (1911) a β-glukuronidasy, stejně jako meziprodukt v metabolismu sacharidů,
fruktosa-6-fosfát (tzv. Neubergův ester). Neuberg byl zastáncem myšlenky, že všechny biochemické
procesy v buňce mají společné rysy.
Literatura:
Barnett JA (2005) Glucose catabolism in yeast and muscle. Compr. Biochem. 44: 1-132. DOI:
10.1016/S0069-8032(05)44001-2
Nordwig A (1984) Carl Neuberg: fate of a Jewish biochemist in the Third Reich. Trends Biochem. Sci. 9:
498-499. DOI: 10.1016/0968-0004(84)90322-0
Fotografie pochází z Wikipedie, primárním zdrojem je http://www.amphilsoc.org/.
122
Marshall Warren Nirenberg
(*10. 4. 1927 – †15. 1. 2010)
M. W. Nirenberg byl americký biochemik a genetik židovského původu. V roce 1968 získal Nobelovu cenu
za fyziologii a medicínu spolu Harem Gobindou Kharanou (chemická syntéza kodonů) a Robertem W.
Holleym (struktura tRNA) jako ocenění práce na vyluštění genetického kódu a popisu fungování
proteosyntézy.
Narodil se v New Yorku. Jako chlapec prodělal revmatickou horečku, proto se s rodiči přestěhoval na
Floridu (Orlando) kvůli klimatu. Na farmě získal zájem o biologii.
Studoval zoologii na Floridské univerzitě v Gainesvillu (1952), v roce 1957 získal doktorát z biochemie na
Michiganské universitě v Ann Arboru. Jako postdok-stipendista začal pracovat v Národních ústavech
zdraví (NIH). Poté získal místo vědeckého pracovníka (1959) a věnoval se vztahu DNA, RNA a proteinů. V
roce 1962 se stal vedoucím Oddělení biochemické genetiky na Národním ústavu pro onemocnění srdce,
šéfem laboratoří zůstal až do své smrti. Oženil se v roce 1961 a pak podruhé v roce 2005.
Na konci 50. let 20. století se ukázalo, že DNA je nositelkou genetické informace (Averyho-MacLeodůvMcCartyho experiment, experiment Hersheye a Chaseové, Watson-Crickova struktura, Meselsonův–
Stahlův experiment).
123
Nevědělo se však, jak se přenáší informace do proteinů a jaká je role RNA. Nirenberg na tom pracoval v
týmu s Heinrichem J. Matthaei na NIH. Jejich klíčový experiment (Nirenberg-Matthaei experiment)
ukázal, že poly(U) RNA (uracil je pouze v RNA) je v systému obsahujícím DNA, RNA, ribosomy a další
buněčný aparát pro proteosyntézu po rozkladu DNA DNasou překládán do polyPhe proteinu. Tohle bylo
ověřeno tak, že přidávali vždy jednu radioaktivní aminokyselinu a 19 neradioaktivních, postupně se
značení prostřídalo. Do vzniklého proteinu byl zabudován pouze radioaktivní fenylalanin (!).
Nirenberg zveřejnil výsledky na Biochemickém kongresu v Moskvě v srpnu 1961. Během několika let jeho
tým potvrdil, že kodon AAA se překládá jako Lys a kodon CCC jako Pro. Dalším průlomovým
experimentem byla práce postdoktoranda v Nirenbergově laboratoři Phillipa Ledera, který objevil
metodu (Nirenberg-Lederův experiment) pro luštění genetického kódu. Enzymová syntéza krátkých RNA
molekul, vlastně kodonů, to umožnila spolu s radioaktivně značenou aminoacyl-tRNA a částečně
purifikovanými ribosomy. Tyto výsledky doplnil Gobind Khorana. Nirenberg se na konci kariéry věnoval
neurovědě.
Období v l. 1961 a 1962 je často nazýváno „coding race", kvůli soutěži mezi laboratořemi –
Nirenbergovou na NIH a Ochoovou na univerzitě v Novém Yorku. Protože tehdy mohl první vědec z NIH
získat Nobelovu cenu, mnoho Nirenbergových kolegů odložilo svou vlastní práci a přispělo k řešení
genetického kódu.
Leder a Nirenberg v experimentu používali velmi krátké umělé RNA sekvence (tři nukleotidy) v
bezbuněčném systému. Tyto krátké fragmenty byly dostatečně dlouhé, aby se ribosom mohl vázat s
molekulou tRNA, která je komplementární k jednomu kodonu a přitom detekovatelná. Klíčovým krokem
experimentu bylo, že byl vždy označen jeden typ aminokyseliny a směs se filtrovala. Speciální filtr dovolil
průchod nenavázané tRNA, nikoli však ribosomům s vázaným tripletem. Byla pak sledována radioaktivita
vzorku. Bylo-li radioaktivita ve vzorku, který neprošel přes filtr, znamenalo to navázání odpovídající
aminokyseliny.
Literatura:
Nirenberg MW, Matthaei JH, Jones OW (1962) An intermediate in the biosynthesis of polyphenylalanine
directed by synthetic template RNA. Proc. Natl. Acad. Sci. 48: 104–109 .
Leder P, Clark BFC, Sly WS, Pestka S, Nirenberg MW (1963) Cell-free peptide synthesis dependent upon
synthetic oligodeoxynucleotides. Proc. Natl. Acad. Sci. 50: 1135–1143.
Zdrojem životopisných údajů i fotografie je The Nobel Foundation, http://www.nobelprize.org/.
124
John Howard Northrop
(*5. 7. 1891 - †27. 5. 1987)
Americký biochemik Northrop prokázal, že pepsin a trypsin jsou proteiny. Důležitost toho výsledku byla
ve všeobecném pochopení, že enzymy jsou proteinové povahy. V. r. 1946 získal Nobelovu cenu za
chemii spolu s chemikem Jamesem B. Sumnerem (1887-1955) a biochemikem/virologem Wendellem B.
Stanleyem (1904-1971).
Byl potomkem anglických imigrantů ze 17. stol., v rodu bylo několik vzdělanců a podnikatelů. Oba jeho
rodiče byli zaměstnáni na univerzitě. Otec však zemřel při požáru ještě před jeho narozením. Matka syna
vedla k přírodním vědám. Navštěvoval Kolumbijskou kolej, New York, titul B.S. získal v r. 1912.
Magisterské studium chemie ukončil v r. 1913, spolu s ním studoval např. George Scatchard (1892-1973),
pozdější odborník na enzymovou kinetiku. Jeho doktorské studium bylo zaměřeno na studium fosforu ve
škrobu (Ph. D. v r. 1915).
Jacques Loeb (1859-1974), biolog původem z Německa, ho přijal na Rockefellerův ústav pro lékařský
výzkum. Na Rockefellerově ústavu (později univerzita), zůstal Northrop řadu let. V r. 1917 se oženil.
Protože nerad dojížděl do New Yorku přešel do Laboratoře patologie živočichů při Rockefellerově ústavu
v Princetonu, New Jersey (1926). V letním období pracoval v laboratoři ve Woods Hole, Massachusetts.
Měl syna a dceru.
125
Northrop byl fyzicky zdatný, provozoval kanoistiku, šermoval, střílel, jezdil na koni, měl rád lov ryb i lov se
psy (ale výzkum na zvířatech považoval za nechutný). Měl však problémy se sluchem a vyhýbal se
vědeckým konferencím. Byl vcelku podnikavý (farmářství, výpravy na kanoi – sjíždění peřejí). V redakci
časopisu Journal of General Physiology působil téměř 70 let jako editor.
S J. Loebem se nejdříve věnoval studiu environmentálních faktorů ovlivňujících dědičnost (octomilky).
Zjistil, že octomilky žijí déle při nižší teplotě navzdory vyšší energetické spotřebě. Mouchy pěstoval ve
sterilních podmínkách stovky generací ve tmě, což nemělo vliv na jejich životní parametry.
Během 1. světové války byla poptávka po výrobě nedostatkových chemikálií, studovala se např.
mikrobiální produkce acetonu. Northrop vzpomínal v této souvislosti případ Chaima Weizmana (18741952), později prvního prezidenta Izraele, který pomocí procesu acetonového-butanolovéhoethanolového kvašení cukrů (Clostridium acetobutylicum) dokázal nahradit výpadek acetonu pro výrobu
výbušniny „cordite“ v Anglii. Britská vláda se odvděčila založením Izraele.
Po skončení války se vrátil na Rockefellerův ústav, s Loebem studoval heliotropismus krabů Limulus,
Donnanovy rovnováhy. S Mosesem Kunitzem (1887-1978) sledoval micelární vlastnosti želatiny, s jinými
kolegy pak např. aglutinaci baktérií a krvinek.
Významný byl především výzkum kinetiky pepsinu a trypsinu včetně inhibičního efektu některých
produktů štěpení. Povšiml si, že proteolytické enzymy nepoškozují struktury živých organismů, zatímco
mrtvé buňky jsou rychle rozkládány. Loeb zemřel v r. 1924.
V Princetonu Northrop vytvořil skupinu s Kunitzem a Mortimerem Louisem Ansonem (1901-1968).
Dalšími členy byli nejdříve Albert Krueger a pak Roger M. Herriott.
Northrop izoloval pepsin už v r. 1920, ale nebyl schopen ho krystalovat. Úspěch J. B. Sumnera s
krystalizací ureasy (1926) znamenal návrat k pepsinu, který se podařilo získat v krystalickém stavu
(1929). Jeho proteinová povaha byla demonstrována řadou experimentů (precipitační frakcionace).
Důkazem byla nemožnost oddělit protein od enzymové aktivity.
Pro další důkaz proteinové povahy se použil test rozpustnosti (Sørensen), kdy s čistou látkou po určitém
rozpouštěném množství dostaví saturace. Změnami pH a koncentrace soli dostával křivky rozpustnosti,
které odpovídaly teorii pro jednu čistou látku.
V r. 1933 bylo v Evropě popsáno, že pepsinová aktivita se váže na proteiny ze semen melounu, což se
vysvětlovalo jako „přenos aktivní skupiny“ (proti proteinové podstatě). Northrop opakováním postupu
potvrdil tuto vazbu, ale po okyselení roztoku pepsin příslušné proteiny rozštěpil a bylo možné jej znovu
získat nezměněný v krystalickém stavu.
V té době Kunitz pracoval na izolaci krystalického trypsinu. Northrop studoval reverzibilní tepelnou
denaturaci daného trypsinu a zjistil shodu mezi aktivitou a obsahem proteinu během denaturace. To bylo
jedním z důkazů (kromě testů rozpustnosti), že trypsin je protein.
126
Dalším předmětem zájmu byly viry. Zkoumán byl virus mozaiky brambor a virus mozaiky tabáku (TMV).
Studovaly se bakteriofágy infikující kolonie stafylokoků. Poté co Wendall Stanley na RÚ krystaloval TMV,
věnoval se Northrop od r. 1936 stafylokokovému fágu. Ze stovek litrů lyzátu precipitoval fága a prokázal
v něm nukleovou kyselinu, v TMV byla v té době jinými potvrzena RNA. Role nukleových kyselin nebyla
ještě známa, předpokládalo se, že fágy vznikají z prekurzorových proteinů.
Následoval výzkum protilátek. Northrop připravil v krystalickém stavu protilátku (antitoxin) vázající toxin
záškrtu.
Během druhé světové války se zabýval metodikou detekce toxických chemikálií.
V r. 1946 byl oceněn Nobelovou cenou za chemii, byla to první Nobelova cena za práci vykonanou na RÚ.
Na rok 1951 bylo ohlášeno zrušení laboratoře v Princetonu. Northrop tedy přijal od r. 1949 místo
profesora na Kalifornské univerzitě v Berkeley na západním pobřeží (bakteriologie a biofyzika), kde se
vrátil ke studiu bakteriofága.
Zajímal se o buněčné změny v lysogenních buňkách Bacillus megatherium, které indukovaly produkci
fágů - fosfát inhiboval a hořčík zvyšoval. Northrop ve svých závěrech předpověděl pozdější výsledky
experimentů Hersheye a Chaseové (1952) o důležitosti nukleové kyseliny jako transformačního principu.
Lysosensitivní buňky jsou ty, které mohou být infikované fágem; přeživší infikované buňky mohou nést
virus v neinfekční (lysogenní) formě. Northrop prokázal, že rychlost indukování produkce fágů u
lysogenních buněk je srovnatelná s rychlostí jejich mutace na rezistenci vůči antibiotikům.
Northrop odešel do důchodu v r. 1962, jako 96 letý spáchal sebevraždu.
Literatura:
Herriott RM (1994) John Howard Northrop. 1891-1987. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 63: 422-451.
Fotografie pochází z Wikipedie. Jejím primárním zdrojem je The Nobel Prize Foundation,
http://www.nobelprize.org/.
127
Severo Ochoa de Albornoz
(*24. 5. 1905 – †1. 11. 1993)
Severo Ochoa byl španělsko-americký lékař a biochemik, který v r. 1959 získal Nobelovu cenu za fyziologii
a medicínu spolu s Arthurem Kornbergem (1918-1927) za práci na biosyntéze RNA. Narodil se v Luarce
(Asturie) do rodiny právníka a obchodníka, otec zemřel, když mu bylo 7 let. S matkou se přestěhoval do
Malagy, kde navštěvoval školy. K biologii ho inspiroval učitel chemie a povědomí o práci neurologa
Ramóna y Cajal (1852-1934).
V roce 1923 začal studovat medicínu na univerzitě Complutense v Madridu u Juana Negrína, který byl
později (1937-1939) premiérem Španělské republiky. Negrín inicioval studium kreatininu, který Ochoa
spolu s dalším studentem José G. Valdecasasem izolovali z moči a vypracovali i metodu pro měření
koncentrace svalového kreatininu. Po precipitaci proteinů v extraktu kyselinou pikrovou se kreatinin
stanovil s Folinovým činidlem (J. Biol. Chem. 1929, 81, 351).
Od roku 1929 pracoval u Otto Meyerhofa v Berlíně a Heidelberku. Zde se setkával i s dalšími předními
biochemiky té doby: Otto H. Warburgem (1883-1970), Carlem Neubergem (1877-1956), Ejnarem
Lundsgaardem (1899-1968) a Fritzem Lipmannem (1899-1986).
128
V roce 1930 získal v Madridu doktorát medicíny, pak se oženil (1931) a zahájil doktorské studium na
London National Institute for Medical Research (NIMR), kde pracoval u Henryho Dalea. Pracoval na
enzymu glyoxalase, zde počíná jeho zájem o enzymy a intermediární metabolismus.
Po návratu do Madridu se věnoval studiu glykolýzy ve svalu. Mohl se stát ředitelem fyziologického
oddělení na novém výzkumném ústavu v rámci Lékařské fakulty univerzity v Madridu. V září 1936 ale pod
hrozbou občanské války opustil Španělsko a odešel do Německa. Pracoval u O. Meyerhofa (1884-1951) v
Heidelberku, kde se věnoval purifikaci enzymů z fermentačních procesů. Pak byl v Plymouthu a v l. 19381940 v Oxfordu.
Odtud se dostal do Spojených států, kde působil na několika univerzitách. Nejdříve u manžrlů Coriových
v St. Louis (Washington University, School of Medicine), pak na New York University, School of Medicine
(1942), kde se postupně stal odborným asistentem (1945), profesorem farmakologie (1946), profesorem
biochemie a šéfem katedry biochemie (1954) – zde až do roku 1974. Po udělení Nobelovy ceny se nadále
věnoval proteosyntéze a studiu replikace RNA virů. V roce 1985 se vrátil do Španělska.
Peters v Oxfordu objevil, že mozek holubů s nedostatkem thiaminu má sníženou schopnost oxidovat
pyruvát in vitro, která je vratná po dodání thiaminu avšak ne thiaminpyrofosfátu. Peters původně
předpokládal, že u živočichů je kokarboxylasou thiamin, nikoli thiaminpyrofosfát. Ochoa a Peters v roce
1938 prokázali, že mozek obsahuje thiaminpyrofosfát nikoli thiamin a že podávaný thiamin se
metabolizuje v játrech na thiaminpyrofosfát, který má funkci kokarboxylasy. Oxidace pyruvátu v
mozkových homogenátech vedla po přídavku ATP k fosforylaci hexosafosfátu nebo glukosy. Ochoa
ukázal, že oxidace je vlastně propojena s přeměnou AMP na ATP a následně s přenosem fosfátu na cukr.
Ochoa dále demonstroval dekarboxylaci oxalosukcinátu v přítomnosti manganatých iontů a
isocitrátdehydrogenasy. Se svými kolegy objevil dekarboxylační malátdehydrogenasu („jablečný
enzym”) - 1948. Později, v roce 1951 připravili v krystalické formě citrátsynthasu („condensing enzyme”)
a následně prokázali, že při kondenzaci oxalacetátu a acetyl CoA vzniká citrát a CoA. (1952). Ochoa se
rovněž podílel na popisu oxidační dekarboxylace pyruvátu (pyruvát jako donor acetylu) a na objevu CoA
transferasy a tvorby methylmalonyl CoA.
V 50. letech 20. století byl objeven enzym polynukleotidfosforylasa. Objev vycházel z pozorování, že 32P
byl in vitro extraktem z Azotobacter zabudováván do ADP, ale i IDP, UDP, CDP a GDP. Enzym také z těchto
difosfátů uvolňoval fosfát. Ochoa a Manago však neprokázali produkci AMP a příslušných analogů, ale
poly (A) atd. V laboratoři později získali dvouřetězcovou molekulu poly(A)-poly (U), jejíž struktura byla
prokázana krystalografií s poukázáním na podobnost se strukturou DNA. Enzym nebyl nalezen v savčích
buňkách, pomohl však k rozluštění genetického kódu („Rosetta stone of the genetic code”).
Polymerací ADP, UDP, GDP a CDP se tvořila náhodná sekvence. V 60. letech se ukázalo, že proteiny
vznikají přes mRNA (E. coli infikovaná fágem T2 produkuje mRNA, která se na ribosomech využívá k
produkci fágových proteinů). Odtud vzešla myšlenka syntetizovat in vitro proteiny z umělých
polynukleotidů jako templátů. Z poly(U) vzniká polyPhe (Nirenberg), na bázi poly(UC) byla sledována
inkorporace Phe, Ser, Leu, z poly(A) vznikal polyLys atd. Brzy byl objeven kód pro všech 20
proteinogenních aminokyselin. Nakonec M. W. Nirenberg (1925-2010) a H. G. Khorana (1922-2011)
129
nalezli mechanismus fungování tRNA a dvojice kodon-/-antikodon. Kombinace UAA, UAG a UGA byly
zjištěny jako nekódující. Iniciační kodon AUG byl objeven K. A. Marckerem v Cambridgi. Ochoa a spol.
pak objevili iniciační faktory translace (1966) a dále je studovali u prokaryot i eukaryot. Přišlo se na
funkci iniciační Met-tRNA.
Literatura:
Grunberg-Manago M (1997) Severo Ochoa. 24 September 1905-1 November 1993. Biogr. Mems Fell. R.
Soc. 43: 351-365. DOI: 10.1098/rsbm.1997.0020
Kornberg A (1997) Severo Ochoa (24 September 1905-1 November 1993). Proc. Am. Philos. Soc. 141: 478491.
Kornberg A (2001) Remembering our teachers. J. Biol. Chem. 276: 3-11.
Ochoa S (1980) The pursuit of
10.1146/annurev.bi.49.070180.000245
a
hobby.
Ann.
Rev.
Biochem.
49:
1-30.
DOI:
Salas M (2012) Severo Ochoa: biochemistry as a hobby. IUBMB Life, 64: 564-566. DOI: 10.1002/iub.1022
Fotografie pochází z Wikipedie. Jejím primárním zdrojem je The Nobel Prize Foundation,
http://www.nobelprize.org/.
130
Alexandr Ivanovič Oparin
(*18. 2. 1894 – †21. 4. 1980)
Oparin byl ruský a sovětský biochemik a biolog. Známý je pro jeho nepotvrzené teorie o vzniku života,
studoval také 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 matematicko-fyzikální 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.
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, nukleové kyseliny). 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 (18931981) v r. 1952 provedli experiment, kdy demonstrovali vznik aminokyselin výboji v prostředí plynů
131
redukční atmosféry. S obdobnou teorií abiogeneze přes prapolévku nezávisle přišel i Brit John B. S.
Haldane (1892-1964). Dnes se teorie koacervátů považuje za překonanou, 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.
Literatura:
Zdrojem
pro
životopisné
údaje
je
biografie
dostupná
https://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Oparin včetně ruské verze textu.
na
stránkách
Miller SL, Schopf JW, Lazcano A (1997) Oparin’s ‘‘Origin of Life’’: sixty years later. J. Mol. Evol. 44: 351–
353. DOI: 10.1007/PL00006153
Oparin AI (1938) The Origin of Life. Dostupné online na http://www.valencia.edu/~orilife/
Fotografie pochází z Wikipedie.
132
Nicolae (Nicolas) Constantin Paulescu
(1869-1931)
Paulescu byl rumunský fyziolog, profesor medicíny, objevitel insulinu a jeho vlivu na hladinu glukosy v
krvi. Narodil se v Bukurešti. Již v dětství uměl francouzsky, latinsky a starořecky. Měl nadání pro kresbu a
hudbu, inklinoval k přírodním vědám. Střední školu ukončil v r. 1888. Poté odešel do Paříže, kde se zapsal
na lékařskou fakultu. Jeho schopnosti přitáhly zájem prezidenta Francouzské lékařské akademie
Lancereauxe, který mu umožnil výzkumnou práci v nemocnici. Doktorát medicíny získal v r. 1897
(struktura a funkce sleziny).
Na Sorbonně získal diplomy z biochemie a fyziologie a doktorát věd (na úrovni habilitace). Asistoval u
Lancereauxe, věnoval se endokrinologii, prokázal např., že štítná žláza produkuje látky podporující
činnost nervového systému. Tehdy se předpokládalo, že štítná žláza odstraňuje toxiny. Podílel se na psaní
pětidílné knihy Traité de Médicine. V r. 1900 se vrátil do Bukurešti, kde se stal odborným asistentem
fyziologie. Od r. 1904 byl vedoucím katedry a současně působil jako lékař v nemocnici.
Věnoval se studiu hypofýzy na pokusných zvířatech, vypracoval přitom spolehlivou a relativně šetrnou
metodu pro úplné vynětí hypofýzy. Už během studia v Paříži se věnoval experimentům souvisejícím s
diabetem. V r. 1889 Josef von Mering (1849-1908) a Oskar Minkowski (1858-1931) ve Štrasburku
prokázali, že pankreas produkuje antidiabetickou látku. V r. 1906 Georg Ludwig Zülzer (1870-1949) v
Berlíně aplikoval pacientovi v komatu injekci alkoholového extraktu telecího pankreatu vyraběného
133
berlínskou firmou Schering („Acomatrol“). Po počátečném zlepšení stavu se ale projevily postranní
účinky preparátu a pacient zemřel.
Paulescu prováděl experimenty s extrakcí obsahu pankreatu. V r. 1916 zjistil, že injekce vodného
extraktu přináší mizení symptomů u diabetického psa (pokles hladiny krevního cukru). Výsledky včetně
přípravy extraktu publikoval až po válce (1921). Antidiabetický hormon nazval pankrein. Podobné
výsledky publikoval v JBC r. 1919 Israel Simon Kleiner (1885-1966). Při jiné než intravenózní aplikaci byly
problémy s nečistotami preparátu, což vyvolávalo podráždění. Čištění insulinu dovedl do stádia
rozpustného prášku. V té době ale na stejném problému pracovali F. G. Banting, J. J. R. Macleod, C. H.
Best a J. B. Collip, kteří v r. 1923 poprvé použili insulin při léčbě 14 letého chlapce.
Kontroverzní Nobelova cena za medicínu byla udělena v r. 1923 pouze Bantingovi a Mcleodovi, oba se ale
podělili s Bestem a Collipem o finanční odměnu. Objevy Paulesca však nebyly zohledněny.
Literatura:
Murray IAN (1971) Paulesco and the isolation of insulin. J. Hist. Med. Allied Sci. 26: 150-157.
DOI:10.1093/jhmas/XXVI.2.150
Fotografie pochází z Wikipedie.
134
Linus Carl Pauling
(*28.2. 1901- †19.8. 1994)
Linus Pauling je považován za největšího chemika 20. století. Měl široký záběr působení: kvantová
mechanika, krystalografie, mineralogie, strukturní chemie, imunologie, medicína, evoluce. Nejvíce je
znám pro proniknutí do podstaty chemické vazby, objev sekundárních struktur proteinů (helix, skládaný
list), objev podstaty srpkovité anémie. Byl jedním ze zakladatelů molekulární biologie. V roce 1954 získal
Nobelovu cenu za chemii. V r. 1962 získal Nobelovu cenu míru, byl tak oceněn jeho odmítavý postoj k
testování jaderných zbraní. Byl velkým propagátorem vitamínu C jako potravinového doplňku pro
zlepšení zdraví a prevenci onemocnění.
Narodil se v Portlandu v Oregonu, po otci měl německé a po matce irské kořeny. Otec byl nějaký čas
obchodním cestujícím, později si otevřel vlastní drogerii. Linus se brzy naučil číst, v devíti letech měl za
sebou četbu Bible či Darwinovy evoluční teorie. Četl též encyklopedii Britanniku. Ve škole byl schopný,
zajímal se o chemii a od r. 1917 studoval na Oregonské zemědělské univerzitě chemické inženýrství. Již v
18ti letech se stal instruktorem na katedře chemie, četl odborné knihy a časopisy a začal se zajímat o
problematiku chemické vazby. V roce 1922 získal bakalářský titul a přednášel úvodní kurz chemie pro
studentky domácnostní ekonomie, kde se seznámil s budoucí manželkou (Ava Helen Miller). V témže
roce se dostal na Kalifornský technologický ústav (Caltech) v Pasadeně, kde zůstal více než 40 let.
Důvodem bylo tříleté studium k získání doktorátu a nabídka stipendia od fyzikálního chemika Arthura
Amose Noyese (1866-1936), jednoho ze zakladatelů, spojená s částečným úvazkem instruktora. Jeho
disertace se zabývala rentgenovou difrakční analýzou. Spolu s R. G. Dickinsonem zjistil např. krystalovou
strukturu molybdenitu - MoS2. Doktorát získal s 12ti publikacemi mj. s Peterem Debyem (1884-1966) na
135
téma zředěných roztoků iontů. Od r. 1926 působil díky stipendiu na Ústavu teoretické fyziky v Mnichově
u Arnolda Sommerfelda (1868-1951).
V r. 1927 se vrátil na Caltech jako odborný asistent pro teoretickou chemii, aplikoval poznatky vlnové
mechaniky na atomy s více elektrony. V r. 1929 se stal docentem a v r. 1931 řádným profesorem.
Experimentální data se spolupracovníky získaval rentgenovou krystalografií, elektronovou difrakcí v
plynné fázi, IR, UV a Ramanovou spektroskopií – pro stovky molekul byly určeny meziatomové
vzdálenosti a vazebné úhly. Na těchto podkladech povstaly výsledky jako Paulingovy iontové poloměry
(velikosti iontů v krystalové mřížce) či Paulingova pravidla (5), která definují principy vzájemné interakce
mezi kationty a anionty v reálných strukturách.
V r. 1927 byla vyřešena Schrödingerova rovnice pro molekulový ion H2+ (dánský fyzik Øyvind Burrau),
Pauling přišel v r. 1928 s koncepcí LCAO („linear combination of atomic orbitals“) – vlnová funkce H2+
jako lineární kombinace atomových funkcí dvou atomů v základním stavu, energie interakce má pak
minimum. Tato koncepce byla základem i pro pozdější teorii molekulových orbitalů (MO; Friedrich Hund,
Erich Hückel, Robert S. Mulliken), i když ve své době Pauling dával přednost modelu valenční vazby (VB)
– elektronové páry kovalentní vazeb jsou v lokalizovaných orbitalech, každý elektron z páru má opačný
spin. Přišel rovněž s koncepcí hybridizovaných sp orbitalů pro vysvětlení čtyřvaznosti uhlíku. Dále přišel s
koncepty rezonančních struktur a elektronegativity. Vše shrnul v knize „The Nature of the Chemical
Bond“, vyšla poprvé r. 1939.
V r. 1941 se dietou vyléčil z Blightovy choroby (onemocnění ledvin), po vstupu USA do války se věnoval
válečnému výzkumu, např. přípravě umělých protilátek či měření obsahu kyslíku v ponorkách. Na konci
40. let se Paulingův záměr přesouvá od chemických vazeb ke struktuře a funkci biologických molekul. Zde
již dříve předpokládal velký význam vodíkových vazeb, svými myšlenkami předběhl prokázání DNA jako
nositelky genetické informace a roli enzymů při snižování aktivační energie reakcí a zvyšování jejich
rychlosti. Už v době hospodářské krize získal grant od Rockefellerovy nadace, věnoval se studiu
hemoglobinu, měřením magnetické susceptibility prokázal kovalentní vazbu kyslíku na železo v hemu –
žádné nepárové elektrony (Pauling a Coryell, 1936). S Alfredem E. Mirskym (1900-1974) popsal
denaturaci proteinů jako proces, který za jemných podmínek může být vratný, jinak je nevratný. Spolu s
Maxem Delbrückem (1906-1981) zmínili pojem komplementarita („complementariness“) jako podstatu
biologických interakcí, což rozpracoval na příkladu interakce protilátky s antigenem. Pokud jde o
protilátky, chybně se domníval, že mají stejné polypeptidové řetězce jako jiné globuliny a liší se pouze v
jeho konfiguraci. Neuměl tehdy vysvětlit, jaký mechanismus by na základě struktury antigenu vedl ke
změnám v pořadí aminokyselin.
V r. 1947 byl hostujícím profesorem v Anglii a přednášel v Oxfordu. Na základě krystalografické práce
Roberta B. Coreyho (1897-1971) s aminokyselinami a malými peptidy dospěl k modelu sekundární
struktury α-helixu proteinů (18 zbytků aminokyselin na 5 otoček helixu). V té době se objevila práce
Bragga, Kendrewa a Perutze (1950) o více možných helikálních strukturách α-keratinu. Pauling spolu s
Coreym a Bransonem publikovali práce o sekundárních strukturách proteinů v l. 1950 a 1951.
136
V r. 1952 byl proveden experiment Alfreda D. Hersheye (1908-1997) a Marthy Chaseové (1927-2003),
který ukázal, že DNA je nositelkou dědičné informace (fágová infekce vedla k inkorporaci fágové DNA,
fágový protein se nedostal do bakteriální buňky). V r. 1953 publikoval Pauling s Coreym práci o
struktuře DNA, když uvažovali sbalení protonovaných fosfátů (HPO4-) podél osy molekuly DNA a na ně
navázané pentosové zbytky s bázemi trčícími směrem ven. Ještě před publikací byla kopie textu zaslána
do Cambridge tandemu Watson-Crick, kteří byli i takto stimulováni k dokončení své struktury s
párováním bazí. Paulingova myšlenka byla chybná, překvapivě v ní opustil svůj princip komplementarity.
Důvodem byla nereprezentativní krystalografická data získaná z degradované DNA a při výpočtech
zanedbal velký obsah vody v DNA vzorcích. Jednoduše neměl k dispozici data od Rosalind Franklinové
(1920-1958) a publikování uspěchal.
Jako zakladatel molekulární biologie se Pauling uvádí pro pochopení příčiny srpkovité anémie na
molekulové úrovni. Intuitivně předpokládal chybu v sekvenci hemoglobinu vedoucí k agregaci molekul.
Potvrzení bylo umožněno příchodem elektroforézy (Pauling et al., 1949). Mnohem později pak bylo
sekvenční analýzou ukázáno, že jde o důsledek záměny Glu za Val v β-řetězci na pozici 6.
Dalším zajímavým výsledkem v souvislosti s hemoglobinem bylo zjištění, že odlišnosti v sekvencích
řetězců hemoglobinu u člověka, koně, gorily aj. mohou být využity jako „biologické hodiny“ pro
sledování evoluce (Zuckerkandl a Pauling, 1962). Tak bylo odvozeno, že rozdíl mezi člověkem a gorilou se
odvíjí od společného předka před 10 milióny lety, rozdíl mezi a- a β-řetězcem je starý až 600 miliónů let
(dáno frekvencemi mutací).
Pauling byl v 50. letech 20. stol. veřejně známou osobou. Pro svůj odpor k vývoji jaderných zbraní byl
odstaven od vládních výzkumných peněz a bylo mu bráněno cestovat mimo USA (McCarthyho éra, válka
v Koreji). V r. 1958 organizoval petici pro zákaz jaderných testů předanou generálnímu tajemníkovi OSN
Dagu Hammarskjöldovi, další petice se objevila v r. 1961. Po zákazu testů ve vzduchu, vesmírném a
podmořském prostoru v r. 1963 získal Pauling Nobelovu cenu míru za rok 1962. V 60. letech též měnil
působiště: Kalifornská univerzita v San Diegu (1967-69), Stanfordova univerzita (1969-1972).
Vzhledem k častému nachlazení na doporučení lékaře (Dr. Irwin Stone) začal užívat denně tři gramy
kyseliny askorbové. Stal se pak popularizátorem tohoto postupu, což se nesetkalo s pochopením lékařské
komunity. Spolupráce se skotským lékařem Ewanem Cameronem (1922-1991) vedla k publikaci o použití
vitamínu C jako terapeutika v konečné fázi rakoviny. Nynější pohled na pozitivní terapeutický efekt
vitamínu C zdůrazňuje jeho funkci antioxidantu. S Arthurem B. Robinsonem (*1942) založil Ústav pro
ortomolekulární medicínu (1973), který byl později přejmenován na nynější Ústav Linuse Paulinga (LPI)
při Oregonské státní univerzitě. Ústav měl na konci 70. let finanční těžkosti, partneři se rozešli se soudní
dohrou.
Kromě Nobelových cen získal Linus Pauling řadu ocenění a čestných doktorátů: na Oregonské státní
univerzitě, Brooklynském polytechnickém ústavu, Reedově univerzitě v Portlandu a univerzitách v
Chicagu, Princetonu, New Havenu (Yaleova univerzita), Cambridgi, Londýně, Oxfordu, Paříži, Toulouse,
Montepellieru, Lyonu, Lutychu, Berlíně (Humboldtova univerzita), Melbourne, Yorku (u Toronta v
Kanadě), Novém Brunšviku a Varšavě.
137
Literatura:
Bragg, L, Kendrew JC, Perutz MF (1950) Polypeptide chain configurations in crystalline proteins. Proc. R..
Soc. London Ser. A203: 321-357.
Cameron E, Pauling L, Leibovitz B (1979) Ascorbic acid and cancer: a review. Cancer Res. 39 (3): 663-681.
Dunitz JD (1996) Linus Carl Pauling. 28 February 1901-19 August 1994. Biographical Memoirs of Fellows
of the Royal Society 42: 316-326. DOI: 10.1098/rsbm.1996.0020
Hershey A, Chase M (1952) Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of
bacteriophage. J. Gen. Physiol. 36 (1): 39-56. DOI: 10.1085/jgp.36.1.39
Pauling L, Corey RB (1953) A proposed structure for the nucleic acids. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 39 (2):
84-97.
Pauling L, Coryell CD (1936) The magnetic properties and structure of hemoglobin, oxyhemoglobin and
carbonmonoxyhemoglobin. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 22: 210-216.
Pauling L, Itano HA, Singer SJ, Wells IC (1949) Sickle cell anemia, a molecular disease. Science 110: 543548. DOI:10.1126/science.110.2865.543
Zuckerkandl E, Pauling L (1962) Molecular disease, evolution, and genic heterogeneity, in Horizons in
Biochemistry (Kasha M and Pullman B, Eds.), Academic Press, New York, pp. 189-225.
Fotografie pochází z Wikipedie, jejím primárním zdrojem je Library of Congress.
138
Søren Peter Lauritz Sørensen
(*9. 1. 1868 – †12. 2. 1939)
Narodil se v Havrebjergu u Slagelse. Otec Hans byl farmářem. Sørensen absolvoval chlapeckou školu Soro
Akademi (1886), nejdříve studoval medicínu a posléze chemii, kterou ukončil v roce 1891. Při studiu si
přivydělával jako doučovatel a dále prací pro geologický průzkum. V letech 1892-1901 byl asistentem na
Technické univerzitě v laboratoři u prof. S. M. Jørgensena a byl též chemickým konzultantem v loděnicích
Královského námořnictva. V l. 1901-1938 byl vedoucím Oddělení chemie v Carlsberské laboratoři.
Na Technické univerzitě se zabýval např. studiem analytických standardů, stanovení chloru a soli v
mořské vodě (1902). V Carlsberské laboratoři se věnoval čtyřem hlavním směrům: a) syntéza
aminokyselin, b) analytické studie, c) výzkum na téma koncentrace protonů, d) studium proteinů.
Pro syntézu aminokyselin (od r. 1902) využíval Gabrielova postupu s ftalimidem draselným. Připravil tak
např. ornithin, prolin, arginin.
V letech 1903-1905 (spolu s C. Pedersenem a A. C. Andersenem) studoval Kjeldahlovu metodu stanovení
dusíku, kterou obhajoval proti kritikům.
V letech 1907-1910 se věnoval formolové titraci (spolupracovníci H. Jessen-Hansen a V. Henriques). Byla
to první skutečně kvantitativní metoda pro sledování proteolytického štěpení:
139
RCH(NH2)COOH + HCHO + KOH → RCH(NHCH2OH)COOK + H2O
V pozdější práci „Studies on enzymes II“ se zabýval elektrochemickou metodou stanovení koncentrace
protonů, přípravou standardních roztoků pro míchání pufrů o definované hodnotě pH, kolorimetrickou
metodou měření pH a posléze jejich aplikací pro studium enzymů. Popsal pH závislosti aktivity invertasy,
katalasy a pepsinu.
Sørensen se dále věnoval izolaci a fyzikální chemii ovalbuminu, protein byl rovněž připraven v krystalické
formě. Studován byl i osmotický tlak roztoků ovalbuminu. V odbobí po 1. světové válce se zabýval
rozpustností proteinů.
Ovalbumin je hlavní protein vaječného bílku (60-65% obsahu). Jeho funkce dosud není známá,
předpokládá se, že jde o zásobní protein. Je homologní s rodinou serpinů avšak neinhibuje serinové
proteasy. Má signální sekvenci na N-konci (zbytky 21-47, neodštěpuje se), je acetylovaný na N-konci,
fosforylovaný na dvou místech a N-glykosylovaný na jednom místě.
Literatura:
Holter H., Max Møller K., eds. 1976. The Carlsberg Laboratory 1876/1976. Copenhagen: Rhodos
Publishing House, pp. 63-81.
Fotografie pochází z Wikipedie.
140
James Batcheller Sumner
(*19. 11. 1887 – †13. 8. 1955)
Sumner byl prvním biochemikem, který krystaloval enzym (ureasu). Tento jeho výsledek byl přijat s
nedůvěrou či dokonce s výsměchem nicméně přispěl ke konečnému pochopení toho faktu, že enzymy
patří mezi proteiny.
Narodil se v Cantonu u Bostonu, jeho předkové přišli do Ameriky z Anglie před pol. 17. stol. Jeho
dědeček měl továrnu na zpracování bavlny a farmu. Už jako dítě proto mohl pozorovat parní a pletací
stroje a zvířata na farmě. Na střední škole si oblíbil chemii a fyziku. Při lovecké výpravě ho postřelil
společník do levé ruky, která musela být amputována nad loktem. Musel se přeučit na praváka, ovládal i
s postižením sporty jako tenis, lyžování nebo jízdu na kánoi.
Od r. 1906 studoval na Harvardu elektrické inženýrství, ale brzy to změnil za studium chemie, na škole
publikoval jako spoluautor se svým profesorem práci o syntéze papaverinu. Po ukončení studia v r. 1910
šel pracovat do přádelny strýce. Po půl roce dostal nabídku učit jeden semestr chemii a fyziologii na
Koleji Mt. Allison v Sackvillu, Nový Brunšvik (Kanada). Pak ještě krátce působil jako asistent na
Worcesterské polytechnice. Následně odešel na Lékařskou fakultu Harvardu, kde dostudoval biochemii u
Otto Folina (1867-1934), chemika pocházejícího ze Švédska, který se zabýval analytickými
mikrometodami. Folin spolu s rumunským stážistou jménem Vintilă Ciocâlteu (1890-1940) vyvinuli
činidlo pro stanovení fenolových látek (Folin-Ciocalteu Reagent, FCR). Absolvoval v r. 1913 a v r. 1914
získal doktorát, disertace se zabývala tvorbou močoviny v těle živočichů, spolupracoval s Cyrusem H.
Fiskem, objevitelem kreatinfosfátu (1927).
141
Poté nastoupil na Cornellovu univerzitu, kde působil na pobočce její Lékařské fakulty v Ithace, NY. Byl
docentem a později profesorem na Katedře fyziologie a biochemie. V r. 1938 přešel na zoologii na
Přírodovědecké fakultě. V r. 1945 pak zakotvil na Fakultě zemědělství (Katedra biochemie a výživy). Byl
zde od. 1947 ředitelem Laboratoře chemie enzymů. V l. 1920-21 absolvoval postdoktorský pobyt na
Lékařské fakultě Bruselské univerzity v Belgii. V l. 1929 byl u nobelisty Hanse von Eulera (1873-1964) na
Stockholmské univerzitě a konečně v r. 1937 na univerzitě v Uppsale.
Na Cornellu především učil biochemii s velkým úvazkem, ku pomoci měl pouze jediného asistenta,
příležitostí k vědecké práci měl málo. Publikoval na téma bioanalytických metod, čímž se zabýval už na
Harvardu. Šlo o stanovení amoniaku a močoviny např. ve svalu a moči. Byl fascinován problémem
podstaty enzymů a rozhodl se získat čistý enzym. Zvolil ureasu z fazole Canavalia ensiformis odkud
předtím krystaloval i dva globuliny. Cesta ke krystalické urease trvala 9 let, zkoušel mnoho metod a
reagencií, nakonec využil relativně jednoduché procedury, získal koncentrát s malými krystaly. Po
centrifugaci a rozpuštění ve vodě šlo naměřit vysokou aktivitu a test na obsah proteinů byl pozitivní.
Výsledky byly publikovány v J. Biol. Chem. v r. 1926.
Publikace byla přijata s nedůvěrou, zejména Richardem M. Wilstatterem (1872-1942) a jeho žáky v
Německu, kteří předpokládali, že enzymy nejsou proteinové povahy, s tím, že krystaloval pouhý
proteinový nosič enzymu. V následujících letech Sumner podpořil svoji převratnou práci dalšími
publikovanými daty (10 prací). V r. 1939 John Howard Northrop (1891-1987) z Rockefellerova ústavu v
Princetonu, NJ, krystaloval pepsin a později s Mosesem Kunitzem (1888-1978) trypsin a chymotrypsin.
Ještě několik let ale trvalo, než se všeobecně akceptovalo, že enzymy jsou proteiny. V r. 1946 získali
Sumner, Northrop a Wendell M. Stanley (1904-1971) Nobelovu cenu za chemii. Sumner rovněž
krystaloval katalasu, s Alexanderem Douncem (1909-1997), ten později jako první vyslovil hypotézu, že
DNA by mohla být templátem pro tvorbu RNA a následně proteinů, předpověděl genetický kód (1952),
objevil také skleněný homogenizátor pojmenovaný po něm, umožňující izolaci malých organel, jako jsou
mitochondrie.
Celkem Sumner získal půl tuctu krystalických enzymů. Provedl osobně většinu laboratorních
experimentů. Při přípravě čtyřdílné knihy o enzymech, do které přispívalo 78 vědců a jež měla 2800
stran, nejen posuzoval všechny příspěvky, ale i osobně ověřoval v laboratoři některé metodiky.
Literatura:
Maynard LA (1958) James Batcheller Sumner. 1887-1955. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 31: 376-396.
Fotografie pochází z Wikipedie, jejím primárním zdrojem je http://www.nobelprize.org/.
142
Albert Szent-Györgyi
(*16. 9. 1893 - †22. 10. 1986)
Albert Imre Szent-Györgyi de Nagyrápolt byl maďarský fyziolog a biochemik, který získal Nobelovu cenu
za fyziologii a medicínu v roce 1937. Udělení si zasloužil izolováním vitamínu C a výzkumnou prací
věnovanou roli fumarátu v buněčné respiraci. Bezesporu pozoruhodnou osobností byl i mimo svoji
profesionální dráhu. Během druhé světové války byl aktivní v odbojovém hnutí a krátce se angažoval i
v poválečné maďarské politice.
Narodil se v Budapešti do šlechtické rodiny. Jeho otec Miklós, původem ze Sedmihradska, byl majitelem
statku. Matka Jozefina, hudebně nadaná, pocházela z rodiny Lenhossék. Její otec József i bratr Mihály byli
profesory na Univerzitě Lóránda Eötvöse v Budapešti. Strýc Mihály pravděpodobně již v dětství ovlivnil
budoucí profilování jeho osobnosti, nicméně ve vzpomínkách Albert Szent-Györgyi mluvil o tom, že nebyl
nadaným školákem a často potřeboval doučování. Když mu bylo šestnáct let, poznal najednou velký
zájem o vědu. Chtěl pracovat v medicínském výzkumu, jeho strýc ho však zrazoval s tím, že mu pro
takové povolání chybí všechny předpoklady. Strýc změnil názor až poté, co Albert střední školu
absolvoval s vyznamenáním.
V roce 1911 nastoupil na Semmelweisovu universitu v Budapešti, nudil se však na přednáškách a tak
začal pracovat jako vědecká síla v anatomické laboratoři svého strýce. V roce 1913 publikoval první
vědeckou práci, následně vypukla světová válka a Albert Szent-Györgyi musel narukovat jako vojenský
lékař. Po dvou letech v zákopech si opatrně přivodil střelné zranění ruky a vydával se za oběť nepřátelské
střelby, aby mohl být poslán zpět do Budapešti. Během rekonvalescence zde dokončil školu a v roce 1917
získal doktorát medicíny. Posléze se také oženil.
143
Po válce krátce pracoval jako vědec v oboru farmakologie na nové maďarské univerzitě v Bratislavě,
avšak jakmile se město v roce 1919 stalo součástí Československa, odešel odtud. Působil na několika
univerzitách v cizině a získal zkušenosti v oblasti biochemie, např. v Groningenu v Holandsku (19221926). Pracoval na studiu biologické oxidace a buněčných respiračních procesů. Jedním z jeho
experimentů bylo přerušení buněčné respirace v tkáňovém homogenátu kyanidem a následné přidání
methylenové modři, která obnovila respiraci jako akceptor elektronů namísto kyslíku. Zjistil také, že
respiraci je možné zastavit malonátem jako inhibitorem sukcinátdehydrogenasy, což ukázalo, že sukcinát
není jen prostým metabolitem, ale má v metabolismu jistou „katalytickou“ roli, stejně jako citrát, což
později objasnil objevem citrátového cyklu Hans Krebs (1900-1981).
Významný anglický biochemik Frederick Gowland Hopkins (1861-1947) mu s přihlédnutím k jeho
publikacím nabídl stipendium na univerzitě v Cambridgi, kde Albert Szent-Györgyi v roce 1927 získal titul
Ph.D. Po několik následujících let se věnoval izolaci organické sloučeniny, kterou nazval „hexuronová
kyselina“ (tehdy však neznal její identitu), a to z citrusových plodů, zelí a nadledvinek. K jejímu objevu
přispěly už v Groningenu pokusy, kdy si povšiml, že zatímco izolovaná rostlinná peroxidasa po přídavku
peroxidu vodíku okamžitě oxiduje benzidin za vzniku modrého zbarvení, pracuje-li se s extraktem, tvorba
zbarvení má zprodlení díky přítomnosti redukukovadla v extraktu. Ve větším množství (25 g) získal látku
z materiálu z jatek během ročního pobytu na Klinice Mayo v Rochesteru v Minnesotě.
Na pozvání ministra vzdělávání se vrátil zpět do Maďarska, kde přijal post vedoucího katedry lékařské
chemie na univerzitě v Segedínu. Zde vytvořil tým a pracoval na rozmanité biochemické problematice.
S mladým postdoktorandem, Američanem maďarského původu Josephem L. Svirbelym se zkušenostmi
z laboratoře Charlese C. Kinga z Pittsburghu, se věnoval „hexuronové kyselině“, jejímu izolování
z rozmanitých zdrojů, v Maďarsku zcela typicky například z papriky, a testování jejích protikurdějových
(antiskorbutických) vlastností. Zjistili, že látka je totožná s předpokládaným vitamínem C studovaným
v Pittsburghu, výsledky byly publikovány v roce 1932. Současně Albert Szent-Györgyi pokračoval ve
studiu buněčné respirace, kdy mimo jiné popsal fumarovou kyselinu jako komponentu klíčové
metabolické dráhy, kterou dnes známe jako Krebsův cyklus. Vzorek vitamínu C zaslal britskému
chemikovi Walteru Normanu Haworthovi, který v roce 1933 nalezl strukturu a potvrdil ji chemickou
syntézou. Vitamín C byl podle svých účinků nazván askorbovou kyselinou. Navzdory zařazení mezi
vitamíny se ukázalo, že látka nepatří mezi aminy a dokonce ani neobsahuje dusík. V Segedínu také
studoval riboflavin („cytoflavin“), díky laktátdehydrogenase byl také na stopě pyridinovým nukleotidům,
nicméně práci vedoucí k určení jejich struktury nedokončil.
Jak bylo již uvedeno, Albert Szent-Györgyi získal v roce 1937 Nobelovu cenu. Pozoruhodné je, že v roce
1940 věnoval s ní spojené finanční prostředky Finsku stojícímu tehdy ve válce se Sovětským svazem (v
této tzv. „Zimní válce“ bojovali i maďarští dobrovolníci, samozřejmě na straně Finů). V roce 1938 se
věnoval se spolupracovníky biochemii svalů a objevil roli proteinů aktinu a myosinu ve spojení s ATP na
procesu svalové kontrakce. In vitro kontrakce dosáhl po přidání povařeného svalového extraktu
k proteinům aktinu a myosinu, získaným extrakcí s roztokem KCl.
Od konce třicátých let se začal angažovat v protinacistickém podzemním hnutí, což vyvrcholilo během
druhé světové války. Po misi za účelem kontaktovat spojence v Istanbulu s požehnáním maďarského
144
premiéra se v letech 1944-1945 povětšinou musel skrývat před gestapem. Během ukrývání se na
švédském vyslanectví se dověděl protřednictvím telegrafu, že jeho článek o svalové kontrakci byl
Hugonem Theorellem (1903-1982) přijat do časopisu Acta Scandinavica. Po válce pracoval na obnově
struktur Akademie věd, byl poslancem parlamentu. V roce 1947 odešel do USA a usadil se ve Woods Hole
v Massachusetts. Tady pokračoval ve studiu svalové kontrakce (založil si laboratoř při The Marine
Biological Laboratory) například s využitím elektronové mikroskopie, jako cizinec se však potýkal
s těžkostmi financování chodu své laboratoře.
V roce 1954 obdržel Laskerovu cenu. S koncem 50. let se jeho zájem přesouvá k výzkumu nádorového
bujení, kde rozvíjel myšlenky aplikování teorie kvantové mechaniky na biochemické problémy, věnoval se
také studiu volných radikálů jako potenciálních původců rakoviny. V průběhu šedesátých a sedmdesátých
let vystupoval Albert Szent-Györgyi proti válce ve Vietnamu a jadernému zbrojení, v této souvislosti vydal
několik knih. Byl známý pro svůj odmítavý postoj k psaní grantových žádostí, kde by musel specifikovat
každý utracený dolar a detailně popisovat, jaké výstupy výzkum přinese (což je jistě zajímavé z pohledu
dnešního českého vědce). Před finanční katastrofou jeho laboratoř zachránil právník Franklin Salisbury,
který mu pomohl vybudovat soukromou neziskovou organizaci The National Foundation for Cancer
Research, která situaci stabilizovala. Ve Spojených státech byl velmi vážený pro svou noblesu,
entusiasmus k vědecké práci a intuitivní přístup k řešení vědeckých otázek a problémů. Byl autorem více
než tří set odborných článků a jedenácti knih. V roce 1987 byla po něm pojmenována lékařská univerzita
v Segedínu.
Literatura:
Szent-Györgyi A (1927) The chemistry of the adrenal cortex. Nature 119: 782-783. DOI:
10.1038/119782c0
Svirbely JL, Szent-Györgyi A (1932) The chemical nature of vitamin C. Biochem J. 26: 865–870. DOI:
10.1042/bj0260865
Haworth WN (1932) Hexuronic acid as the antiscorbutic factor. Nature 129: 576. DOI: 10.1038/129576b0
Szent-Györgyi A (1933) Identification of vitamin C. Nature 131: 225-226. DOI: 10.1038/131225a0
Szent-Györgyi A (1937) Oxidation, energy transfer, and vitamins. Nobel Lecture, December 11, 1937.
Szent-Györgyi A (1963) Lost in the twentieth century. Annu. Rev. Biochem. 32: 1-14.
Szent-Györgyi AG (2004) The early history of the biochemistry of muscle contraction. J. Gen. Physiol. 123:
631-641. DOI: 10.1085/jgp.200409091
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/, životopisné údaje jsou také
z internetových stránek http://profiles.nlm.nih.gov/.
145
František Šorm
(*28. 2. 1913 – †18. 11. 1980)
František Šorm se narodil v Praze. Zakládal Československou akademii věd (ČSAV), stal se prvním
ředitelem Ústavu organické chemie a biochemie ČSAV a byl i u zrodu Katedry biochemie PřF UK.
V roce 1935 absolvoval Vysokou školu chemicko-technologického inženýrství v Praze (dnešní VŠCHT). Za
války pracoval v laboratoři Spolku pro chemickou a hutní výrobu ve Vysočanech pod vedením Rudolfa
Lukeše (1897-1960), obor chemie dusíkatých heterocyklů. Po válce se habilitoval (1945), o rok později byl
jmenován profesorem Ústavu technologie lučebnin organických a výbušných na Vysoké škole chemickotechnologické v Praze. V roce 1950 se stal profesorem organické chemie na Přírodovědecké fakultě
Univerzity Karlovy, kde působil do r. 1952. V té době se tam posílel na založení katedry biochemie,
kterou posléze řídil Josef Václav Koštíř (1907-2000). Klíčový je podíl F. Šorma na založení ÚOCHB (1950) a
ČSAV (1952). Po Zdeňkovi Nejedlém byl v letech 1962-1969 předsedou ČSAV. Byl pravověrným
komunistou, členem ÚV KSČ, poslancem parlamentu (1962-1969). Nesouhlasil s invazí v roce 1968, což
ho stálo další kariéru.
Mezi hlavní oblasti jeho vědeckého zájmu patřila chemie přírodních látek, hlavně seskviterpeny, azuleny,
později hmyzí juvenilní hormony. v těchto oblastech získal jeho ústav mnoho mezinárodních priorit a byl
oceněn prestižní Fritschovou medailí Americké chemické společnosti. Další zájmovou oblastí byla chemie
steroidů (kardioaktivní steroidy), chemie peptidů a složek nukleových kyselin, jejichž rozvoje se ÚOCHB
účastnil od samých počátků jejich studia ve světě, organická syntéza a stereochemie. Důležitým prvkem
bylo využití všech těchto oblastí pro cíle v medicíně: antibiotikum chloramfenikol, tuberkulostatikum
cykloserin, azuleny (dermazulen), peptidová hormonální léčiva, druhá syntéza peptidu oxytocinu
na světě a světový primát v jeho zavedení do výroby, nebo analoga vasopressinu (Adiuretin, Glypressin).
146
Zvláštní důležitost Šorm připisoval chemoterapii leukemií a nádorových onemocnění – antimetabolity
DNA (6-azauracil, antileukemika 5-azacytidin, 5-azadeoxycytidin, Alcysten).
V ústavu se pracovalo na izolaci a určení primární struktury proteinů (světová prvenství v případě
chymotrypsinu, trypsinu, pepsinů, přirozených inhibitorů trypsinu, a-amylasy, kathepsinů), na syntézu
analogů peptidových hormonů navazovalo studium jejich fyziologického účinku. S chemií nukleových
kyselin byla úzce spojena činnost oddělení biochemie nukleových kyselin, zabývajícího se studiem nových
cytostatik a mechanismu jejich účinků, proteosyntézou, genetickým kódem.
Prof. Šorm rovněž navrhl používání jednopísmenného kódu pro aminokyseliny, který se postupně
prosadil díky nutnosti archivace objemných dat v databázích aminokyselinových sekvencí proteinů. Šorm
a kol. nebyli zcela prvními, možnost používánní jednopísmenných zkratek už naznačili Gamow a Yčas
(1958) a taktéž Neurath. Nicméně jejich návrh (přijatý IUPAC roku 1986) se logikou nejvíce blížil tomu
současnému.
Podporoval vývoj vědeckých přístrojů v rámci ČSAV a vývojových dílen ÚOCHB (např. NMR a hmotnostní
spektrograf), zaváděl nové metody např. tehdy novou infračervenou spektroskopii, poprvé u nás také
papírovou chromatografii, gelovou a papírovou elektroforézu. Všechny sehrály hlavní úlohu v určování
primárních struktur proteinů.
Profesor Šorm byl členem zahraničních akademií věd, čestným členem zahraničních chemických
společností, nositelem čestných doktorátů. Kromě již zmíněné Fritschovy medaile ACS byl držitelem
medaile Maxe Plancka Německé chemické společnosti, zlaté medaile J. S. Staase Belgické chemické
společnosti
a zlaté
medaile
londýnské
CIBA
Foundation.
Uvádí
se
autorství
a
spoluautorství 1 100 původních prací, 70 přehledných referátů a 150 patentů. Vědci Christopher J. Silva
and Carl Djerassi ze Stanfordské univerzity na jeho počest pojmenovali (24R)-24,25-methylencholesterol
syntetizovaný v mořské houbě Lissodendoryx topsenti jménem Šormosterol (Collect. Czech. Chem.
Commun. 1991, 56, 1093-1105).
Literatura:
Garfiled E (1992) The restoration of František Šorm: prolific Czech scientist obeyed his conscience and
became a nonperson. Essays Inform. Sci. 15: 51-56.
Holý A (2006) Prof. Ing. František Šorm, DrSc. akad. (28.2. 1913-18.11. 1980), Ústav organické chemie a
biochemie, dostupný na http://canov.jergym.cz/objevite/objev5/sorm.htm/.
Šorm F, Keil B, Vaněček J, Tomášek V, Mikeš O, Meloun B, Kostka V, Holeyšovský V (1961) On proteins.
LXIII. Lower structures in the chains of protein. Collect. Czech. Chem. Commun. 26: 531-578. DOI:
10.1135/cccc19610531
Fotografie pochází z Wikipedie.
147
Axel Hugo Theodor Theorell
(*6. 7. 1903 – †15. 8. 1982)
Narodil se v Linköpingu. V r. 1921 začal studovat medicínu na Ústavu Karolinska (KU). V r. 1924 se stal
bakalářem medicíny a pak absolvoval tříměsíční pobyt na Pasteurově ústavu v Paříži, kde se věnoval
bakteriologii u A. Calmetteho (1863-1933). V roce 1930 získal titul doktora medicíny za práci o lipidech v
krevní plazmě a získal místo profesora fyziologické chemie. V r. 1932 získal místo docenta na univerzitě v
Uppsale. V l. 1933-1935 pobýval díky Rockefellerově stipendiu u Otto H. Warburga (1883-1970) v
Berlíně-Dahlemu.
Po návratu se stal v r. 1936 šéfem biochemického oddělení na nově založeném Nobelově medicínském
ústavu při KU, který se přesunul do nové budovy v r. 1947. Theorell získal v r. 1955 Nobelovu cenu za
fyziologii a medicínu za objevy, které se týkaly podstaty a mechanismu působení oxidoreduktas.
Jak již bylo zmíněno, jeho první výzkum se týkal vlivu lipidů na sedimentaci krvinek. V r. 1931 určil
molekulovou hmotnost myoglobinu s pomocí centrifugy. Myoglobin byl v r. 1932 získán v krystalické
formě. V Berlíně-Dahlemu vyizoloval Theorell poprvé enzym z kvasinek, známý jako „žlutý oxidační
ferment“ (též „starý žlutý enzym“, OYE) a dokázal reverzibilně oddělit jeho koenzym od bezbarvého
proteinu. Tehdy šlo o první identifikovaný flavoenzym. S OYE se také pojí objev biochemické role
vitamínu. Theorell prokázal migrací při elektroforéze, že žlutý koenzym (flavinmononukleotid) má
záporný náboj na rozdíl od podobného, ale elektroneutrálního vitamínu B2 (riboflavin).
148
Na charakterizaci OYE pokračoval Theorell ve své laboratoři i řadu let poté. V 50. letech byla např.
zvládnuta jeho krystalizace. Velký přínos pro strukturně-funkční charakterizaci enzymu měl později
Viktor Massey. Enzym objevili O. Warburg a W. Christian v r. 1932, kteří si povšimli skutečnosti, že OYE
uzavíral tvorbou peroxidu vodíku in vitro repirační dráhu vedoucí od glukosa-6-fosfátu k 6fosfoglukonolaktonu. Dodnes však neznáme skutečnou fyziologickou roli OYE, jeho substráty jsou α/βnenasycené aldehydy a ketony (cyklohexanon, durochinon, menadion), inhibitorem je např. testosteron
nebo p-hydroxybenzaldehyd.
Theorell studoval také cytochrom c, peroxidasy, katalasy, flavoproteiny a enzymy s pyridinovými
kofaktory zvláště alkoholdehydrogenasy, purifikoval také cytochrom c. Ze 100 kg koňského srdce lze
získat 3-4 gramy čistého proteinu. V r. 1938 ukázal, že porfyrinová část cytochromu je připojena k
proteinu prostřednictvím původně vinylových skupin, které se přeměnily na thioetherové reakcí s
cysteiny.
Literatura:
Dalziel K (1983) Axel Hugo Theodor Theorell. 6 July 1903-15 August 1982. Biogr. Mems Fell. R. Soc. 29:
584–621. DOI: 10.1098/rsbm.1983.0021
Fotografie pochází z Wikipedie. Jejím primárním zdrojem je The Nobel Prize Foundation,
http://www.nobelprize.org/.
149
Arne Wilhelm Kaurin Tiselius
(*10. 8. 1902 – †29. 10. 1971)
Tiselius se narodil ve Stockholmu. Po smrti otce se rodina přestěhovala do Göteborgu. Po absolvování
gymnázia v r. 1921 studoval chemii na univerzitě v Uppsale, zajímal se o fyzikální chemii a biochemii. V r.
1925 se stal pomocnou vědeckou silou u Thea Svedberga (1884-1971), kde se podílel na vývoji
ultracentrifugy (metoda měření indexu lomu). Věnoval se však dále elektroforéze, zjistil nehomogenitu
preparátů, které se zdály i v ultracentrifuze být homogenní. V r. 1930 obhájil doktorát (elektroforéza
proteinů, metoda pohyblivého rozhraní).
Po obhajobě se věnoval studiu zeolitů, které ztrácejí krystalovou vodu bez ovlivnění struktury, „prázdný“
krystal funguje jako molekulové síto. Zeolity sbíral na Faerských ostrovech a do r. 1935 publikoval řadu
prací na téma difuse a adsorpce v přírodních zeolitech. V l. 1934-1935 pobýval na stáži v Princetonu v
laboratoři Hugha Stotta Taylora (1890-1974) díky stipendiu Rockefellerovy nadace.
Vlivem setkání a diskusí s mnoha vědci (Landsteiner, Michaelis, Northrop, Anson) se po návratu do
Uppsaly znovu věnoval elektroforéze, zejména pro separaci proteinů. Metodu postupně značně
zdokonalil. Pro detekci zavedl měření indexu lomu, vhodnější než UV absorpce. Vzorek krevního séra
rozdělil na frakci albuminu, α-, β- a γ-globulární frakci (1937). Tehdy článek nepřijali v biochemickém
časopise, zdál se jim příliš fyzikální. Edwin Joseph Cohn (1892-1953) si objednal Tiseliův přístroj! V r.
1937 získal Tiselius sponzorovanou profesorskou pozici. Teprve v r. 1946 byl založen Biochemický ústav
150
na Přírodovědecké fakultě univerzity v Uppsale, který Tiselius dlouho vedl (do r. 1968), od r. 1952 v nové
samostatné budově.
Během války se věnoval např. adsorpční chromatografii. Tiselius a spol. byli švédským výrobcem cukru
požádáni o identifikaci původce kontaminovaného řepného extraktu tvořícího sliz ucpávající filtry při
rafinaci. Potvrdili Leuconostoc mesenteroides produkující dextran. Při hledání specifické reakce pro
dextran zjistili, že imunizovaným králíkům se proti němu netvoří protilátky - farmaceutické použití jako
náhražka plazmy. Tím začala spolupráce firmy Pharmacia s ústavem. V r. 1948 obdržel Tiselius Nobelovu
cenu za chemii za práci na vývoji elektroforézy a za prokázání heterogenní povahy proteinů krevního
séra. Jeho žák Stellan Hjertén (*1928) vypracoval použití agarosových gelů pro elektroforézu. Podílel se
též na zavedení hydroxyapatitu jako nosiče pro proteinovou chromatografii.
Zajímavá je historie objevu gelové permeační chromatografie. Laboranti naplnili kolonu pro
elektroforézu zesíťovaným dextranem. Zapomněli pustit proud, přesto došlo k separaci vzorku. Klíčové
pak byly práce Jerkera Poratha (*1921) a Petera Flodina (1924-2006), Hjertén později navrhl používání
agarosy a polyakrylamidu. Záležitost byla podkladem pro další spolupráci s firmou Pharmacia. Další práce
Poratha vedly k přípravě funkcionalizovaného dextranu, např. dextranových iontoměničů.
Sephadex (Separation Pharmacia Dextran) je zesíťovaný dextranový gel. Frakcionační vlastnosti gelu lze
měnit změnou stupně zesíťování. Prodává se ve formě kuliček. Dextran je komplexní rozvětvený
polysacharid – glukan skládající se z mnoha glukosových jednotek. Řetězce mají rozmanitou velikost (32000 kDa). Lineární řetězec má α-1,6 vazby, větvení je vazbami α-1,3. Dextran vzniká ze sacharosy
působením baktérií mléčného kvašení (např. Leuconostoc mesenteroides, Streptococcus mutans,
Lactobacillus brevis). Tvoří se také v zubním plaku. Poprvé byl popsán Luisem Pasteurem (1822-1895)
jako mikrobiální produkt ve víně. Používá se také v lékařství pro antitrombotický účinek (vazbou na
erytrocyty, destičky a cévní endothel), snižování krevní viskozity a jako objemový expandér při anémii či
nouzových situacích při ztrátě krve.
Tiselius se aktivně podílel na poválečném vývoji švédské vědy jako člen národní poradní, byl také
prezidentem Mezinárodní unie čisté a aplikované chemie (IUPAC, 1951-1955) a konečně předsedou rady
pro Nobelovu nadaci (1960–1964). Získal mnoho ocenění a čestných doktorátů.
Literatura:
Kekwick RA, Pedersen KO (1974) Arne Tiselius. 1902-1971. Biogr. Mems Fell. R. Soc. 20: 401-428. DOI:
10.1098/rsbm.1974.0018
Tiselius A (1968) Reflections from both sides of the counter. Annu. Rev. Biochem. 37: 1-24. DOI:
10.1146/annurev.bi.37.070168.000245
Fotografie pochází z Wikipedie, jejím primárním zdrojem je The Nobel Prize Foundation.
151
Harold Clayton Urey
(*29. 4. 1893 – †5. 1. 1981)
Urey byl americký fyzikální chemik, který významně přispěl k znalostem o izotopech. V roce 1934 získal
Nobelovu cenu za objev deuteria. Podílel se rovněž na vývoji americké atomové bomby. Z pohledu
biochemie byly důležité jeho teorie a experimenty v otázkách vzniku života na Zemi.
Narodil se v Indianě, byl ze tří dětí, jeho otec byl duchovní v protestantské církvi a zemřel, když bylo
synovi šest let. Urey studoval na Amishské základní škole, po absolvování střední školy krátce učil. V r.
1914 nastoupil Montanskou univerzitu v Missoule, kde v r. 1917 získal bakalářský titul (biologie a
chemie). Po skončení 1. sv. války, kdy pracoval v chemické továrně, se vrátil jako asistent na univerzitu v
Montaně.
V r. 1921 se zapsal na doktorandské studium na Kalifornské univerzitě v Berkeley, školitelem v oboru
termodynamika byl Gilbert Newton Lewis (1875-1946) známý pro objev kovalentní vazby a svoji
koncepci elektronových párů a kyselin/bází. Zabýval se ionizací plynů.
V r. 1923 získal titul Ph.D. a absolvoval stáž u Nielse Bohra (1885-1962) v Kodani, kde se osobně setkal s
vědci jako Werner Heisenberg (1901-1976) nebo Wolfgang Pauli (1900-1958). Osobně se setkal i s
Albertem Einsteinem (1879-1955). Po návratu do Ameriky se stal výzkumným pracovníkem na
Univerzitě Johnse Hopkinse. V r. 1930 tam napsal spolu s Arthurem Edwardem Ruarkem (1899-1979)
jednu z prvních anglicky psaných učebnic kvantové mechaniky a jejích aplikací. Od r. 1929 byl docentem
chemie na Kolumbijské univerzitě, věnoval se spektroskopii a začal též s isotopy, a to v době před
objevem neutronu (1932, James Chadwick, 1891-1974). V r. 1929 dva chemici z Berkeley, W. F. Giauque
a H. L. Johnston objevili stabilní izotopy kyslíku (17O a 18O).
152
Chemická stupnice atomových hmotností prvků byla v té době založena na předpokladu, že kyslík má
Ar=16. Odtud bylo pro vodík vypočítáno Ar=1,00778, po započítání objevených izotopů kyslíku byla
hodnota z fyzikálních měření upravena na Ar=1,00756. Z toho se vyvozovalo zastoupení 2H 1:4500 (Birge
a Menzel). To bylo inspirací pro výzkum. Urey v r. 1931 s asistentem Georgem Murphym zvolili pro
detekci citlivý spektrograf (6,4 m dlouhý) a čáry v atomovém spektru vodíku. Vzhledem k zastoupení
byly stopy deuteria velmi slabé a izotop ve vzorku bylo nutné obohatit. K tomu posloužila destilace
kapalného vodíku při 20 K (bod varu), z 5 litrů byl získán 1 ml, kde měl být obsah 2H až 200x větší. První
vzorek z Národního úřadu pro standardy (NBS) ve Washingtonu neposkytl intenzivnější linie. Nový vzorek
získaný odpařováním při 14 K (poblíž trojného bodu) již poskytl jistotu identifikace deuteria.
Později se přišlo na to, že to bylo kvůli přípravě vodíku pro zkapalnění elektrolýzou vody, který byl
ochuzen o deuterium. Práce o výsledcích byla publikována v r. 1932. Nobelova cena za chemii přišla v r.
1934. Washburn a Urey se následně pokusili získat čistou těžkou vodu, ale byli předstižení Ureyovým
učitelem Lewisem v r. 1933.
Se spolupracovníky Urey spočítal rozdíly ve stupni disociace plynů obsahujících H a D např. HCl/DCl,
HI/DI. Na základě chemické výměny izotopů ve dvoufázovém systému plyn-kapalina vypracovali ve 30.
letech metody pro obohacení 15N, 13C a 34S. Destilací vody byl obohacen izotop 18O, vše jako přínos pro
studium biochem. reakcí. V dalších studiích dokázal, že kyseliny a alkoholy nevyměňují kyslík s vodou jako
rozpouštědlem a vysvětlili mechanismus tvorby esterů.
V r. 1939 N. Bohr na konferenci teoretické fyziky ve Washingtonu postuloval, že 235U je štěpitelný izotop.
Pro využití štěpné reakce tak vyvstal problém jeho obohacení. Ve svých pracích z té doby Urey navrhl
využití centrifugy s protiproudovým uspořádáním, kdy by probíhalo kontinuální odpařování kapaliny
(UF6) ze spodní části rotoru, nahoře by pak páry kondenzovaly a kapalina by byla nucena stékat po
stěnách zpět dolů. Separace 235U byla od r. 1940 financována ze státních prostředků (prezidentský výbor
F. D. Roosevelta). Dalšími možnostmi přípravy obohaceného izotopu byly difúze v plynné fázi a termální
difúze. Urey koordinoval celé úsilí včetně produkce těžké vody jako mediátoru pro jaderný reaktor. Byly
zainteresovány Kolumbijská univerzita, Virginská univerzita a Harvard.
V r. 1941 byla zkonstruována nová centrifuga s průtokovým uspořádáním (Westinghouse). Zjistilo se
také, že je štěpitelné plutonium. S protiproudovými centrifugami bylo dosahováno jen malé efektivity, i
když pozdější výsledky ukázaly, že se jedná o správnou cestu a centrifugy se používají i dnes. Pozornost se
postupně obracela k difúzní separační metodě. V květnu 1942 se objevily úvahy o atomových zbraních.
Program zahrnoval stavbu zařízení pro obohacení uranu a výrobu těžké vody s cílem vyrobit bombu do
července 1944. Většina 235U pro bombu v Hirošimě byla vyrobena v továrně procesem elektromagnetické
separace.
Když se po válce přesunul z Kolumbijské univerzity na univerzitu v Chicagu (zde profesorem chemie od r.
1952), nepokračoval už ve výzkumu separace izotopů.
153
Věnoval se zdokonalení výpočtů rovnovážných konstant izotopových výměn a určení jejich teplotních
koeficientů. Takto zjistil, že pro uhličitan a vodu je faktor frakcionace 18O/16O roven 1,04. Uvědomil si
přitom potenciál tohoto jevu pro určení průměrných teplot v dávných dobách („paleotemperatures“). K
tomu bylo nutné vyvinout metodiku stanovení obsahu izotopů s velkou přesností. Takto např. se
spolupracovníky analyzoval vápencové nerosty.
Byl zakladatelem oboru kosmochemie. Studoval chemické složení meteoritů, zjišťoval v nich izotopové
zastoupení. Zastoupení vodíku u hvězd a methanu u vnějších planet vedlo Ureye k závěru, že raná
zemská atmosféra byla redukující s obsahem CH4 a NH3 spíše než CO2 a N2. Termodynamické podmínky
pak měly být příznivé pro vznik organických sloučenin. Student Stanley Miller (1930-2007) se nabídl, že
teorii experimentálně v laboratoři ověří. Pokusem s elektrickým výbojem a důkazem aminokyselin ukázal,
že by to bývalo bylo možné.
Harold Urey byl aktivní v pomoci vědcům odcházejícím z Evropy po nástupu fašismu, třeba v případě
Enrica Fermiho (1901-1954). Po válce byl aktivní ve veřejném vystupování proti jaderným zbraním,
vyjadřoval pochybnosti ve věci manželů Rosenbergových. Když odešel do důchodu, byl pozván na novou
Kalifornskou univerzitu v San Diegu, kde zahájil výzkum s izotopovým měřením a vedl posléze katedru
organické chemie. Byl v té době poradcem NASA, pravidelně létal do Washingtonu. Byl zainteresovaný v
bezpilotních letech na měsíc, věnoval se měsíčnímu výzkumu, studoval vzorky, které přivezlo Apollo 11.
Poslední vědecké články napsal ve věku 84 let.
Literatura:
Arnold JR, Bigeleisen J, Hutchison CA Jr (1995) Harold Clayton Urey. 1893-1981. Biogr. Mem. Natl. Acad.
Sci. 68: 363-412.
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/,
154
Merton Franklin Utter
(*23. 3. 1917 - †28. 11. 1980)
Utter přispěl k vysvětlení reakcí glukoneogeneze popsáním odlišností vůči glykolýze. Se spolupracovníky
objevil fosfoenolpyruvátkarboxykinasu (PEPCK) a pyruvátkarboxylasu. Taktéž objevil význam těchto
enzymů pro regulaci sacharidového a lipidového metabolismu. Zjištění regulačního účinku acetyl-CoA na
pyruvát-karboxylasu bylo jedním z prvních příkladů alosterické kontroly enzymů. Regulace PEPCK
insulinem, glukagonem, adrenalinem a glukokortikoidy byla studována jako model účinku hormonů na
genovou expresi. Jeho laboratoř patřila ke špičce studia vrozených poruch metabolismu pyruvátu.
Narodil se ve Westboro, Missouri, kam rodiče odešli z Wisconsinu, pak se přestěhovali fo Iowy. Otec byl
bankéř (zahynul při autonehodě v r. 1935) a matka vyučovala hru na piano. Od r. 1934 studoval na
metodistické Simpsonově koleji v Indianole, kterou ukončil v r. 1938. Dále studoval chemii na Iowské
státní univerzitě (ISU) v Amesu, v r. 1942 zde získal doktorát (miktobiologie) a stal se asistentem.
Oženil se v r. 1939, od r. 1944 manželé přesídlili do Minneapolisu, kde se Utter stal asistentem na
univerzitě. Od r. 1946 zakotvili v Clevelandu, kde získal místo na Lékařské fakultě (Univerzita západní
rezervy), od r. 1956 byl profesorem, v l. 1965-76 byl vedoucím Katedry biochemie. V průběhu celé doby
působení v Clevelandu strávil tři roky na hostování v cizině (Austrálie, Oxford, Leicester).
Jeho první výzkumné práce v Iowě se zabývaly přípravou fermentačních enzymů z baktérií. Pro
homogenizaci se používalo zařízení vytvořené ze dvou v sobě umístěných Erlenmeyerových baněk.
Pro studium mikrobiálního sacharidového metabolismu se využívalo izotopu 13C. Utterovy výsledky ze 40.
let ukázaly, že mikroorganismy sdílejí podobné metabolické dráhy s živočichy.
Harland G. Wood (1907-1991) a C. H. Werkman objevili v r. 1936 fixaci CO2 heterotrofními organismy a
navrhli schéma:
*CO2 + CH3COCOOH = HOO*CCH2COCOOH
V r. 1948 S. Ochoa, A. H. Mehler (fotorespirace = Mehlerova reakce) a A. Kornberg purifikovali jablečný
enzym, který katalyzuje následující reakci:
CO2 + pyruvát + NADPH = malát + NADP
Uvažovala se spřažená reakce jablečného enzymu a malátdehydrogenasy, která by vedla k tvorbě
oxalacetátu. Utter s Kurahashim však ukázali, že v kuřecích játrech se tvoří oxalacetát bez jablečného
enzymu a izolovali fosfoenolpyruvátkarboxykinasu (PEPCK), která katalyzuje reakci:
PEP + CO2 + GDP = oxalacetát + GTP
Vzhledem k záporné změně Gibbsovy energie bylo jasné, že fosfoenolpyruvát nemůže vzniknout přímo z
pyruvátu.
155
Utter a nezávisle Hans A. Krebs (1900-1981) navrhli kombinaci reakce jablečného enzymu,
malátdehydrogenasy a PEPCK. Ale v kuřecích játrech byly jen stopy jablečného enzymu.
V r. 1963 byla v mitochondriích kuřecích jaterních buněk nalezena pyruvátkarboxylasa. Ve spojení s
PEPCK se tak z pyruvátu vytváří oxalacetát:
Pyruvát + ATP + GTP = PEP + ADP + GDP + Pi
Tato cesta tvorby PEP je klíčovou reakci udílející rychlost glukoneogenezi a je modelovým příkladem pro
regulaci metabolických drah.
Pro určení struktury pyruvátkarboxylasy bylo ve 2. pol. 60. let využito elektronové mikroskopie, čímž
byla nalezena forma tetrameru odpovídající přítomnosti 4 biotinů v molekule. Vědělo se, že karboxylasa
v chladu disociuje na podjednotky a ztrácí aktivitu, a že při zpětné asociaci se vrací aktivita. I zjištěný
tetramer takto disocioval, nicméně se později ukázalo, že ve skutečnosti sledovali jiný protein, nečistotu
v preparátu. Správná tetramerní struktura pyruvátkarboxylasy tak byla určena až později (1979).
Na sklonku kariéry se Utter věnoval metabolickým nemocem v souvislosti s pyruvátem, např. laktické
acidóze u dětí. Analyzovali ve vzorcích fibroblastů, retikulocytů a lymfocytů aktivity klíčových enzymů
metabolismu pyruvátu (pyruvátdehydrogenasy, pyruvátkarboxylasy, PEPCK a pyruvátkinasy)
Literatura:
Wood HG, Hanson RW (1987) Merton Franklin Utter. 1917-1980. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 56: 474499.
156
Vincent du Vigneaud
(*18. 5. 1901- †11. 12. 1978)
Tento americký biochemik se narodil v Chicagu jako syn vynálezce a konstruktéra francouzského původu.
Střední školu ukončil v r. 1918, zde měl již zájem o chemii. V posledním roce studia pracoval na farmě a
rozhodl se být farmářem, ale na radu starší sestry začal studovat chemii na Illinoiské univerzitě v Urbaně.
Během studia si přivydělával škubáním kuřat, sbíráním jablek, prací v knihovně, nebo jako číšník (na place
se seznámil se svou budoucí ženou). Diplomovou prací prohloubil zájem na pomezí mezi biochemií a
organickou chemií (učitel Carl Shipp „Speed“ Marvel, 1894-1988). Přednášeli mu H. B. Lewis a W. C.
Rose, nutricionista, známý pokusy na potkanech. V r. 1924 získal du Vigneaud magisterský titul a přijal
místo ve společnosti DuPont, měl i kontakty s Všeobecnou nemocnicí ve Filadelfii. Na jaře 1925 obdržel
pozvání na Rochesterskou univerzitu, NY, provádět výzkumnou práci na insulinu. Seznámil se tehdy s
Hansem Thacherem Clarkem (1887-1972), který byl později profesorem a vedoucím katedry biochemie
na Lékařské a chirurgické fakultě Kolumbijské univerzity.
V r. 1927 získal titul Ph.D. s prací o síře v insulinu, díky stipendiu pokračoval jako postdok na Lékařské
fakultě Univerzity Johnse Hopkinse ve studiích na insulinu (působili tam prof. John Jacob Abel, 18571938 – po Poláku Napoleonu Cybulskim, který tak učinil v r. 1895, byl druhý, kdo izoloval adrenalin; Oscar
Paul Wintersteiner; Hans Jensen). Jiné stipendium umožnilo pobyt na KWI v Drážďanech (u Maxe
Bergmanna, 1886-1944, syntéza peptidů) nebo v Edinburghu.
Obdržel pak pozici na katedře fyziologické chemie na Illinoiské univerzitě v Urbaně, kde pracoval tři roky.
Od r. 1932 byl na Lékařské fakultě Washingtonovy univerzity ve Washingtonu jako vedoucí katedry
biochemie. Od r. 1938 byl na Cornellově univerzitě (Lékařská fakulta) v Ithace, NY, katedra biochemie.
157
Nobelovu cenu za chemii získal v r. 1955, v r. 1967 se stal emeritním profesorem, ale dále pracoval na
katedře chemie. V r. 1974 prodělal mozkovou mrtvici a zemřel v r. 1978. Jeho děti jsou lékaři.
Vědecká práce Vincenta du Vigneauda se týkala sloučenin obsahujících síru, jako jsou insulin, cystein
(Cys), homocystein, methionin (Met), cystathionin, biotin, penicilin, oxytocin a vasopresin.
V r. 1926 jeho mentor Abel získal krystalický insulin. Vincent du Vigneaud se zabýval analýzou jeho
aminokyselinového složení s použitím relativně primitivních metod a dokázal přítomnost síry. Insulin byl
předtím považován za jakýsi koenzym, který působí pouze s proteinovou částí.
Ve 30. letech spolu s Ludwigem F. Audriethem vymysleli v Illinois techniku S-benzylace cysteinu v
kapalném amoniaku, našli tak chránící skupinu pro peptidové syntézy. V r. 1932 Bergmann a Zervas
zavedli v Německu chránící skupinu benzyloxykarbonyl, Boc, její odstranění z peptidů obsahujících síru se
v laboratoři du Vigneauda provádělo redukcí sodíkem v kapalném amoniaku. Prostudovali vzájemný
metabolismus methioninu, cysteinu, homocysteinu, cystathioninu a cholinu. Rose ukázal, že Met může
nahradit Cys v potravě potkanů, ale sám je esenciální. Homocystein byl objeven jako produkt působení
kyseliny sírové na methionin. Ukázalo se, že v potravě potkanů může nahradit Met. Syntetizovali
cystathionin a ukázali, že jím krmené krysy nepotřebují cystein. Dokázali, že štěpením cystathioninu
nevzniká homocystein.
U Clarka na Kolumbijské univerzitě Harold C. Urey (1893-1981) připravoval D2O a prvky obohacené o
stabilní izotopy, což umožnilo efektivní studování intermediárního metabolismu. S pomocí Met
značeného na β- a γ-pozicï s 13C a 34S, kterým krmil potkany, zjistil du Vigneaud, že do Cys se zabudovává
pouze 34S (keratin v srsti), proces označil za transsulfuraci:
Met -> homocystein (+Ser) -> cystathionin -> cystein + α-oxobutyrát
Naproti tomu transmethylace byla objevena díky náhodě: experimenty s krmením potkanů byly
porovnávány výsledky Roseovy laboratoře. Byl-li homocystein v potravě bez Met a Cys, Roseovy potkani
přežili. Důvodem byla aditiva. Skupina du Vigneauda používala vitamíny, Rose extrakt z rýžových otrub
(obsahují cholin!). Potkani v laboratoři du Vigneauda hynuli díky ztukovění jater (cholin normálně
inhibuje vstup tuku do jater). Vyvstala otázka, zda je cholin donorem methylů pro biosyntézu
methioninu. Byl-li v potravě Met bez cholinu, ztukovělá játra se neobjevila – Met donorem methylů pro
biosyntézu cholinu. To bylo prokázáno použitím CD3-Met.
Byl tak objeven princip „volného methylu”, původ methylu kreatinu z Met. Ukázali, že methyl z kreatinu
není přenášen na homocystein. Zjistilo se, že přenos CH3 z cholinu na Met a z Met na cholin je
reverzibilní. Primární donor methylu (S-adenosylmethionin) objevil až Giulio Cantoni (1915-2005).
Studium biotinu vzešlo ze spolupráce s Paulem Györgyim (1893–1976), který našel faktor zvaný vitamín
H (německy Haut = kůže). Potkani s potravou obsahující syrový vaječný bílek jako zdroj proteinů trpěli
dermatitidou a nervovými poruchami. Játra nebo kvasinky obsahovaly látku, která odstraňovala tyto
příznaky. Čistý biotin izolovaný Köglem a Tönnisem měl stejné účinky. Struktura biotinu byla určena na
Cornellově univerzitě u du Vigneauda.
158
Za války byl du Vigneaud přizván k práci na penicilinu (řada pracovníků na Cornellově univerzitě), podíleli
se na zpracování jeho chemické syntézy.
Věnoval se i studiu hormonů ze zadního laloku hypofýzy – oxytocinu a vazopresinu. Před válkou to byla
např. purifikace, objev obsahu síry (cystinový derivát). V r. 1947 byl izolován homogenní oxytocin,
analýzou jeho amino-kyselinového složení byl zjištěn obsah Cys-Cys, Glu, Asp, Gly, Ile, Leu, Pro a Tyr plus
tři moly amoniaku. Později byla užitím Sangerova činidla určena sekvence a prokázán cyklický charakter
peptidu. Amoniak pocházel z deamidace Gln, Asn a glycinamidu. Pro potvrzení správnosti se přistoupilo k
chemické syntéze. Při odstranění chránících skupin redukcí v kapalném amoniaku vznikl oxytocein s
otevřeným řetězcem, jeho vzdušná oxidace poskytla biologicky aktivní oxytocin.
Přišlo se na to, že 20 členný kruh oxytocinu má preferovanou konformaci, která umožňuje správné
složení a možnost vzniku disulfidové vazby. Publikace o syntéze oxytocinu se objevila v JACS v roce 1953.
Současně se pracovalo i na vasopresinu. Bylo rovněž zjištěno, že jde o cyklický peptid se dvěma
aminokyselinovými záměnami vůči oxytocinu: Ile namísto Pha a Arg místo Leu (Arg-vasopresin) nebo Lys
místo Leu (Lys-vasopresin). Syntéza Lys-vasopresinu byla ukončena v r. 1960.
Ukázal se nový biologický princip, totiž že záměna aminokyseliny v peptidovém hormonu má výrazný
dopad na biologické účinky.
Zajímavý byl systém jeho laboratoře – barevné papírky pro komunikaci s podřízenými: papírky v barvě
růžové – nové nápady, zelené – výsledky, bílé – požadavky na servisní analýzy. Požadoval, aby výzkumníci
předkládali výsledky každý týden, třeba i neúplné.
Nobelovu cenu za chemii získal v roce 1955 za práci o biologicky významných sírových sloučeninách,
zejména za syntézu polypeptidového řetězce.
Literatura:
Hofmann K (1987) Vincent du Vigneaud. 1901-1978. Biogr. Mem. Natl. Acad. Sci. 56: 542-596.
Zdrojem fotografie je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/,
159
Otto Heinrich Warburg
(*8. 10. 1883 - †1. 8. 1970)
Otto H. Warburg byl jedním z předních biochemiků 20. stol. - nositel Nobelovy ceny za fyziologii a
medicínu v r. 1931 „za objev povahy a způsobu účinku dýchacího enzymu“. Na jeho počest udílí Německá
společnost pro biochemii a molekulární biologii od r. 1963 Medaili Otto Warburga.
Narodil se ve Freiburku v Bádensku. Jeho otec Emil Gabriel Warburg (1846-1931) byl fyzik a a univerzitní
profesor fyziky, přítel Alberta Einsteina (1879-1955). Malý O. Warburg proto vyrůstal v akademickém
prostředí. Rod pocházel z finanční dynastie Warburgů z Altony, židovského původu, považovaných za
potomky benátské rodiny del Banco.
Chemii začal studovat ve Freiburku, ale v r. 1903 přešel do Berlína, kam byl na fakultu pozván jeho otec.
Jeho učitelem chemie zde byl Emil Fischer (1852-1919), nositel Nobelovy ceny za chemii (1902). Ph.D.
získal Warburg v Berlíně v r. 1906 za práci věnovanou derivátům aminokyselin. Už jako student si vytkl cíl
hledat možnosti léčby rakoviny, v r. 1905 tak začal v Berlíně studovat medicínu.
Doktorát medicíny získal v r. 1911 v Heidelberku u prof. Ludolfa von Krehla (1861-1937). V. r. 1913 se
habilitoval v oboru fyziologie a nastoupil na Ústav císaře Viléma (KWI) pro biologii v Berlíně-Dahlemu,
oddělení fyziologie. Zde se věnoval embryologii ježovek. Mezi léty 1908 a 1914 pracoval jako výzkumník i
v Neapoli (zoologická stanice, ředitelem Anton Dohrn, 1840-1909).
V r. 1914 se stal vedoucím oddělení na KWI. Po vypuknutí 1. světové války šel dobrovolně na frontu, byl u
hulánů zprvu jako lékař a poté na velitelství pěchotní divize. Sloužil ve Francii a v Pobaltí, v r. 1917 byl
160
raněn a vyznamenán Železným křížem. Na popud matky a po domluvě od A. Einsteina se rozhodl odejít z
aktivní vojenské služby.
Začal znovu s vědeckou činností. V r. 1918 se vrátil na KWI pro biologii v Berlíně a byl ustaven profesorem
na Univerzitě Bedřicha Viléma. Už ve 20. letech byl v Německu respektovanou vědeckou osobností a v
hospodářsky poškozené zemi neměl potíže se získáním financí, o čemž svědčí jeho kladně vyřízená žádost
o finanční podporu 10 000 marek v délce jediné věty s podpisem (dle vzpomínek Hanse Krebse). V r. 1931
byl jmenován ředitelem Ústavu buněčné fyziologie v Berlíně-Dahlemu vzniklému díky financím
Rockefellerovy nadace. V tomto roce získal Nobelovu cenu (jen od r. 1923 získal 46 nominací a
v samotném roce 1931 byl nominován třináctkrát). V r. 1944 byl nominován na další Nobelovu cenu
(Albertem Szent-Györgyim) za práci na nikotinamidu, mechanismu účinku enzymů fermentačních drah a
za objev flavinu. Některé zdroje ukazují, že měl cenu dostat, ale ze strany nacistického režimu mu v tom
bylo zabráněno. Mezi těmi, kterým umožnil pracovat v laboratořích ústavu, byli Otto Meyerhof (18841951), Hans A. Krebs (1900-1981) a Hugo Theorell (1903-1982).
Warburg se nikdy neoženil, nikdy neučil, svůj život plně zasvětil práci v laboratoři. Za války mu bylo
umožněno pracovat pouze díky proslulosti jeho výzkumu rakoviny, který byl nacistickým vedením
podporován (Hitler se velmi obával této nemoci. V r. 1941 byl nejdříve nakrátko odvolán a na přímý
zásah Hitlerova kancléřství pak znovu ustaven vedoucím. V r. 1945 byl Warburgův ústav evakuován na
venkov severně od Berlína (Liebenburg), kde pak Rusové zcizili vybavení. Ačkoli byl ústav za války
klasifikován jako klíčový pro válečné úsilí Německa, Warburg vyvracel, že by se podílel na vojenském
výzkumu. V budovách ústavu bylo po válce americké vojenské velitelství, otevřen byl až v r. 1950.
V Dahlemu Warburg pracoval až do své smrti v r. 1970, přičemž vyznával zdravý životní styl s cvičením a
domácí zeleninou jako prevencí rakoviny. Pracoval 6 dní v týdnu a věnoval se buněčné fyziologii se
zřetelem k metabolismu, nádorové patofyziologii a biochemii a fotosyntéze. Warburg byl rázný až
arogantní vůči těm, kteří zpochybňovali jeho výsledky. Rád pracoval s lidmi zdatnými v konstrukci
přístrojů, nad kterými vynikal ve znalostech biochemie a kterým tudíž netoleroval žádné diskutování v
této oblasti. Byl přesvědčeným zastáncem kvantitativních metod a snažil se neustále zlepšovat možnosti
kvantifikace. Zavedl práci s tkáňovými řezy ve fyziologii, zdokonalil manometrické techniky pro měření
změn tlaku doprovázejících buněčné procesy a jednopaprskovou spektrofotometrii.
Už při práci s vajíčky ježovek si povšiml vyšší spotřeby kyslíku a rychlého buněčného dělení po oplodnění.
Proto postuloval, že rakovinné buňky mohou také spotřebovávat více kyslíku. U jistého jaterního
karcinomu potkanů se nepotvrdila větší spotřeba kyslíku, ale přitom i v přítomnosti kyslíku tvoří kyselinu
mléčnou. Je známo, že normální buňky využívají Pasteurova jevu, kdy anaerobní tvorba laktátu se v
přítomnosti kyslíku zastaví. Produkce laktátu byla v přítomnosti kyslíku prokázána i pro jiné nádory, a to
až o dva řády větší než v normálu.
Zjistilo se následně, že v nádorových buňkách není ovlivněna respirace jako taková (stejný Meyerhofův
kvocient – měřítko spotřeby O2 pro konverzi laktátu na glukosu - rozdíl ve spotřebě kyslíku pro produkci
laktátu v anaerobních a aerobních podmínkách).
161
V r. 1924 formuloval hypotézu, že nádorové buňky produkují energii dráhou glykolýzy s recyklováním
NADH. Zdravé buňky naopak podle něj získávaly energii oxidačním odbouráním pyruvátu. Rakovina byla
interpretována jako mitochondriální porucha. Hypotézu, která byla široce přijímána, se snažil potvrdit
experimentálními výsledky. Byl přesvědčen, že pH buňky souvisí s obsahem kyslíku. Popsal, že
rakovinové buňky mají pH 6.0 díky produkci laktátu. O svých teoriích byl hluboce přesvědčen a neuznával
objevy nových rakovinotvorných látek a virů způsobujících rakovinu.
Warburg tvrdil, že anaerobní metabolismus (fermentace) glukosy je méně náchylný k poškození než
buněčná respirace. Dnes víme, že Warburgem počítaný Meyerhofův kvocient spojující spotřebu kyslíku s
produkcí laktátu není odvozen správně a představa, že větší rychlost respirace znamená potlačení
produkce laktátu, je taktéž chybná. Warburg interpretoval aerobní tvorbu laktátu (Warburgův jev) jako
důsledek poškozené respirace, ale přitom jde o poškození regulace glykolýzy.
I nové výsledky ukazují, že k jedné molekule glukosy přeměněné aerobně na 36 molekul ATP je u
nádorové buňky 20 ATP získáno z přeměny 10 glukos na 20 molekul laktátu. Celkem tedy vzniká 56
molekul ATP z 11 glukos. Za anaerobních podmínek je u nádorových buněk 13 glukos přeměněno na 26
molekul ATP. Normální buňka přemění 1 glukosu na 36 ATP.
Jako podpora Warburgovy teorie o roli poškozené mitochondriální respirace v tumorogenezi byly
objeveny mutace sukcinátdehydrogenasy či fumaráthydratasy, které ve výsledku ovlivňují geny zapojené
do glykolýzy přes „hypoxia inducible factor“. Warburgův jev může také pocházet z mutací mtDNA (díky
nadprodukci kyslíkových radikálů) nebo ovlivnění glykolytických enzymů (aktivace) a transportu glukosy
přes onkogeny. Ztráta normální funkce nádorového supresoru p53 (normálně stimuluje mitochondriální
respiraci a potlačuje glykolýzu) indukuje aerobní glykolýzu cestou aktivace fosfofruktokinasy a
fosfoglycerátmutasy. Po létech výzkumu metabolismu nádorových buněk je jasné, že sama glukosa je
nedostatečným zdrojem pro růst a dělení. U nádorových buněk, které mají zvýšené požadavky na přísun
energie a živin pro tvorbu biomasy (proteosyntéza a lipogeneze), je laktát tvořený aerobní glykolýzou
zdrojem uhlíku pro biosyntézu mastných kyselin.
Literatura:
Krebs HA (1972) Otto Heinrich Warburg. 1883-1970. Biogr. Mems Fell. R. Soc. 18: 628-699. DOI:
10.1098/rsbm.1972.0023
Koppenol WH, Bounds PL, Dang CV (2011) Otto Warburg’s contributions to current concepts of cancer
metabolism. Nature Rev. Cancer 11: 325-337. DOI: 10.1038/nrc3038
Zdrojem fotografie (rok 1931) je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/,
162
Fotografie z laboratoře Ústavu císaře Viléma pro buněčnou fyziologii v Berlíně Dahlemu (1931). Zdrojem
je Spolkový archiv, neznámý fotograf.
163
James Dewey Watson
(*6. 4. 1928)
Watson je americký molekulární biolog, genetik a zoolog známý jako spoluobjevitel struktury DNA (1953)
spolu s Francisem H. C. Crickem (1916-2004). Watson, Crick a Maurice H. F. Wilkins (1916-2004) dostali
v roce 1962 v souvislosti se strukturou DNA Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu.
Studoval na univerzitách v Chicagu (B. S., 1947) a Indianě (Ph.D., 1950), absolvoval postdoktorandský
pobyt u H. Kalckara (1908-1991) v Kodani a pak pracoval v Cavendishově laboratoři na univerzitě v
Cambridgi, kde se potkal s F. Crickem. V l. 1956-1976 působil na Harvardově univerzitě (katedra biologie).
Od r. 1968 byl ředitelem Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) v New Yorku, kde se zabýval molekulární
biologií v souvislosti s rakovinou. V r. 1994 se stal prezidentem a po deseti letech kancléřem CSHL,
rezignoval 2007. V l. 1988-1992 ve spojení s NIH organizoval projekt sekvencování lidského genomu.
Rodiče byly potomky imigrantů ze Skotska a Irska, otec byl obchodník. Studoval na veřejných středních
školách a zajímal se o ornitologii. Na univerzitu v Chicagu se zapsal v 15 letech. Zájem o genetiku získal
přečtením knihy Erwina Schrödingera What is Life?. Po absolvování bakářského studia zoologie (1947) na
Indianské univerzitě (Bloomington) v r. 1950 získal Ph.D., školitelem byl Salvador Luria (1912-1991). V
Bloomingtonu působil Hermann Joseph Muller (1890-1967), americký genetik (studie mutageneze na
drosofile). Salvador Luria a Max Delbrück pracovali s bakteriofágy. V té době se věřilo, že geny jsou
proteiny, o DNA se soudilo, že jde o tetranukleotid se strukturální úlohou. Averyho-MacLeodůvMcCartyho experiment ale ukázal, že nositelkou dědičné informace je právě DNA.
164
Na ročním posdoktorandském pobytu v Kodani byl u H. Kalckara, který se zajímal o enzymy syntetizující
DNA. Watson ale dával přednost studiu struktury DNA. Na konferenci v Itálii se seznámil s výsledky
Maurice Wilkinse. Watsonův pobyt v Cambridgi domluvil Luria s Johnem Kendrewem (1917-1997). Na
základě dat Rosalind Franklinové (1920-1958) a M. Wilkinse odvodili v březnu 1953 Watson s Crickem
dvojšroubovici DNA (pracovali v Cavendishově laboratoři v Cambridgi). Publikováno to bylo ve stejném
roce v časopise Nature. Byl zkonstruován model struktury DNA (nyní v Muzeu vědy v Londýně). Široké
vědecké veřejnosti byl model představen v červnu 1953 na sympoziu v Cold Spring Harboru.
Nobelovu cenu za objev struktury DNA získali v r. 1962 Watson, Crick a Wilkins, bohužel ne Franklinová,
která zemřela v r. 1958. Objev dvojšroubovice je považován za nejdůležitější vědecký objev ve 20.
století a zlomový okamžik v přírodních vědách.
Od r. 1956 pracoval Watson na Harvardu. Na katedře biologie se zabýval rolí RNA v přenosu genetické
informace, postupně se vypracoval na profesora biologie. Napsal zde několik učebnic a zůstal až do r.
1976, přestože od r. 1968 řediteloval v CSHL.
V r. 1968 napsal knihu The Double Helix, která představuje příběh objevu struktury DNA včetně
osobností, vztahů, konfliktů a polemických pasáží. Mezi mnoha se ohradili i Crick a Wilkins.
Od r. 1974 žil s rodinou v Cold Spring Harboru. Jako ředitel, posléze prezident a kancléř směroval
molekulárně biologický výzkum k boji s nemocemi jako je rakovina nebo neurologické choroby. Prostředí
vytvořené na CSHL nemělo ve světě paralelu. Pokud jde o projekt sekvencování lidského genomu na NIH,
byl jeho hlavou v l. 1990-1992. Projekt opustil po konfliktech s vedením NIH kvůli patentování genových
sekvencí. Jeho osobní genom byl publikován v r. 2007.
Literatura:
Watson JD (2003) Geny, ženy a Gamow. Mladá fronta, Praha, 2004.
Watson JD, Crick FHC (1953) Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid.
Nature 171: 737-738. DOI: 10.1038/171737a0
Watson JD, Crick FHC (1953) Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid. Nature 171:
964-967. DOI: 10.1038/171964b0
Zdrojem životopisných údajů je The Nobel Foundation, http://www.nobelprize.org/.
Zdrojem fotografie (rok 1931) je Encyclopaedia Britannica, http://www.britannica.com/.
165