Verenigingen

De ontdekking van enzymen

KVCV |
Microbiologie, Organische chemie

Het thema alcoholische gisting was in de 19de eeuw het toneel van hevige debatten. Zo bleef Louis Pasteur vasthouden aan ‘geen gisting zonder leven’. Arsène Lepoivre doet verslag.

Grote figuren als Antoine Lavoisier (1734-1794) en Louis Gay-Lussac (1778-1850) ontrafelden weliswaar de structuur van de reactieproducten uit alcoholische gisting, maar negeerden daarbij de rol van gist in het fermentatieproces. Ook al bleek experimenteel het grijze bezinksel na de alcoholische gisting wel degelijk essentieel om een nieuwe zuivere suikeroplossing vlot te laten starten.

Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) op zijn beurt beschreef het reactieversnellend effect van edelmetalen op bepaalde anorganische reacties. Intuïtief bracht dit hem op het idee dat de complexe reacties in vivo, zoals in alcoholische gisting, bij gewone temperatuur pas zo snel konden verlopen dankzij de hulp van stoffen die zelf niet deelnemen aan de reactie. Hij noemde deze nieuwe kracht ‘katalyse’.

Duidelijk geloofde hij niet in de ‘vis vitalis’-opvatting, het zogenoemde krachtprincipe in levende wezens dat sinds Aristoteles toen nog veel aanhangers kende. Opvallend is wel de totale ontkenning van Berzelius’ artikel uit 1837 door Louis Pasteur (1822-1895), Justus von Liebig (1803-1873) en anderen.

1835: kijk op gist

De microscopie kende in de loop van de 19de eeuw een stormachtige ontwikkeling. De eerste meerlenzige systemen kenden tot halfweg die eeuw meerdere praktische problemen. Chromatische en sferische aberraties naast gebrek aan scherptediepte maakten dit nieuwe onderzoekapparaat nog weinig betrouwbaar.

Toch konden de Duitse fysioloog Theodor Schwann (1810-1882) en de bekende Franse uitvinder Charles Cagniard de la Tour (1777-1859) ermee onafhankelijk van elkaar een belangrijke waarneming doen bij het fermentatieproces. Zij zagen gist groeien tot een massa bolletjes die zich door knopvorming leken te vermenigvuldigen. Ze koppelden die waarneming aan de ontbinding van suiker tot alcohol en koolstofdioxide. De drijvende kracht lag ogenschijnlijk in dit levende organisme. Een absoluut bewijs hadden ze niet en deze groei kon ook een toevallig samengaan zijn met de fermentatie.

1839: levend organisme?

Chemici als Liebig hadden nog lang grote twijfels of gist wel een levend organisme is. En aangezien fermentatie alleen door levende organismes tot stand kon komen, werd aan de conclusie van de biologen weinig geloof geschonken. Ook het wantrouwen in de micro­scopische waarnemingen met nog al te veel fantasieverhalen was nog vrij groot.

In 1839 ontwikkelde de Duitse scheikundige Liebig een mechanistische visie op de rol van de gist. Die stof zou in contact met een suikermolecuul zijn trillingen overdragen, waardoor de ontbinding kon starten. Dit leek toen voor velen een redelijk concept.

1858: Pasteur over gisting

Pasteur, een wetenschappelijke reus uit de 19de eeuw, begon als scheikundige en werd bekend door zijn studie op de kristallen van wijnsteenzuur, waarvan hij de stereochemie ontrafelde. Als Elzasser kreeg hij van naburige wijnboeren de opdracht te onderzoeken waarom het bij de gisting soms fout liep. Met een vrij goede microscoop kon hij de waarnemingen van Schwann en Cagniard de la Tour bevestigen. Maar bij de verzuurde wijnproductie zag hij niet die grote groei van gistcellen, maar wel van nog veel kleinere cellen. Micro-organismes waren de oorzaak van de verzuring.

Hij kwam met verdere experimentele bewijzen dat alleen deze zogenoemde levende ‘microben’ en gisten gistingsprocessen konden veroorzaken. Met zijn publicatie uit 1858 over de algemene gistingstheorie zette hij een hak op de theorie van Liebig. Die reageerde met de gedachte dat die organismes wel aan de basis lagen maar dat mogelijk alleen ‘dode’ reactiestoffen uit deze celgroei de gisting zouden veroorzaken; dus toch zoals hij met zijn vibratiemechanisme had beschreven. Wie had gelijk?

1860 en 1862: nieuwe ‘feiten’

De Poolse chemicus Moritz Traube (1826-1894) bracht de essentiële feiten samen die in 1860 over fermenten bekend waren. Al in 1833 hadden twee Franse chemici uit opengesneden gerstkorrels een stof geïsoleerd die zeer efficiënt zetmeel in suiker kon omzetten. Ze noemden het ‘diastase’ (het Grieks voor ‘een breuk maken’). En de eerder genoemde Schwann isoleerde in 1836 uit maagslijm een stof die eiwitten kon afbreken. Dit ‘pepsine’ (letterlijk ‘vertering’) en het diastase leken duidelijke voorbeelden van chemische reacties waarbij oplosbare fermenten niet direct cellulair betrokken leken.

Traube zag dit na de discussies tussen Liebig en Pasteur nu door een nieuwe bril. Hij vond de kritiek van Liebig op de hypothese van Pasteur wel terecht, maar geloofde niet in zijn voorgestelde mechanisme. Traube vermoedde dat binnen in de cellen stoffen bestaan die analoog zijn aan de bekende oplosbare fermenten buiten de cellen.

Amper twee jaren later kreeg de hypothese van Traube sterke steun door de waarnemingen van Marcellin Berthelot (1827-1907). Die isoleerde uit geweekte gist een oplosbaar ferment dat na zuivering door neerslaan met alcohol en filtratie gewone suiker kon splitsen in glucose en fructose. Dit zogenoemde ‘invertase’ was zo bijzonder omdat het uit de levende gistcel was gehaald. De levende cel was duidelijk alleen maar de producent van het oplosbaar ferment. Pasteur was aanvankelijk niet eens met zijn Franse collega. Uiteindelijk gaf hij toe, maar verwierp toch de algemene geldigheid. Hij bleef bij de uitspraak ‘geen gisting zonder leven’.

1897: geslaagde isolatie

In het laboratorium van Hans Buchner (1850-1902), bacterioloog in München, probeerden onderzoekers uit gist met een vrij omslachtige filtratiemethode zuiver celvocht te isoleren met totaal immune eigenschappen. Het gezuiverde filtraat bleek verassend genoeg nog voldoende actief te zijn bij een test op alcoholische gisting. Waar Pasteur en vele anderen hadden gefaald, slaagde Buchner. Zijn lab lukte het om het enzym (Grieks voor ‘gist’) op dusdanige wijze uit de cel te isoleren dat het in vitro actief was. Hun publicatie uit 1897 kreeg pas een paar jaar later erkenning.

Voor de moderne biochemie was deze eerder toevallige ontdekking een mijlpaal in haar ontwikkeling. De broer en medewerker van de intussen overleden Hans, Eduard Buchner, kreeg in 1907 de Nobelprijs voor Scheikunde voor onder andere de ontdekking van de celvrije fermentatie. Het vitalisme was nu definitief dood. Maar wat enzymen eigenlijk zijn, bleef voorlopig nog een black box. 

Arsène Lepoivre
Deel deze pagina
KVCV

Lid worden van de KVCV? Ontdek de voordelen!

Naar boven