Ботвиник, Мария Моисеевна

Мария Моисеевна Ботвиник (реже встречается написание Ботвинник; ,  — , ) — советский химик-органик, доктор химических наук, учёный, специалист в области химии белка, в частности, оксиаминокислот . Впервые в России синтезировала важнейшие оксиаминокислоты и их производные, значительно продвинула химию в решении вопроса о роли гидроксила в белке, механизмах действия ферментов.

Биография 
Родилась в еврейской семье. Отец был служащий (управляющий фабрикой).

В 1918 г. окончила 88-ю трудовую школу в Москве. В 1918-23
гг. служила в Наркомпроде, затем в Хлебопродукте в должности конторщика,
делопроизводителя, заведующей отделением, секретаря отдела, корреспондента.
В 1924—1925 гг. преподавала естествознание и экономическую географию в средней школе
34.

В 1919 г.
поступила на физико-математический факультет МГУ и в 1927 г. окончила Химическое
отделение, защитив дипломную работу «Об ангидридном комплексе эдестина,
содержащем гексониевые основания» (1929г). В 1928—1929 г. работала препаратором и лаборантом Химического отделения . В 1929—1931 гг. — в аспирантуре химфака (научный руководитель Н. Д. Зелинский). После окончания аспирантуры в 1931 г.
была оставлена работать на Химфаке МГУ ассистентом, преподавала органическую химию. Научную работу вела в лаборатории химии белка, руководителем которой был Н. Д. Зелинский,
а заместителем Н. И. Гаврилов. Одновременно работала старшим научным сотрудником биохимического Института им. Баха. В 1935 г защитила кандидатскую диссертацию и получила звание доцента кафедры органической химии. Хорошо
владела тремя языками: французским, английским, немецким. В 1941 г. эвакуировалась вместе с университетом в Ашхабад, где наряду с МГУ работала старшим научным сотрудником в Туркменском филиале АН СССР. В 1956  г защитила диссертацию на степень доктора химических наук. Имеет более 50 печатных работ. С 1967 г — старший научный сотрудник кафедры химии природных соединений Химфака МГУ. Более 20 лет Мария Моисеевна читала спецкурс для студентов, специализирующихся в области химии белка. Будучи эрудированным учёным
в области органической химии, прекрасным лектором и педагогом, она пользовалась заслуженным авторитетом среди сотрудников и студентов Химического факультета.

Мария Моисеевна активно участвовала в общественной работе: до 1929 г. была библиотекарем на фармзаводе № 2. В 1929—1934 г на выборной работе: секретарём месткома; заведующей производственным сектором; членом вузовско-аспирантского бюро; председателем местного аспирантского бюро, секретарём бюро секции научных работников (СНР), агитатором студенческих групп. Была членом вузбюро СНР по шефству над кавалерийской бригадой.

Награды: медаль «За трудовую доблесть во время Великой Отечественной войны» (1946 г.), многочисленные почётные грамоты и благодарности за общественную, педагогическую и научную работы от руководства химического факультета и Университета (1931—1941 гг.).

12 января 1970 г. была уволена с должности в связи с уходом на пенсию.

Научная деятельность 
Мария Моисеевна в различные периоды становления науки о
белках занималась актуальными проблемами химии белков и пептидов, изучением
структуры и свойств производных аминокислот. В начале своей научной
деятельности, будучи ещё аспиранткой у Гаврилова Н. И. она изучала и дополняла
вместе с ним дикетопиперазиновую теорию строения белка. В рамках этой теории исследовались
ангидридные комплексы, об одном из которых (выделенном из белка эдестина) была
опубликована статья, дискуссионного характера, содержащая ценную информацию,
отражающую представления о строении белков в России и во всём мире на момент её
написания (1929 г).

Дикетопиперазины составляли важное направление
ранних исследований Ботвиник, они упоминаются и в статье «К вопросу о
лактам-лактамной перегруппировке» (1937). В этой работе решена проблема неопределённости формы амидов путём определения двойной связи по углерод-азоту, так как последняя специфична только для лактимной перегруппировки. В качестве метода для изучения перегрупировки амидной связи была использована реакция Прилежаева: действие пербензойной кислоты на двойную связь.
Заинтересовавшись пербензойной кислотой, М. М. Ботвиник уже со своими коллегами и учениками стала расширять исследования, чтобы понять, насколько глубоко и по какому механизму идёт окисление этой кислотой. Дело в том, что использование пербензойной кислоты в качестве реактива для качественного, а тем более количественного определения двойной связи углерод-азот требовало более детального изучения характера окисления. С одним из своих первых студентов, М. А. Прокофьевым, они изучили окисление этим реактивом имидазола и его производных. Имидазольное кольцо было удобно для данного исследования, так как оно является очень стабильным. Кроме того, эта группировка широко распространена в белке. Соотношение азотосодержащих соединений было практически не изучено. В данной работе был выяснен механизм окисления имидазольного кольца. Окисление шло через стадию двуокиси и приводило к мочевине:

Несмотря на то, что дикетопиперазиновая теория развивалась вплоть до конца 40-х годов ХХ
века, М. М. довольно быстро поняла ложность этой теории и осталась приверженицей
пептидной теории Э. Фишера, которую она преподавала студентам и ученикам.
Дальнейшая работа М. М. была посвящена оксиаминокислотам, в особенности серину. Область
оксиаминокислот привлекала в 40-е г. внимание многих исследователей. Выделение
из белков треонина, эфиров фосфорной кислоты с оксиаминокислотами, данные о
значении гидроксильной группы при ферментативном расщеплении белка показывали,
что оксигруппа, а, следовательно, и оксиаминокислоты играют определённую и,
может быть, немаловажную роль в белках.

Но знания об этой группе аминокислот в 1930-е годы были
довольно скудными. Особенно мало было известно об оксиаминокислотах жирного
ряда. В связи с этим возникали трудности выделения и определения этих
соединений. Вполне доказанными в белке можно было считать: тирозин, оксипролин,
серин, треонин и b-оксиглютаминовую
кислоту. Данные об b-оксивалине,
оксилизине, окситрептофане и ряде других требовали подтверждения. Так, треонин,
впервые упоминаемый В. С. Садиковым и Н. Д. Зелинским в 1923г, был
окончательно доказан в белках только в 1935 г. после выделения из фибрина крови.

В поисках специфичных особенностей оксиаминокислот Ботвиник
и её группа остановились на реакции дегидратации, характерной для b-оксикислот. Однако при подходе к исследованиям
они столкнулись с не разработанностью методов синтеза оксиаминокислот.

Было установлено, что наилучшим и универсальным
методом синтеза b-окси-a-аминокарбоновых
кислот является синтез треонина из кротоновой кислот. Он заключается в реакции непредельной кислоты с ацетатом ртути в растворе метилового
спирта. После аминирования аммиаком и отщепления метоксигруппы бромистоводородной
кислотой образуется b-окси-a-аминокислота.

Далее была найдена характерная реакция для b-окси-a-аминокарбоновых
кислот жирного ряда — дегидратация бензойным ангидридом с образованием
ненасыщенных азалактонов. Установлено, что дегидратация происходит после
предварительной циклизации. Так же был изучен гидролиз азалактонов до ацилов
непредельных аминокислот.

Реакция дегидратации представляла двоякий интерес. С
одной стороны эта реакция должна быть характерна только для оксиаминокислот, с
другой — не исключена возможность, что именно таким путём идёт распад
оксиаминокислот, если не
in vivo,
то in
vitro.
Из различных деградационных средств исследователи остановились на бензойном
ангидриде как на сравнительно мягком реагенте. В работах М. М. Ботвиник и сотр.
прослеживается направление подбора условий для улучшения выхода азалактона:
времени, температуры режима и характера обработки исходных веществ.

В 1940-е М. М. Ботвиник удалось осуществить синтез b-оксинорвалина и выяснить механизм
реакции получения этого вещества. А в 1948 г. Мария Моисеевна разработала качественные
реакции на b-оксиаминокислоты
и серин. Основой для этой реакции явилась способность оксиаминокислот при
нагревании с уксусным или бензойным ангидридом переходить в ненасыщенные
азалактоны. Появляющуюся двойную связь можно легко обнаружить обесцвечиванием
перманганата по Байеру. Образующиеся ненасыщенные азалактоны малоустойчивы и
при нагревании разлагаются до соответствующих кетокислот. В случае серина
образуется пировиноградная кислота, которая с силициловым альдегидом в щелочной
среде даёт оранжево-коричневую окраску. Таким путём можно определять положение
серина в пептиде. Из всех аминокислот, встречающихся в белках, обе реакции даёт
только цистеин, который подобно оксиаминокислотам, превращается в ненасыщенный
азалактон.

Также Ботвиник многие годы посвятила исследованиям
реакций с пербензойной кислотой. Её работы подтвердили на ряде примеров
активность углерод-азотной двойной связи. Одновременно с этим было найдено, что
жирные амины, подобно ароматическим, окисляются пербензойной кислотой и что
способность азотсодержащей группы вступать в реакцию связана с наличием
свободных электронов у азота. Доказано, что кислые свойства соединений понижают их реакционную
способность.
В 1946 г/ вышла статья, в которой совместно с
академиком Н. Д. Зелинским Мария Моисеевна восполняют пробелы в данных по
содержанию оксиаминокислот в белках.

В 1951
г в Учёных записках МГУ, посвящённых 90-летию
Н. Д. Зелинского, была опубликована статья, где излагались многие ценные
представления относительно специфики свойств белков. Показано, что оксигруппа в ряде изученных белков доминирует либо составляет значительную часть полярных функциональных групп белка.
Данное исследование позволило значительно продвинуться в решении вопроса о роли гидроксила
в белке. С целью выяснения возможных путей подхода к изучению
роли гидроксила в белке М. М. и сотрудники исследовали реакционную способность
гидроксила в оксиаминокислотах, в частности, по отношению к оксизалонам; поставили
при этом и вторую цель — получение эфирной связи аминокислоты, по оксигруппе. Высокое
содержание оксиаминокислот в ряде белков, в частности, в фибриллярных белках,
выявило, что гидроксил играет особую специфическую роль, образуя лабильные
связи в белках или между белками. В качестве экспериментального подхода
Ботвиник пробовала применить для обнаружения эфирной связи гидроксамовую реакцию.
Оказалось, если проводить последнюю в строго выбранных условиях, то реагирует
только эфирная связь. С помощью гидроксамовой реакции стало возможно разрешить
интересную и важную проблему о форме связи гидроксила в белковой молекуле.

Продолжались работы и по изучению свойств эфирной
связи, образованной аминокислотой и гидроксильной группой b-оксиаминокислоты. Авторы полагали, что
изучение наряду с амидообразной других форм связи, в том числе эфирной, имеет
существенное значение для разрешения вопроса строения белка. Для этой цели в 1953 г. были разработаны
методы синтеза и получены N, O-пептиды серина, а также изучено их
отношение к ферментам. В качестве ферментов использовались панкреатин и
кристаллический трипсин, а позднее пепсин и папаин. Среди полученных соединений:
О-(бензоилфенилаланин)-N-бензоилсерин, этиловый эфир
О-(бензоиламиноизобутирил)-N-бензоилсерина, изопропиловый эфир N, O-ди-(фталилглицил)-серина
и метиламид О-(бнзоилфенилаланил)-N-бензоилсерина.

В 1953
г Ботвиник впервые были синтезированы ряд эфиров и
амидов, ацилированных пептидов серина. Среди них: изопропиловый эфир N-(фталилглицил)-серина с выходом
72 %, метиловый эфир N-(фталилглицил)-серина — 54 %,
метиловый эфир N-(п-толуолсульфоглицил)-серина — 46 %,
метиловый эфир N-(бензоилфенилаланил)-серин
— 71 %. Последний в виде двух стереомеров. Метиловые эфиры действием метиламина
превращались в соответствующие амиды N-ацильных
производных пептидов серина.

Таким образом, был решён вопрос о возможности
образования О-пептидной связи по гидроксилу серина, разработаны условия и
синтезирован ряд N, О-пептидов
серина, N-бензоил-О-пептидов
серина и их производных. Далее в 1955 г., вместе с уже упомянутой С. М. Аваевой, М. М.
Ботвиник принялась за оксиаминокислоту треонин. Были синтезированы N-ацил-О-пептидов треонина и
аллотреанина. На примере этих
соединений в последующих работах изучена возможность ферментативного гидролиза
О-пептидной связи в пептидах треонина, что явилось переходом к новому
направлению в исследованиях — к ферментативным синтезам. В 1958 г. М. М. Ботвиник опубликовала
статью «Ферментативный синтез оптически деятельных пептидов из гликолевых
эфиров D, L-аминокислот». Оказалось, что
ферментативный гидролиз гликолевых эфиров ациламинокислот можно использовать
для разделения ацил-D, L-аминокислот
на оптические антиподы. В 1964 г. с помощью метода ИК-спектроскопии была выявлена
причина появления рацемизации, наблюдающейся при синтезе нитрофениловых эфиров
карбобензоксипептидов карбодиимидным методом. Появление такой рацемизации явилось
следствием азалактонизации пептидов.

В качестве продолжения изучения переноса
аминокислотных остатков с О-пептидов b-аминокислот
на белки с помощью метода радиоактивных изотопов М. М. Ботвиник и А. П. Андреевой
был синтезирован N-бензоил-(О-бензоилфенилаланил-С14)-серин,
который в дальнейшем под действием химотрипсина взаимодействовал с альбумином
сыворотки крови и отдельно с инсулином. Устойчивость полученных препаратов
к щёлочи позволила предположить, что присоединение идёт за счёт образования
стабильных пептидных связей. Это предположение в дальнейшем продолжали
развивать. Так, в том же году Мария Моисеевна проводила аналогичную реакцию с
рибонуклеазой. Оказалось, что рибонуклеаза способна сама активировать
процесс переноса бензоилфенилаланила на белок, а химотрипсин в этой реакции
является своего рода ингибитором.

В конце 60-х г. Марией Моисеевной и её коллегами для
изучения ферментов стали широко применяться хромогенные субстраты. При работе с
протеиназами хорошо зарекомендовали себя нитроанилиды аминокислот. Они использовались
как в теоретических исследованиях, так и в медицине для диагностики различных
заболеваний. Как синтетические субстраты п-нитроанилиды заинтересовали учёных
ещё в довоенные годы. Однако синтез этих соединений представлял некоторые
трудности. Особенно сложно было получить оптически чистые и одновременно легко
растворяющиеся субстраты. Поэтому М. М. Ботвиник и Е. В. Раменским был разработан
метод получения оптически чистых n-нитроанилидов
ацетил-L-лейцина
и ацетил-L-фенилаланина.

Параллельно, начиная с 1964 г, М. М. Ботвиник и С. М.
Аваеву привлекали вопросы строения фосфопротеидов, в частности выяснения
характера связи фосфорной кислоты с белком. Макроэргический характер фосфорных
связей в фосфоропротеинах, их большая лабильность, высокая реакционная
способность и ряд других особенностей позволяли предполагать наличие в
фосфопротеинах различных форм связей. Основываясь на предположении о существовании
в белках, помимо моноэфирной, ещё и пирофосфатных связей, исследователями под
руководством Марии Моисеевны были получены 2 соединения, которые являлись
представителями нового класса дисерилпирофосфатов: Р1Р2-ди(бензиловый
эфир N-карбобензоксисерил)-Р1Р2-дибензилпирофосфат
и Р1Р2-ди(метиламид N-бензоилсерил)-Р1Р2-дибензилпирофосфат.
В дальнейшем проводилось подробное изучение свойств данных соединений. Работы в этих направлениях стали
продолжаться в 1970-х годах коллегами и сподвижниками Марии Моисеевны.
Например, в работах по изучению серилпирофосфатов типа I Аваевой
была изучена устойчивость этих соединений при различных рН, кинетика их
кислотного гидролиза, ферментативный гидролиз неорганической пирофосфатазой
дрожжей и щелочной фосфатазой E. Coli.

Личная жизнь 
М. М. Ботвиник не имела
семьи, посвящая всю жизнь работе в университете. При наличии несомненного таланта
исследователя ей не удалось достичь соответствующих её квалификации должностей
(в частности, должности профессора), и этому был ряд причин: в частности, М. М.
не была членом партии; некоторые её родственники после революции проживали за
границей, что также осложняло социальный статус в тот период времени. С 1940-х
гг. проживала в коммунальной квартире по адресу ул. Чкалова, д. 7, кв. 5.

Библиография 
 Кочетков Н. К., Торгов И. В., Ботвиник М. М. Химия природных соединений (углеводы, нуклеотиды, стероиды, белки). М.: АН СССР, 1961. — 559 с.

Примечания

Ссылки 
 Фотопортрет
 

Химики СССР
Химики по алфавиту
Доктора химических наук
Выпускники физико-математического факультета МГУ (после 1917)
Преподаватели химического факультета МГУ