Витамины. 
Химия и медицина

Витамины… Они нужны как пища и воздух, но действуют в очень малых количествах, без них организм не может обойтись. Недостаток их есть причина ряда тяжелых заболеваний и снижения сопротивляемости, т. е. ослабления иммунных сил организма к действию микробов. В 1880 году врач Н. Н. Лунин доказал существование группы веществ, не относящихся к обычным частям пищи, но жизненно важным для человека. Его исследования были развиты К. Функом в 1911 году, предложившим их название — витамины. Еще через одиннадцать лет Н. Н. Бессонов открыл аскорбиновую кислоту — витамин С, излечивающий цингу и повышающий сопротивляемость организма к болезням.

Изучение витаминов помогло биохимикам понять механизм действия лекарственных веществ и немало способствовало успехам химиотерапии. Сейчас известно, что аскорбиновая кислота облегчает процесс переноса атомов водорода от пищевых веществ к кислороду, то есть улучшает дыхание клеток.

Другой витамин, названный витамином, А (ретинолом), играет большую роль в процессе восприятия света сетчаткой глаза и необходим для сохранения клеточных оболочек. Ретинол называют витамином зрения, поскольку его недостаток в организме вызывает некоторые заболевания глаз, кроме того, витамин, А участвует в образовании тканей, включая костные, и очень важен для роста детей.

Он защищает организм от простудных заболеваний, пневмонии, болезней кожи. Витамин, А плохо растворим в воде, но хорошо растворяется в жирах.

В организме человека ретинол не синтезируется, его основными источниками являются каротины и среди них главным образом b-каротин, который в печени подвергается окислительному расщеплению с образованием витамина А.

Витамин В1 (тиамин), был открыт при изучении причин тяжелой болезни бери-бери, сопровождающейся прогрессирующими параличами, расстройством сердечной деятельности и нарушениями работы нервной системы. Все эти явления вызваны недостатком в организме витамина В1, который входит в состав нескольких ферментов. Последние ускоряют биохимические реакции и таким образом регулируют сложный, многоступенчатый процесс окисления пищевых веществ. В состав витамина В1 входят азот и сера. Для медицинских целей витаминной промышленностью выпускаются синтетические препараты — тиамина бромид, тиамина хлорид и кокарбоксилаза.

Но вернемся к борьбе с микробами. Открытие и применение витаминов, развитие методов иммунизации с помощью специфических сывороток отодвинули на второй план работы в том направлении, которое было намечено П. Эрлихом. Это понятно, так как П. Эрлих добивался успеха, идя чисто опытным путем, не имея ясных представлений о механизме поражения микробов именно его «пулями». Биохимия в это время еще не была в состоянии объяснить гибель микробов «на молекулярном уровне». И пришлось довольно долго ждать решения этой задачи хотя бы для некоторых лекарственных веществ. Лишь в 1932 году ученик П. Эрлиха химик Г. Домагк, изучая соединения, содержащие два связанных атома азота —N=N— (диазосоединения), обнаружил, что одно из них (его позднее назвали красным стрептоцидом) успешно борется со стрептококковыми инфекциями. Опыты шли на мышах. Но однажды сын Г. Домагка, случайно уколов руку, заболел тяжелым стрептококковым заражением крови. Г. Домагк рискнул ввести ребенку красный стрептоцид и спас своего сына от грозившей ему неизбежной смерти.

После этого клинические испытания стали проводить быстрее и стрептоцид начал свое победное шествие по больницам и клиникам. Красная форма лекарства состояла из двух компонентов, неактивен был только один из них — белый стрептоцид.

Стрептоцид R1= H.

Он оказался менее сложным соединением, и именно его ввели врачи в медицинскую практику для борьбы с инфекциями. Было доказано, что причина, по которой стрептоцид подавляет рост микробов, заключается в том, что его молекула по своему строению очень похожа на парааминобензойную кислоту, необходимую для жизнедеятельности микробов; усваивая вместо нее стрептоцид (сульфаниламид), микроб отравляется и гибнет.

Разница в молекулах состоит только в том, что вместо группы —СООН в сульфаниламиде находится группа —SO2NH2; этого достаточно, чтобы отравить клетку стрептококка.

Теперь пути дальнейших исследований стали более ясными: очевидно, следует варьировать состав и структуру замещающих групп, вводить заместители в амино-группу и испытывать полученные соединения на их антимикробное действие. Подбор заместителей позволяет находить соединения, специфически «настроенные» на определенный вид микробов.

Это нелегкая работа, но изучение этого класса соединений было весьма плодотворным. Удалось создать препараты, способные подавлять развитие туберкулезных бактерий; в 1946 и 1951 гг. группа, возглавляемая Г. Домагком, получила парааминосалициловую кислоту (ПАСК) и изониазид, применение которых в последующие годы резко снизило смертность от туберкулеза.

В 1877 г. английский ученый У. Робертс пришел к выводу о том, что между плесневыми грибами и бактериями существует антагонизм. Микроорганизмы создают вокруг себя «зону безопасности», выделяя в окружающую среду особые вещества (их назвали антибиотиками), назначение которых — уничтожать другие микроорганизмы. Но среди этих «других» вполне могли оказаться и стафилококки, и стрептококки, и пневмококки и прочие серьезные враги человека.

В 20-х годах нашего века А. Флеминг — английский микробиолог, изучая стафилококки заметил, что в одной из чашек микробы почти не развиваются. А. Флеминг решил, что в эту чашку из атмосферы случайно попали споры плесневого гриба, относившегося к роду пенициллиум. Вещество, полученное из жидкости, в которой рос гриб, названное пенициллином, оказалось исключительно активным по отношению к целому ряду опасных микроорганизмов. Была установлена и формула пенициллина, получены его соли и различные производные, например натриевая соль бензилпенициллина.

Пенициллин действует на стрептококки, пневмококки, менингококки, спирохеты и несколько слабее на стафилококки. Воспаление легких, эндокардит, раневые инфекции, гнойный плеврит, перитонит, цистит, остеомиелит, ангины, дифтерия, рожистое воспаление, менингит, скарлатина, сибирская язва, — вот неполный список тяжелейших болезней, которые одолевает пенициллин. Итак, в дополнение к сульфаниламидам появились антибиотики. Исследования различных сред, в которых росли микробы, главным образом почв, взятых в различных районах земного шара, проводились широким фронтом. Вещества, выделяемые микроорганизмами, очищали, концентрировали и испытывали их способность подавлять рост болезнетворных микробов.

В историю освоения производства антибиотиков большой вклад внесли и советские ученые Г. Н. Гаузе, 3.В. Ермольева, М. М. Шемякин и др. В настоящее время врачи располагают большим набором веществ этого класса, эффективных при лечении заболеваний. Очень большую роль в лечении туберкулеза сыграл выделенный С. Я. Ваксманом из гриба актиномицета стрептомицин.

Левомицетин (хлорамфеникол) и тетрациклин (1945—1948 гг.) оказались ценными средствами при лечении сыпного тифа, дизентерии, бруцеллеза, коклюша, пневмонии и других заболеваний. Как и всегда, основной каркас молекулы лекарственного вещества допускает различные вариации, позволяющие улучшить его свойства или «настроить» его на определенный вид микробов.

В настоящее время известны уже сотни антибиотиков и установлен в общих чертах механизм их действия. Так, установлено, что пенициллин препятствует образованию клеточной стенки у бактерий, тетрациклины нарушают работу тех частей клетки, в которых происходит синтез белков (рибосомы), синтезы белка блокируются также и стрептомицином.

Практическое применение антибиотиков требует осторожности. Многие из них токсичны, некоторые вызывают аллергические реакции. Что же касается привыкания к ним микробов, то приходится постоянно бороться с «химическим сопротивлением» микробов.

Лекарственные средства обычно воздействуют на несколько метаболитических процессов. Наряду с полезным эффектом часто проявляется и вредное воздействие на организм — побочное действие, которое необходимо учитывать при приеме препарата.

Знание всех стадий обмена веществ у микроорганизмов, доступное современной биохимии, дает основания думать, что человечество, несомненно, выиграет бой с примитивными микроорганизмами, и будущие поколения не будут знать инфекционных болезней.

Но ими не исчерпывается все разнообразие недугов человека. Существуют еще многочисленные заболевания, связанные с нарушением регуляции физиологических процессов. В этом плане особенно выделяются различные злокачественные опухоли. Для подавления их роста, а так же для послеоперационного лечения разработано множество противоопухолевых препаратов.

Препарат нимустин применяют для лечения глиомы больших полушарий мозга, рака легких, желудка, печени, гортани, глотки, тонкого кишечника, меланомы кожи и др. Ломустин применяют для лечения лимфогранулематоза, рака легких меланомы кожи. Разработаны новые препараты этого типа — араноза и лизомустин (нитруллин).

Одним из страшнейших заболеваний является диабет, при котором расстраивается система регулирования содержания сахара в крови и человек страдает от чрезмерного повышения концентрации сахара. Лечить эту болезнь очень трудно. Здесь необходим союз медицины, физиологии, химии и биохимии. Для облегчения течения заболевания сахарным диабетом применяется инсулин.

Инсулин — гормон, вырабатываемой поджелудочной железой животных и человека. Он регулирует содержание сахара (глюкозы) в крови. При его недостатке и развивается сахарный диабет (гипергликемия). Инсулин является главным лекарственным препаратом для лечения этого заболевания. По своему химическому строению инсулин — это пептид, состоящий из двух цепочек (цепь, А и цепь Б), связанных между собой дисульфидными «мостиками»:

Инсулин — это первый природный пептид (белок), полный синтез которого осуществлен в лабораторных условиях. В настоящее время ведутся работы по химической модификации животного инсулина, с целью полного его превращения в инсулин человека.

Другая болезнь века — гипертония. Для борьбы с ней также создано множество лекарственных препаратов, понижающих давление крови и способствующих расширению сосудов.