ГАРДЕН, АРТУР

ГАРДЕН, АРТУР (Harden, Arthur), (1865–1940). Нобелевская премия по химии 1929 (совместно с Х.Эйлер-Хельпиным).

Обычно есть два пути становления ученого. Один путь – быстрое развитие исследователя, получение фундаментальных результатов, обобщение своих достижений, преподавание, создание собственной школы и т.д. Другой путь состоит в последовательной многолетней систематической деятельности, которая со временем приводит исследователя к открытию или созданию теории, научного направления и др. Пример Гардена являет нам редкий третий путь. До 35 лет он занимался преподаванием, написанием учебника Практическая органическая химия и историческими изысканиями (в частности, совместно с известным неоргаником Генри Энфилдом Роско (1833–1915) издал труды Джона Дальтона), а затем прокомментировал их в отдельной книге). И вдруг Гарден резко изменил свою научную деятельность и стал экспериментатором-биохимиком.

Родился 12 октября 1865 в Манчестере (Великобритания) и был третьим из девяти детей и единственным сыном бизнесмена Альберта Тайеса Гардена и Эльзы Макалистер. Его родители были сектантами, и потому Гарден был воспитан в пуританской атмосфере. После получения начального образования в школе «Викториа-парк» в Манчестере он поступил в 1877 в Таттенхолл-колледж в графстве Стаффордшир, который окончил через четыре года. Затем поступил в Оуэнс-колледж при Манчестерском университете и в 1885, отлично сдав экзамены, получил степень бакалавра по химии.

В следующем году ему была присуждена стипендия, которую он использовал для завершения обучения в Германии в 1887–1888 у Филиппа Отто Фишера (Philipp Otto Fischer, 1852–1932), (известный химик, двоюродный брат великого Э.Фишера) в Эрлангенском университете. Под его руководством он в 1888 защитил диссертацию, посвященную свойствам органического вещества нитрозонафтиламина.

В том же году Гарден стал лектором по курсу химии в Манчестерском университете, где оставался до 1895. В 1895–1897 он – директор Технического института и одновременно инспектор департамента науки и искусства Южного Кингстона.

В 1897 Гарден приглашен химиком в Дженнеровский (позднее Листеровский) институт профилактической медицины в Лондоне. Первоначально он преподавал химию и микробиологию и интересовался историей естествознания. В конце 1890-х проявил особый интерес к ферментации, инициируемой определенными бактериями, и, начиная с 1899, опубликовал несколько статей по этой тематике.

В 1896 Э.Бухнер (Нобелевская премия,1907) доказал, что жидкость, отделенная от дрожжей, вызывает брожение, хотя сама жидкость не содержит живых дрожжевых клеток. Более того, Бухнер продемонстрировал, что один из компонентов экстракта, фермент, который он назвал зимазой, расщепляет молекулы сахарозы на фрагменты. Некоторые исследователи все еще считали, что брожение происходит в результате воздействия загадочной «жизненной силы» на живую клетку, но к 1904 для Гардена стало очевидным, что ферментация – это совокупность химических процессов. Для подтверждения своей гипотезы он получил препарат зимазы и профильтровал его под высоким давлением через пористый фарфор, пропитанный желатином. Он открыл, что фермент зимаза состоит из двух компонентов, один из которых проходит через такой фильтр, а другой – нет. Гарден также обнаружил, что брожение прекращается, когда он удаляет какой-нибудь компонент из дрожжевого экстракта. Это было первым доказательством того, что для эффективного функционирования один компонент фермента нуждается в присутствии второго. Он оставил название «зимаза» за одним компонентом, а другой компонент или кофермент стал называть козимазой. В дальнейшем он обнаружил, что зимаза является белком, в то время как козимаза представляет собой вещество небелковой природы.

В 1905 Гарден сделал свое второе открытие: процесс ферментации требует фосфат-иона. Он отметил, что скорость распада молекулы сахарозы (состоящей из двух углеводных гексозных остатков – глюкозы и фруктозы) и образования двуокиси углерода и спирта со временем медленно падает. Однако, когда он добавил в раствор фосфат, скорость ферментации резко возросла. Основываясь на данных наблюдениях, Гарден заключил, что фосфат-ионы связываются с молекулами сахарозы, создавая условия для ферментативного индуцирования брожения. Более того, он обнаружил, что фосфат-ион в результате сложной цепи превращений остается свободным после завершения ферментации.

Гарден выдвинул гипотезу, что ферментация происходит только тогда, когда две молекулы фосфата взаимодействуют с двумя молекулами гексоз (это отвечает одной молекуле сахарозы) с образованием производного, которое он назвал зимо-дифосфатом.

Понимание важности и значимости его работы привело к тому, что Гарден в 1906 был приглашен руководить биохимическим факультетом Листеровского института. Спустя 5 лет он стал почетным профессором биохимии Лондонского университета, одновременно являясь директором Листеровского института.

В 1913 Гарден стал вместе с Уильямом Мэддок Бейлиссом (William Maddock Bayliss, 1860–1924) основателем «Биохимического журнала», в котором он сотрудничал на протяжении 26 лет.

За исключением периода с 1914 по 1918, когда Гарден занимался военными исследованиями по химии известных водорастворимых витаминов, он все время отдавал изучению процесса ферментации.

В 1929 Гардену совместно с Эйлер-Хельпином была вручена Нобелевская премия «за исследование ферментации сахара и ферментов брожения».

В речи при презентации лауреатов председатель Нобелевского комитета по химии X.Г.Сёдербаум (H.G.Söderbaum) назвал процесс познания ферментации «одной из наиболее сложных и трудных проблем химии». «Интерес специалистов к изучению механизмов сложных реакций ферментации сахара, – заключил Сёдербаум, – позволил сделать важные выводы об основных путях метаболизма углеводов растений и животных».

Работы Гардена и Эйлер-Хельпина об участии фосфат-иона в процессе брожения внесли фундаментальный вклад в исследование явления, которое называют метаболизмом, в изучение соединений, образующихся в процессе химических реакций в живом организме. Фундаментальную роль фосфорилирования в процессах метаболизма, природу ключевых молекул, принимающих в них участие, и механизм их действия еще предстояло выяснить.

Изучение ферментации сахарозы обеспечило модель для последующих экспериментаторов, исследовавших распад углеводов растений и мышечной ткани человека. Складывался подход к будущему анализу фермент-субстратного взаимодействия, к выяснению роли ферментов и коферментов в энзиматических процессах.

На следующий год после вручения Нобелевской премии Гарден подал в отставку с поста директора Листеровского института и следующие 10 лет полностью посвятил научной деятельности.

О взглядах и жизни Гардена вне науки известно мало. По мнению людей, его знавших, «Гардену как экспериментатору были свойственны точность в наблюдениях, ясность мысли, способность бесстрастно анализировать результаты эксперимента и оценивать их значимость». Был он педантичен, склонен к соблюдению традиций, что не мешало ему увлекаться коньками и гольфом.

Умер 17 июня 1940 у себя дома в Борн-Энд (графство Бэкингемшир) в результате прогрессировавшего в течение нескольких лет нервного расстройства.

Работы: Алкогольное брожение / Пер. с англ. Под ред. В.В.Первозванского. М. – Л., 1933; An Elementary Course of Practical Organic Chemistry. London, 1897 (with F.C. Garrett); Inorganic Chemistry for Advanced Students. London, 1899 (with H. E. Roscoe).

Кирилл Зеленин