Загадки современной химии. Правда и домыслы - Джордж Шварц

Если вы когда-нибудь применяли перекись водорода для дезинфекции раны, то тоже замечали образование пузырьков, потому что и кровь может расщеплять перекись водорода на кислород и воду. Катализатором в этом случае является не каталаза, а гем, та часть гемоглобина, которая отвечает за транспорт кислорода в эритроцитах. Швейцарский химик Кристиан Фридрих Шонбейн, известный изобретением пироксилина (нитроклетчатки), после того, как вытер передником своей жены стол, залитый азотной и серной кислотой, первым заметил, что перекись водорода пузырится при контакте с кровью. Шонбейн резонно рассудил, что если неизвестное пятно обработать перекисью водорода, и при этом начнут образовываться пузырьки, то, значит, в пятне содержится гемоглобин, а, следовательно, кровь. С 1863 года обработка пятен перекисью водорода стала первым предварительным тестом на кровь. Однако перекись водорода разлагается и самостоятельно, хотя и медленно, и поэтому анализ затрудняется дополнительным образованием пузырьков, не связанным с присутствием крови.

Метод обнаружения крови был значительно улучшен с внедрением в практику теста Кастла-Мейера, когда реакционная смесь меняет окраску в присутствии гемоглобина. Реакция основана на свойствах фенолфталеина, который современным студентам известен как кислотный индикатор. В кислоте раствор фенолфталеина бесцветен, но в щелочной среде становится темно-розовым. В нашем случае важно, что под действием цинка фенолфталеин восстанавливается в бесцветный фенолфталин, который наряду с щелочью присутствует в реакционной смеси.

По ходу пробы на пятно капают спирт, в котором растворяется гемоглобин, если он присутствует в пробе, а затем пятно протирают шариком, пропитанным реагентом Кастла-Мейера. После этого на шарик капают перекись водорода. Если в пробе присутствует гемоглобин, перекись расщепляется на кислород и воду. Кислород окисляет фенолфталин в фенолфталеин. Поскольку раствор имеет щелочную реакцию, фенолфталеин розовеет, что указывает на присутствие крови. Тест очень чувствителен, но не специфичен в отношении человеческой крови. Кровь животных тоже дает положительную реакцию, так же, как и некоторые ионы металлов, обладающих свойствами окислителей.

Реакция перекиси водорода с гемоглобином лежит в основе «люминольного» теста, которым пользуются при осмотре места преступления для обнаружения даже не видимых глазом следов крови. Подозрительную область опрыскивают раствором люминола и перекисью водорода. В присутствии крови перекись взаимодействует с гемоглобином, выделяет кислород, который реагирует с люминолом с возникновением синего свечения. Эта реакция была открыта в 1928 году немецким химиком Альбрехтом, а в криминалистике ее впервые применил в 1937 году Вальтер Шпехт.

Даже высохшая и разложившаяся кровь дает положительную реакцию с синим свечением при воздействии люминола. Свечение продолжается в течение около тридцати секунд и может быть сфотографировано, но для обнаружения реакцию надо проводить в полностью затемненном помещении. Реакция настолько чувствительна, что с ее помощью можно обнаружить следы крови даже на выстиранных вещах. В одном случае был получен положительный результат люминолового теста на обоих коленях джинсов после того, как они были выстираны.

Ни тест Кастла-Мейера, ни реакция с люминолом не могут дать сведения о принадлежности крови. Для идентификации принадлежности из крови экстрагируют ДНК и выполняют соответствующий анализ. Например, в случае с джинсами было показано, что кровь на коленях не могла принадлежать владельцу джинсов.

У теста с люминолом тоже есть недостатки. Хемолюминесценция может появиться в присутствии таких веществ, как медьсодержащие соединения и отбеливающие средства. Если бы джинсы были выстираны в детергенте с отбеливателем, то выявить на них кровь было бы невозможно. Преступники, знающие эту особенность люминоловой реакции, обрабатывают место преступления хлоркой или иными отбеливателями. В результате вся поверхность дает ровное синее свечение, которое надежно маскирует все возможные пятна крови. Если же вы хотите полюбоваться по-настоящему красивым синим свечением, то опрыскайте срез печени раствором для проведения люминолового теста. Только не ешьте после этого печень.

Бывают воспоминания, которые навечно врезаются в человеческую память. У меня такое воспоминание связано с одним июньским днем 1980 года, когда на ежегодной конференции в Канадском Химическом институте я ожидал выступления доктора Лайнуса Полинга, одного из самых известных и прославленных ученых мира. Лайнус Полинг был лауреатом Нобелевской премии по химии за 1954 год, и лауреатом Нобелевской премии мира за 1962 год. Это был единственный человек в мире, получивший единолично две Нобелевские премии.

Делая научную карьеры в химии, я был очарован и поражен широтой вклада Полинга в эту науку. Его плодотворные идеи о природе химической связи, основанные на расположении электронов на орбиталях, упоминаются во всех вводных курсах химии, и ни один текст по биологии не будет полным без ссылок на демонстрацию Полингом сути серповидно-клеточной анемии как болезни, вызванной нарушением строения определенных белков. В самом деле, серповидно-клеточная анемия стала первой болезнью, суть которой была понята на молекулярном уровне. Полинг также ввел в науку понятие об электроотрицательности как мере сродства атома к электронам, что сделало возможным предсказание силы связей, возникающих между различными атомами. Полинг внес огромный вклад в химию белков и был близок к решению задачи о строении ДНК до Крика и Уотсона.

Я был также сильно заинтригован историей о том, как Полинг стал интересоваться химией. Это случилось в тринадцатилетнем возрасте, когда его школьный товарищ Ллойд Джеффресс, будущий видный физиолог, пригласил Полинга к себе домой, чтобы показать несколько химических опытов. Полинг был потрясен и вскоре начал экспериментировать сам, составив в одном случае смесь, которая взрывалась, когда по ней проезжал трамвай. Это напомнило мне мои опыты с аммиаком и йодом в попытке синтезировать трийодид азота, соединение, взрывающееся от малейшего прикосновения, даже перышком.

Была и еще одна причина, по которой я очень хотел послушать Полинга. Несмотря на то, что им неизменно восхищались в научных кругах за его вклад в химию и за создание целой научной отрасли – молекулярной биологии, его и изрядно критиковали за вышедшую в 1970 году книгу «Витамин С и простуда». В этой небольшой книжке он выразил свою веру, что большими дозами витамина С можно лечить простуду. Проблема заключалась в том, что знаменитый ученый, автор более восьмисот добросовестных научных работ, основывал свою доморощенную теорию исключительно на личном опыте. Тем не менее, для того, чтобы проверить утверждения Полинга, ученые провели несколько клинических испытаний, ни в одном из которых не был подтвержден лечебный эффект аскорбиновой кислоты (витамина С).

Энтузиазм Полинга в отношении витамина С не ограничивался простудой. Он утверждал, что большие дозы витамина C полезны при лечении рака. Это утверждение тоже попытались проверить, и результатом испытаний стал вердикт о том, что в лечении рака действие витамина С не отличается от действия плацебо. На это Полинг возражал, что испытания не увенчались успехом, потому что витамин С назначали внутрь, а не вводили внутривенно. Некоторые исследователи, подпав под влияние авторитета Полинга, до сих пор включают витамин С в схемы лечения онкологических заболеваний. Полинг также энергично пропагандировал назначение витаминов для лечения душевных расстройств и даже предложил термин «ортомолекулярная медицина» для лечения болезней веществами, которые уже содержатся в организме. Эта концепция подверглась критике со стороны практикующих врачей. Таким образом, к 1980 году одни превозносили Полинга до небес, а другие ожесточенно его критиковали. Мне хотелось послушать, что он сам скажет по этому поводу.