Chemienobelpreis 1929: Hans von Euler-Chelpin — Arthur Harden
Die beiden Chemiker erhielten den Nobelpreis für ihre Forschungen über die Gärung von Zucker und deren Gärungsenzyme.
Biografien
Hans Karl August Simon von Euler-Chelpin,* Augsburg 15. 2. 1873, ✝ Stockholm (Schweden) 6. 11. 1964; ab 1906 Professor der allgemeinen und organischen Chemiean der Universität in Stockholm, ab 1929 dort Direktor des Instituts für Vitamine und Biochemie.
Sir (seit 1936) Arthur Harden, * Manchester (England) 12. 10. 1865, ✝ Bourne End (Buckinghamshire, England) 17. 6. 1940; ab 1897 Tätigkeit am British Institute for Preventive Medicine (später Lister Institute), 1907-30 dort Leiter der biochemischen Abteilung (London), ab 1912 Professor an der University in London.
Würdigung der preisgekrönten Leistung
Die Gärung ist neben der Tierhaltung die älteste biologische Technologie der Menschheit.Das Blubbern des Gärvorgangs bei der Alkoholherstellung regte viele Forscher zu Erklärungen an, berührte es doch unmittelbar das Rätsel der Ursache des Lebens.
Der Jesuit Jan Baptist van Helmont aus Brüssel prägte den Begriff »Gärung«, indem er alle Lebensvorgänge als chemische Gärungsprozesse bezeichnete und auf »gasförmige Fermente« zurückführte. Er wusste bereits, dass bei der Gärung Kohlendioxid entsteht. Ihre naturwissenschaftliche Erkundung begann 1815 mit dem französischen Gelehrten Joseph Gay-Lussac, als er die Bruttogleichung des alkoholischen Gärungsprozesses aufstellte. Der französische Geograph Charles Cagniard de la Tour entdeckte 1836, dass Bierhefe aus unbeweglichen Kügelchen besteht. Er führte die Bildung von Alkohol und Kohlendioxid aus Zuckerlösungen auf die vitale Kraft der Hefezellen zurück.
Alkohol beflügelt die Forschung
Moritz Traube, Weingroßhändler aus Ratibor in Oberschlesien, vermutete 1858, dass alle von Lebewesen hervorgerufenen Gärungen durch »Fermente« in den Zellen veranlasst würden. Zwei große Wissenschaftler, der französische Chemiker und Bakteriologe Louis Pasteur und der Universalgelehrte Justus Freiherr von Liebig stritten 1860 noch heftig über die Ursache der alkoholischen Gärung. Pasteur gelang es schließlich zu zeigen, dass Mikroorganismen verantwortlich sind. 1878 führte der Chemiker Wilhelm Kühne den Begriff »Enzym« für lösliche, nicht organisierte Fermente ein, wie sie in den Verdauungssäften vorliegen.
Ende des 19. Jahrhunderts schien sich Pasteurs Theorie, dass der intrazelluläre Stoffwechsel und die Gärung »organisierter Fermente« (Mikroorganismen) das »lebende« Protoplasma voraussetzen, durchgesetzt zu haben. Liebigs Vorstellung eines rein chemischen Prozesses, hervorgerufen durch unorganisierte Fermente, hatte nur noch wenige Anhänger. Als der Chemiker Eduard Buchner (Nobelpreis 1907) und sein Bruder, der Hygieniker Hans Buchner, 1897 bewiesen, dass Gärung nicht nur von lebenden Organismen erzeugt werden kann, indem sie die alkoholische Gärung des Rohrzuckers mit zellfreiem Hefepresssaft durchführten, wurde offenbar, dass die Wahrheit irgendwo dazwischen lag. Das wirksame Prinzip nannten sie »Zymase«. Die Enzymtheorie, die eine Unterscheidung von Ferment und Enzym überflüssig machte, verdrängte damit in wenigen Jahren die Protoplasmatheorie des Stoffwechsels. Die Biochemie begann, eine eigenständige Wissenschaft zu werden.
Buchner gab die Vorlage
Zu den drängendsten Fragen an der Wende zum 20. Jahrhundert gehörten die Grundlagen der Muskelkontraktion, der Zellatmung, der Photosynthese und der Gärung. Die großen Fortschritte, die in den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts in diesen Gebieten erzielt wurden, erhellten die universellen enzymkatalysierten und vitaminerfordernden Stoffwechsel- und Energietransferwege. Das Nobelkomitee fand es deshalb an der Zeit, die auf Buchners Entdeckung basierenden neuen Erkenntnisse in der Gärung zu würdigen.
Harden hat direkt an Buchners Arbeiten angesetzt. Er filterte einen Hefepresssaft durch einen Gelatinefilter (Ultrafilter) und erhielt ein flüssiges Filtrat und Bodensatz, der nicht durch den Filter gedrungen war. Wider Erwarten konnte er weder mit der Flüssigkeit noch mit dem Bodensatz Gärung erzeugen. Mischte er beide Fraktionen, erhielten sie ihre Fähigkeit zur Gärung zurück. Harden erklärte das Ergebnis, indem er ein hochmolekulares Enzym, die »Zymase« postulierte, die den Filter nicht passieren konnte. Die Zymase sollte jedoch ein hitzestabiles, niedermolekulares Enzym zu seiner Aktivität benötigen, das den Filter passieren konnte. Er nannte es Cozymase, Codehydrase I oder Coenzym der Gärung. Die heutige Bezeichnung lautet: Nicotinamidadenindinucleotid (NAD).
Bedeutende Entdeckung
Harden gelang es 1905, einen vernachlässigten Teil der alkoholischen Gärung aufzuklären. Er stellte fest, dass im Hefepresssaft Phosphorsäureester von Zuckern entstehen. Die Zugabe einer definierten Menge Phosphat zur Reaktion führte zu einer entsprechenden Menge an Carbonsäure und Ethylalkohol. Dieser Effekt ging einher mit der Bildung definierter Mengen einer oder mehrerer Verbindungen zwischen Zucker und Phosphorsäure. Die wichtigsten dieser »Zymophosphat« genannten Verbindungen waren Glucosemono- und Glucosediphosphat. Diese bedeutende Entdeckung bewies, dass das Phosphat an der chemischen Umwandlung der Glucose in Ethanol und Kohlendioxid direkt beteiligt ist. Ohne diesen Teil der chemischen Reaktion wären weder Gärung noch Glycolyse verständlich.
Die Gärung ist aufgeklärt
Von Euler-Chelpin stellte fest, dass durch das Zusammenwirken von Phosphorsäure und Enzym Glucosemonophosphat entsteht, das mit dem von Harden und dem englischen Chemiker Robert Robinson (Nobelpreis 1947) entdeckten Monophosphat identisch war. Die gefundene Reaktion musste also mit der Glucoseoxidation im Muskel weitgehend identisch sein. Er entdeckte auch, dass das Phosphat in dem Maß unter dem Einfluss des Coenzyms »mutiert«, wie Glucosediphosphat und freie Glucose gebildet werden. Von Euler-Chelpin konnte demonstrieren, dass das Coenzym identisch war mit der »Comutase« der Reaktion. Die Erkenntnis ist außerordentlich wichtig gewesen, da sie die zentrale Rolle des Coenzyms im Gärungsprozess zeigt. Im Weiteren bestimmte er das Coenzym als Pentosenucleosid. Später erkannte er die Identität von Carotin und Provitamin A. 1935 klärte er die Struktur des NAD auf. Wenig förderlich war allerdings sein Vorschlag, Vitamine und Hormone als Ergone zusammenzufassen.
Von Euler-Chelpin hat viele bedeutende Forscher seiner Zeit kennen gelernt. Da er sich für die Spektralfarben interessierte, ging er 1893 nach Berlin, um bei Emil Fischer (Nobelpreis 1902) und unter Emil Warburg und Max Planck (Nobelpreis für Physik 1918) zu studieren. Nach seiner Promotion ging er 1896 zu Walther Nernst (Nobelpreis 1920) nach Göttingen. Schon ein Jahr später trat er dem Labor von Svante Arrhenius (Nobelpreis 1903) in Stockholm bei, wo er blieb. Von Euler-Chelpin war in zweiter Ehe mit Elisabeth Baronesse af Ugglas verheiratet, aus der neun Kinder hervorgingen.
U. Schulte