Albert von Szent-Györgyi (1969) - Molecules, Electrons and Biology (German Presentation)

When the biochemist Albert Szent-Györgyi came to his first Lindau meeting in 1969, his Nobel Prize in Physiology or Medicine was already more than 30 years old

Count Bernadotte, Colleagues ... (inaudible), thank you. Ladies and Gentleman, As you know, biological thinking today is permeated by the influence of the molecular theory. And according to this theory, the living system is composed of closed particles with closed electron shells, molecules. And heat agitation causes these molecules to oscillate and collide on occasion. I have never really been able to believe that this is the sole source of the wonderful intricacy and adaptability and fittingness of living nature, and here in Lindau I asked myself whether our situation is not analogous to a man observing the meeting of Nobel Prize laureates in Lindau from a height of 10,000 meters. If this person were asked: "What are Nobel Prize laureates?", he would say: Sometimes they collide, then they part again, and that's all there is to it". I have never really been able to believe this, and I would say that the main outcome of my long years of research of more than 50 years is a profound respect and admiration for the marvellous complexity of living nature. That these molecules are not really as isolated and not really as closed as the molecular theory would have us believe, the first indication was discovered by Weiss in England in 1942. He found that if a strong oxidising agent and a strong reduction agent are combined they form a complex. And this complex then develops a dipole moment, meaning that the molecule has a positive and a negative charge. And straight away he understood rightly that this could only happen through an electron transferring from the one molecule, from the reductant to the oxidiser. For as we know, oxidising agents have a strong desire to accept electrons and reduction agents are keen to release electrons or hydrogen atoms. So, this all adds up well. He interpreted the whole sequence – may I have the first slide – correctly at first glance, that the electron, with the one molecule releasing an electron which becomes the donor, right? The other accepts it, thereby becoming the acceptor, and these are then given the abbreviations D or A. So as Weiss accurately reports, in the first stage they form a complex, a stable configuration held by normal forces. Then an electron is transferred within the complex. An electron passes to the acceptor. As you know, all molecules are composed of electrons which always come in pairs. There are always the two together. They come in pairs, which means that an electron spins off from its pair and transfers to the acceptor, which then becomes negatively charged. No one has ever seen this happen – it's something we can't see. All we have is a good dipole measurement from measuring the dipole moment which is awfully difficult and very complicated, but we still can't see anything. If, however, the conditions are very favourable – extremely favourable – including the relative energy, the pair may break apart and become two independent particles, an acceptor with a negative charge and a donor with a positive charge, which is what we now call a free radical. So then we have a free radical. And this, which is something we can already prove, may emit a sign or a signal in an electron spin resonance machine. The electron spin, by which I mean the machine itself, has 1,000 buttons and fills a whole room, and as you know, one of the laws is the smaller particle the larger the machine needed for proof. So the electron spin resonance spectroscope can detect when an electron has separated from its pair and is sitting there by itself. So, what's the best way of imagining this - can I have the next slide. Here - as you know, the electrons in molecules or atoms form a sort of cloud and the cloud has a certain localisation called an orbital, and these orbitals have different energy levels. This slide shows occupied orbitals, there are, of course, occupied and empty orbitals. At this point, you will say that it's not empty at all. What we have here is a physical reality, but there is nothing sitting on it, sort of like an empty chair. So here are the occupied orbitals, the ones with the thick line, and those are the thin ones, which serves to indicate what is an oxidising agent and what a reduction agent. This means that an electron is in a very high orbital, at a very high level, with a strong propensity to transfer. If the acceptor, meaning the oxidising agent, has an empty chair, namely at a low level, the electron can go and sit on it. This then generates the energy and the two charges, the positive charge This is then the ground state, with no excitation. Only the previous carrier energised. This is the transition to the ground state or, to put it another way, strong charge transfer. Another type of charge transfer was subsequently discovered and researched in detail, in particular molecules with spin-up electrons. Could I have the next slide please? Naturally, an electron could never spin to a higher level by itself. It lacks the energy to do this. If, however, it happens that an electron is energised by a photon, by light energy, this energy can send it to a higher level, which is then charge transfer in an excited state, isn't it. Life's most important chemical reaction is of this kind, as exemplified by the excitation of the chlorophyll molecule in plants. The electron is excited by light and transferred to a higher level. So, what usually happens is that the electron naturally falls back again, the cloud is distributed between the two molecules, and the electron falls back. But life has learnt to grab hold of the electron here with a metal atom, with an iron atom, and then it has a little energy, and this is the energy which sustains you, which sustains us all, from this energy supplied by the photon. So, to summarise, the next slide please. So, there are two electron transfers, where an electron jumps to a higher level and where it falls back, which is the ground state. Now a question for the biologists: What can biology make of this? Nothing whatsoever, for the simple reason that there is no light in our bodies. Consequently, when we talk about animal physiology, there is no light in the body And there is no strong oxidising agent in the body either, as we would not be able to tolerate it. They would kill us, the strong oxidisers. Which is why there are none. As a result, there would be no chance of a charge transfer. Charge transfer could, however, be extremely significant. Indeed, if there were to be just one, even in this middle ground, where the electrons, where the substances are neither powerful oxidisers nor strong reducers. If they could display just one charge transfer. Because our whole body is constructed on substances, which are not strong oxidising agents. So my main question to put to the experts is now: whether, in this middle ground, which forms the basis for the whole body, a charge transfer would be possible. But now comes the difficult part: How could you prove this? In this region, indeed, waiting for an electron, for the whole electron cloud to transfer to another molecule would be an impossible option. It would merely spread, the electron cloud. That which we observe in electrons, like a cloud. The cloud would merely distribute itself between the two molecules, the donor and the acceptor, and in this state of dissipation, getting an electron spin resonance spectrum and an indication in this machine is not yet possible. So is there a way forward? Yes, there is, with a small trick. Small tricks are indispensable in science, because if one needs especially favourable conditions for a whole electron to transfer, yes - the attempt should then be made to create such favourable conditions, and then to observe whether the electron wants to pass over with the substances that are actually present in our bodies. After all, we have all sorts of substances inside us, proteins and amino acids and, taking all this, and having created particularly favourable conditions by introducing a strong acceptor in a particularly good solvent – there are special properties which one anticipates – and we then put the whole lot in the electron spin resonance machine and what we get is a wonderful signal. Anyone who has worked with an electron spin resonance machine knows how marvellous this signal is. There are intervals which we can use to calculate everything. This is a wonderful signal. And we found that hydrogen atoms and oxygen atom can donate electrons. So, this is really astonishing. As you know, electrons are always bound in most compounds. However, hydrogen and oxygen as well as sulphur and similar atoms have electrons, two electrons, always pairs of electrons that are not bound, chemically bound. These are called a lone pair of electrons, the French always say, "cherchez la femme", so in French this would be " unmarried electrons", "électrons célibataires". So, one of these unmarried electrons can transfer perfectly easily. Both from hydrogen, especially, and from oxygen. As well as sulphur. What we get is a completely new idea about life. And about living organisms. Also about the relation between molecules, and about everything that these delicate reactions could signify. So, we have a kind of cloud, an electron cloud, which disperses across two atoms. This is a spectacularly delicate connection where anything and everything could happen with the electrons. This includes the completely unexpected. And up until now, we have always believed that carbon is present, with its four valances and large molecules, which is correct. However, oxygen and hydrogen are only present to create acid and alkaline valances and possibly hydrogen compounds and so on, otherwise they don't have a purpose. But now we come to a new idea. Perhaps this is completely wrong. And perhaps this is the essence or one of the intrinsic factors of life, these electron clouds. And each hydrogen atom and oxygen atom, along with carbon and sulphur atoms, are wonderful donors with their unmarried electrons. Yes, but such a donor only makes sense if there is an acceptor. When a girl runs around finds no one to take her in, she makes no progress. Yes, acceptors are also needed. So, what are acceptors? No atom can be an acceptor. There is, however, a compound, the C-O bond, or every double bond, every double bond is a good acceptor. Oxygen is not alone in not being an acceptor. Carbon is not an acceptor but the electron clouds, present as an occupied electron cloud always in a double bond An empty one, which is also a good acceptor. But this makes the whole thing really exciting. And this is why: - Can I have the next slide please. This is a peptide bond. As you know, Thyrell discovered, or this was known already, that all proteins are made up of a huge number of amino acids, and two amino acids join with a peptide bond. There are therefore innumerable peptide bonds. Almost only one less, as many bonds as there are amino acids in one molecule. So, here is a peptide bond and there you can see what is so exciting, that's an acceptor, this double bond, a strong acceptor group, and here is a strong donor group. So, each bond has a donor, which means the possibility of a really large number of these change transfers This gives us a completely new possibility, doesn't it, for it is then possible that these clouds, here we say a peptide chain – next slide please. These are peptide chains here, which I have simply labelled as peptide chains. And when this oxygen generates a charge transfer with the next peptide chain, and this in turn with the one after, then the whole protein molecule or two molecules touching one another here join to make up an electron cloud. And this gives rise to quite different ideas about the real significance of a protein. Indeed, this leads to infinitely new things, I mean that it is only a fanciful notion at the moment, but a beautiful fanciful notion. So, those would be the possibilities, and each such charge transfer is a bond, evolving into a very large number of bonds, with weak bonds appearing, between protein chains or various molecules. So far, so good, but how to prove it? Proving it is not possible, unfortunately that doesn’t work. Simply because these transfers, meaning the cloud, do not sit on an atom but are dispersed, and therefore do not emit an electron spin signal. So what we can do right now is to investigate simple proteins and ask: Therefore, assuming we have the picture right, there must be very many weak bonds in the peptide chains and between the molecules, a veritable multitude. And a system where the components are held together by weak bonds, many weak bonds, has properties that are quite different from a system with few strong bonds. May I have the next slide please. Here I have roughly outlined the whole thing. Two molecule surfaces bound together by a strong bond, and here two molecule surfaces bound together by many very weak bonds. So what is the difference between the two? This is quite a delicate matter. To separate the two molecules I need enough energy to break the bond, let's say around 15 calories. Indeed, if I have a few weak bonds here, say 15 of them, I need the equivalent of the same energy as before if I want to proceed in this direction. But not if I come from the side. If I start at the side, here for instance, then I only need to break one bond at the moment if I start here. This is only one calorie. Then we move to the next bond, the second calorie, and then the third, so with a minimal amount of energy, namely only one calorie, I can break up the whole thing. And this has very interesting characteristics. If I break one bond, the next will be predisposed to break. It is too weak to hold the whole thing. It breaks as well, and the whole process is self-perpetuating. And this also works in reverse: if I create a bond, the next will form more easily. As you can see, the whole thing can continue to move along. It makes up a system, an "all-or-nothing" system, where either everything happens or nothing at all. We see systems of this kind in everyday life, don't we. Take a zipper, something you are familiar with, right? The zipper on a pair of men's trousers, such a zipper. A zipper is such an "all or nothing", you know it can only be unzipped from one end if you want to open it. And the it is zipped upwards. Closed from the other if you want to reverse the process. And, sometimes to our chagrin, it parts way in the middle, which opens the whole thing up and causes great inconvenience. There are various kinds of all-or-nothing stories, which can have the same effect. And what’s more - the characteristics that emerge can be completely weird. If I have two particles which have this weak energy on the surface binding them, they can rotate freely around each other without using energy. Because on the one side I then break the bonds and, on the other, I create bonds. This activity therefore costs me nothing. They can move around without any energy. They behave, in other words, like a liquid. At the same time, however, they are always held together at one point, which means they behave like solid matter. This is really strange, they are both solid matter and liquid, in one state and in the other. And living tissue has these properties. Wonderful. Take the tissue which is most easily accessible, skin, here is my skin, and this is the point: it is neither solid In my view, very robust, my skin would do any boot proud. At the same time, however, it is fluid, I can pull on it. And then it returns to its original state, to put it another way, it is fluid in its movement. This is the way it is, and then we progress to something very important, if I cut myself, these are cells which have remained undisturbed for 75 years and they are bound together in a solid configuration, all very firm in one respect. But when I cut myself, the picture then changes completely. The cells that were formerly strongly bonded together part ways, seep in a fluid movement into the wound and disperse. And in order to disperse a cell must be fluid, because otherwise it would not be able to make this transformation. So, all of a sudden, the whole thing takes on liquid form. And with anything to do with wounds, we need to be careful, very fluid, not to be touched. And as soon as the whole thing has sealed up, it fills out and a scar forms which is even more durable than before. As you see, there are these huge changes, these "all or nothings", these all-or-nothing changes, either into the one or the other state, either a fluid, active state or firm, static state. Consequently, we need to place a new demand on the system. Namely, if this is so, in this scenario, that there are ruptures in the wound, suddenly all these bonds are ruptured and it liquefies. Consequently, these bonds must be of a kind that can be easily and suddenly split. I cannot, for each bond, something special So the bond is that way. Electron charge transfers behave in a similar way. Because if I introduce strong donors, meaning electrons, into the system, the electrons will ... let's say, here is a donor and an acceptor which form a bond, the new acceptors which I introduce will compete with these donors and have a splitting effect. So by changing the electron voltage, therefore to speak, I can cause the whole thing to break up. Or to change if I introduce an acceptor to bind all these free electrons or strong, extremely active electrons, as the chemists would be sure to say, about the low ionisation potential, then the activity needs to cease, which then achieves a stable state. So this all makes sense. And then I look around to see if nature actually applies this principle. This acceptor-donor principle in its manipulations, and I have always been interested in plant oxidisation systems, and the first system which I worked on was the polyphenol oxidase system in plants. Yes, I need to add something. If a living system is able to induce a stable state through an electron acceptor which is introduced, I can use an electron acceptor to do the same, to eliminate all active electrons. Let's take an acceptor, and the acceptor I introduce must be a lot stronger than the acceptor lasts, otherwise it won't be able to compete. So how can one – I know only one acceptor and that is the CO bond, in actual fact a double bond, although there is also CC bond as well as NN – increase the activity of this bond? The answer is that I can't. So what can be done? How about taking two. That's simple. Then it will be twice as strong, won't it? So, if we take two, and if this does not suffice, I can take two COs, which means I can then count another double bond, a jointly conjugated electron system, which then becomes extremely strong. So, what is the strongest acceptor for regulation? Next slide please. The strongest acceptor would then be this one. In other words, a simple aromatic ring, and which is then immensely strong. It's the strongest, so strong a regulation that it kills everything. Killing is also a regulation where irreversible activity to CO is done. This is what we're doing now in Vietnam. This is the strongest bond. The next strongest bond would be where one takes the two CO apart a little, and then a little more in levels, to go a little into the side chains and then the next would the aliphatic bond where only 2 CO bonds are joined. I mentioned a while ago that I was very interested in plant systems and naturally, first of all the completely obvious, by which I mean plants that change colour when they are exposed to a specific influence. For instance, if you drop an apple it will have a brown patch the next day. And the colour has changed. Next slide please. It will not have escaped your notice that this is a banana, an Austrian one to be precise, because it is black and yellow. Thank you. So, this is an Austrian black-yellow banana, which has gone black because I have been maltreating it a little, because I dunked half of it in chloroform for a moment, and the next day it had gone Austrian. So what exactly did I do? As a young boy I – yes, it's very striking, isn't it? So, as a young boy I was very interested in this and discovered – what was partly, but not fully, known – what was actually going on here. Can I have the next please, that's the same again. There is a substance in the plant, some kind of a substance, the two hydroxyl groups, so that's the donor, a harmless affair, that promotes activity. And next to it is an enzyme, which takes two or one election from it, changing it all into a very strong oxidation agent. Now I would ask you to turn your attention to two great principles. One of the principles is what does nature do when it, it changes something, doesn’t it? Nature always kills two birds with one stone. It takes a system which exists in a living plant in a harmless form. Then, when something goes wrong, when the plant is compromised, the system and the enzyme attack the substance, accepting the two electrons and making an oxidisation agent, my electron acceptor. The second principle, which is very important and interesting, is that nature will defend itself if it suffers damage, that the damage not only creates damage but, at the same time, catalyses a system which rectifies the damage or protects us against it. You all know this from real life, if you go swimming, and if on that day the sun is shining brightly, then the sun's rays will damage your skin a little, which will then turn red, won't it? And then there is a system which also contains a phenol and an enzyme, which are both delicately kept apart, a separation which can be very easily destroyed. Sunshine is damaging to them and adversely affects the separation, the things come together. The culture oxidises. Phenol creates a pigment, and the pigment defends you against the sun. This is a fundamental principle of nature. Very, very ingenious. This is all around us, if you cut yourself and bleed, the cut activates a system, an enzyme system again, which creates fibrin to stop the blood which then ceases to flow. As I said before, you will frequently come across this system. A wonderful system. Our Creator, if we have one, must have had a lot of fun with it. Take the example of a plant that gets bacteria – it thinks now I will have an excellent Bavarian breakfast, and it begins to eat, at the same time activating the system that kills it. It has fallen into a trap. Nature has set a trap for the bacteria, which protects at the same time. So, this is the story of plants, known as polyphenol oxidase. The essence is naturally contained in the undamaged plant where the enzyme needs to be separate from the substrate and this separation must be very fine so that the most minute, the tiniest pathogen can be destroyed. Enzyme and substrate join forces and trigger the whole process. Once I had found out a little about what happens to these bananas, I ... half the plants are plants which changes colour. The other half doesn't change at all, such as lemons or oranges. You can chuck them on the floor, they won't go black. So, why not? This is something I worked on for many years without any success in solving the problem. My endeavours and my time were not entirely wasted as my work led me to the chance discovery that these systems contain a strong reducing agent. Naturally, as a good boy, I isolated this, finding what you know today as ascorbic acid. Ascorbic acid is a strong reductant which can always maintain phenols in a reduced state. Precisely, in recent times I have turned my attention to this system again and discovered that these plants have this kind of system. It is very similar to this. However, when two acids are set apart, the result is not black, solid or liquid – it remains colourless. There can be no bond with proteins. Consequently, this is simply what we have: these things are present in the plant and held in a reduced state by the ascorbic acid. If the plant is damaged, the ascorbic acid is oxidised away. It disappears and is no longer active. These substances then autooxidise to become dizinon, to paradizinon, and it kills the bacteria. So the same story again. It now becomes quite clear. The animal system, however, would not be able to function in this scenario. Plants are much more robust. The animal system is very unstable and extremely sensitive. It would not be able to work with this kind of conjugated double-bond system. These are frightfully strong acceptors which will only tolerate aliphatic dicarbonyl, two COs. The simplest aliphatic compound – next slide please – is the simplest dicarbonyl with a methyl, which is a glyoxal derivative. If one now wants to combine two COs, the question that needs to be asked is what type of CO do I want to attract, there are two different types. There is the ketone CO, which is simple CO, C here and C there, which has excellent thermodynamic properties. In chemical terms, however, it is very lazy and inert. The other type is where C is replaced by hydrogen, which is then an aldehyde. Aldehyde is in thermodynamic terms not as good. It is, however, highly reactive. The ideal would therefore be an aldo-ketone. Naturally, a ketone-aldehyde where one CO is like this and the other like that. And the simplest ketone-aldehyde is the one where a simple methyl group is attached, which would be methylglyoxal. This makes it all very exciting. So what's so hot about such a silly molecule? What is so exciting is that all living cells, all of them that we so far know of, are composed of an extremely active enzymatic system that converts methylglyoxal into lactic acid. Next slide please. Here I don't want to go into detail – there is methylglyoxal , and no - here is methylglyoxal which has two enzymes and a glutathione. All of them together react, and what we get in the end is lactic acid. The active ketone-aldehyde is gone, converted into tame lactic acid that can't do any damage. All living cells – thank you, that was sufficient – all living cells have extremely active methylglyoxal. And this is what is so wonderful, you see. In the first half of the century, our greatest biochemists, Neuberg and Dakin and Racker and Hopkins, were looking into this, and then slowly interest waned as no methylglyoxal was found. But there has to been something like methylglyoxal, as the enzyme, nature itself, it has no time for luxuries. An active enzyme is not just there for beauty's sake, there has to be something else There has to be a substrate, and this substrate must have an absolutely fundamental purpose. This substrate has to be a ketone-aldehyde, which makes it a good acceptor. This, in turn, has to do with a function connected with ketone-aldehyde and with the acceptor properties of ketone aldehyde. Yes, of course, given all the time I have spent studying plants it is natural that this was a growth inhibitor, right? The real issue at stake is this: All living tissue has a great propensity to multiply. The more active the system is, the more life there is, the more activity, and life wants to multiply, doesn't it? This is evident in the population explosion, life wants to multiply, multiply, multiply. As long as bacteria and lower-state things have nourishment, they will multiply rapidly. But this will not do in a multiple-cell organism. It all needs to be held in check in the interest of the whole. How is this living tissue restrained? Then the penny drops: perhaps this is a type of ketone-aldehyde. And perhaps it was difficult to find because not very much of it is needed. We have all ketone-aldehydes which can be tolerated, structured, chemical, and have found that in the minutest, one-thousandth molar concentration, all growth is kept in check, but they don't cause any harm. They are not at all poisonous in this concentration. They don't do a thing. Simply nothing, which means that nothing can multiply. Consequently, we arrive at a theory that our tissue is kept as it is precisely through ketone-aldehyde, which is present only in the minute quantity necessary and possible, which makes it impossible or very difficult to discover. Particularly, because ketone-aldehyde is highly reactive and binds easily with sulphur. As a result, ketone-aldehyde was only discovered in tissue in the very recent days. Now I want to go one step further by saying: Assuming that everything I have said is true and that in life, tissue is kept in equilibrium by a ketone-aldehyde, and assuming this is a highly active enzyme which serves to separate a frightfully delicate system from this kind of substrate and the wall separating the two was not properly structured, and the enzyme were to constantly eat away at the substrate? The cell would then start to multiply in a disordered fashion. And if a cell does this, it is called cancer, and this is what cancer is. At the present point in time, I believe that cancer is a state where enzyme and substrate are not precisely separated from one another, that the enzyme eats up the substrate in a senseless fashion, and the cell starts to multiply. Naturally, you then say: Well, if this is true, the cancerous cell must produce lactic acid because methylglyoxal always turns into lactic acid. And if we go one step further, we would say that it can only be the cancerous cell that produces aerobic lactic acid. This is precisely what Warburg discovered. Warburg found that it is only the cancer cell which produces lactic acid, aerobic. Naturally, his explanation of the production of lactic acid is different and I regret that he is not here, as he would be very angry with me. But because he isn't here, I can go on talking about it. I have looked at all of it, the literature, the proof that it comes from metabolism and not from methylglyoxal. It all proves nothing - it's too weak. I can't and don't want to continue talking about it without Warburg being present. So, let's go back to what I mentioned before about cancer. This is a theory, but nonetheless a good theory, a very good theory. A theory doesn't need to be true. There is only one condition: Please say whatever you want, but smile a little at the same time. So, I mention the theory with a little smile. It is a good theory because it is the first theory about cancer which is a bit physiological. It really is physiological and quite, quite simple. And secondly, there are many ideas about how to stop cancer, to prevent it from growing and make it go away. We are working on this very intensively now. I have this knowledge about cancer, which is in the process of evolving. I have revealed it because I wanted to show that these very abstract issues about electron clouds which we talk so much about, and that seem so pointless in biochemistry, may not only be deeply significant, but may also help us in solving humanity's most dreadful problems, at the beside of the those are ill. Thank you.

Graf Bernadotte, Kollege... (inaudible), ich danke Ihnen. Damen und Herren, wie Sie alle wissen, steht das biologische Denken heute ganz unter dem Einfluss der molekularen Theorie. Und diese Theorie besagt, dass das lebende System gebaut ist aus abgeschlossenen Einheiten mit einer abgeschlossenen Elektronenschale, Moleküle. Und diese Moleküle, die werden da durch die Wärmeagitation herumgestoßen und manchmal treffen sie sich. Ich habe nie wirklich glauben können, dass diese wunderbare Feinheit und Adaptabilität und Zupassung der lebenden Natur dadurch allein zustande kommen könnte und ich habe mich hier in Lindau gefragt, ob wir nicht in derselben Lage sind wie ein Mann, der die Sitzung der Nobelpreisträger in Lindau von einer Höhe von 10.000 Metern beobachten würde. Und wenn man den Menschen, den Mann, fragen würde: Und manchmal auch zusammenstoßen, dann wieder auseinandergehen, und das sei alles“. Das habe ich nie wirklich glauben können und ich würde sagen, das Hauptergebnis meiner langen Forschertätigkeit von über 50 Jahren ist eine tiefe Bewunderung für diese herrliche Feinheit der lebenden Natur. Dass diese Moleküle wirklich nicht so isoliert sind und nicht so abgeschlossen, wie uns das die molekulare Theorie will glauben lassen, den ersten Hinweis hat Weiss in England gefunden, in 1942. Der fand, dass wenn er ein starkes Oxidationsmittel und ein starkes Reduktionsmittel zusammenbringt, die machen einen Komplex. Und dieser Komplex entwickelt dann einen Dipol-Moment. Dipol-Moment heißt, dass das Molekül ein positives und ein negatives Ende hat. Und er hat gleich richtig gesehen, dass das nur dadurch zustande kommen kann, dass ein Elektron von dem einen Molekül vom Reduktionsmittel auf das Oxidationsmittel übergeht. Denn wir wissen doch, dass Oxidationsmittel die Sachen sind, die sehr gerne Elektronen aufnehmen und Reduktionsmittel sind die Sachen, die sehr gerne Elektronen oder Wasserstoffatome wieder abgeben. Also, das stimmt sehr gut. Da hat er gleich die ganze Folge - darf ich das erste Lichtbild haben – gleich richtig eingesehen, nicht wahr, also das Elektron, das eine Molekül gibt ein Elektron ab, das ist ein Donor,nicht wahr. Dann, das andere nimmt es an, das ist dann ein Akzeptor und das wird dann kurz D oder A genannt. Also wie das Weiss dann richtig gesehen hat, im ersten Schritt machen sie einen Komplex, der durch gewöhnliche Kräfte da aufrechterhalten wird. Dann, in dem Komplex, geht ein Elektron über. Ein Elektron geht auf den Akzeptor über. Wie Sie wissen, in allen Molekülen sitzen die Elektronen immer paarweise. Da sind immer zwei zusammen. Die sind paarweise, also ein Elektron reißt sich da von seinem Paar los und geht auf den Akzeptor über, der dann negativ geladen wird. Das hat eigentlich gar kein - das sieht man nicht. Nur durch die Dipolmomentmessungen, die furchtbar schwierig und sehr umständlich sind, eine gute Dipolmessung, da sieht man noch gar nichts. Aber wenn die Umstände sehr günstig sind, absolut günstig, dann kann es geschehen - und die Energieverhältnisse auch -, dass sich die zwei Sachen losreißen und dann dann sind es zwei selbständige Teilchen, ein Akzeptor mit einer negativen Ladung und ein Donor mit einer positiven Ladung und das ist, was man jetzt ein freies Radikal heißt. Das ist dann ein freies Radikal. Und das gibt, das kann man schon nachweisen, das kann ein Zeichen geben oder ein Signal geben in der Elektronspin-, ich weiß nicht wie das heißt, Elektronspinresonanzmaschine, nicht wahr. Die Elektronspin, also die Maschine, das ist so eine Maschine mit 1.000 Knöpfen und die füllt ein ganzes Zimmer, und Sie wissen, dass eines der Gesetze ist, dass je kleiner ein Teilchen ist, desto größere Maschinen man braucht, nicht wahr, um die nachzuweisen. Also das Elektronspinresonanzspektroskop, das gibt ein Zeichen, wenn sich ein Elektron von seinem Paar losgerissen hat und da alleine sitzt. Also, wie kann man sich das dann richtig vorstellen -darf ich das nächste Lichtbild haben. Hier - Sie wissen, dass die Elektronen da in jedem Molekül oder Atom so eine Wolke bilden und die Wolke hat so eine gewisse Lokalisation, die man Orbital nennt, und diese Orbitals die haben verschiedene Energieniveaus. Und auf diesem Lichtbild sind die besetzten Orbitals, natürlich, es gibt besetzte und leere Orbitals. Sie sagen dasist gar nichts leeres, das ist da, das ist eine physische Wirklichkeit, aber da sitzt nichts dran, so wie ein leerer Stuhl. Also das sind die besetzten, mit der dicken Linie, das sind die dünnen, also wenn das ein Oxidationsmittel ist, wenn das ein Reduktionsmittel ist, das heißt, dass es ein Elektron auf einem sehr hohen Orbital ist, auf einem sehr hohen Niveau und es sehr leicht abgibt, und wenn der Akzeptor, also das Oxidationsmittel einen leeren Stuhl hat, also auf einem niedrigen Niveau, dann kann das Elektron da hinübergehen, das liefert dann die Energie und die zwei Ladungen, positive Ladung -das bleibt positiv, das negativ - die auseinander, wenn diese Energie da ausreicht. Das ist dann der Grundzustand, da ist keine Erregung dabei, nur der Aufträger ist erregt, der Vorträger ist nur erregt, das ist der Übergang in den Grundzustand oder man so sagt auch starke Elektronenübertragung. Nachher hat man dann eine andere Art von Elektronenübertragung entdeckt und vielfach untersucht, besonders Mölleken, wo das Elektron raufgeht - darfich das nächste Bild. Natürlich könnte das Elektron nie tun, auf ein höheres Niveau allein zu gehen. Da gibt es keine Energie dazu. Es kann aber geschehen, dass ein Elektron durch ein Photon, durch eine Lichtenergie erregt wird, damit kann diese Energie sie dann hinüberstoßen auf das höhere Niveau, das ist dann Elektronenübertragung im erregten Zustand, nicht wahr. Die wichtigste chemische Reaktion des Lebens ist so eine Reaktion. Das ist die Erregung des Chlorophyllmoleküls in den Pflanzen, das Elektron wird durch das Licht erregt und auf ein höheres Niveau gebracht, nicht wahr. Also, was gewöhnlich geschieht, natürlich fällt das Elektron gleich wieder zurück, die Wolke verteilt sich auf die zwei Moleküle und das Elektron fällt zurück, aber das Leben hat gelernt, das Elektron hier zu packen mit einem Metallatom, mit einem Eisenatom und dann hat es ein bisschen Energie und das ist die Energie, wovon Sie alle leben, wovon wir alle leben, von dieser Energie, die dieses Photon da hineingebracht hat. Also, um zusammenzufassen, bitte das nächste Lichtbild. Also, da gibt es zwei Elektronenübertragungen, wo das Elektron hinübergeht und wie das Elektron hinuntergeht, das ist im Grundzustand. Jetzt ist die Frage für den Biologen: Was kann man damit jetzt in der Biologie machen? Gar nichts. Weil, aus dem einfachen Grunde, es gibt kein Licht in unserem Körper. Also, wenn man von tierischer Physiologie spricht, es gibt kein Licht im Körper – nur im Auge vielleicht - also das taugt nichts. Und es gibt keine starken Oxidationsmittel im Körper, die könnten wir nicht vertragen. Die würden uns töten, starke Oxidationsmittel. Also, die gibt es nicht. Da könnte man nicht mit charge transfer – wie das in Englisch heißt, Elektronenübertragung –beginnen. Die Elektronenübertragung könnte eine große Bedeutung haben. Wirklich, wenn es da auch einen, auch in dem Mittelgebiet, wo die Elektronen, wo die Substanzen keine großen Oxidationsmittel sind und keine starken Reduktionsmittel sind. Wenn die auch eine Elektronenübertragung zeigen könnten. Denn unser ganzer Körper ist auf solchen Substanzen aufgebaut, die nicht starke Oxidationsmittel sind. Also mein Haupt-Fachfrage war jetzt: Ob da in diesem Mittelgebiet, wovon der ganze Körper aufgebaut ist, es da auch eine Elektronenübertragung geben könnte. Aber ja, die Frage, die Schwierigkeit kommt jetzt: Wie könnte man die nachweisen? In diesem Gebiet, ja, könnte man nicht warten, dass ein Elektron, dass die Elektronenwolke ganz übergeht auf ein anderes Molekül. Die würde sich nur verteilen, die Elektronenwolke. Das was wir betrachten in Elektronen wie eine Wolke. Die Wolke würde sich nur verteilen über die zwei Moleküle, demDonor und dem Akzeptor, und in diesem verteilten Zustand bekommt man noch kein Elektronspinresonanzspektrum, oder kein Zeichen in dieser Maschine. Also, wie könnte man da irgendwie weiterkommen? Ja, man kann weiterkommen, mit einem kleinen Trick. Es kommt immer auf kleine Tricks in der Wissenschaft an, denn wenn man ganz besondere günstige Zustände nötig hat, um ein ganzes Elektron zu überbringen, ja – dann soll man versuchen, ganz besonders günstige Zustände zu machen und dann sehen, ob ein Elektron da übergehen will, mit Substanzen, die wirklich in unserem Körper vorkommen. Also, da haben wir doch alle möglichen Substanzen, Eiweiße und Aminosäuren und alles genommen und da den Umstand besonders günstig gemacht, dadurch, dass wir einen starken Akzeptor hineinsetzten in einem besonders guten Lösungsmittel - es gibt besondere Eigenschaften, die man abwartet – und dann haben wir die Sache in die Elektronspinresonanzmaschine hineingesteckt und da bekommen wir ein wunderbares Signal. Wer von Ihnen mit der Elektrospinresonanzmaschine gearbeitet hat, weiß, wie wunderbar dieses Signal ist. Da gibt es Abstände, aus denen man alle Sachen berechnen kann. Das ist ein wunderbares Signal. Und wir haben gefunden, dass jedes Stickstoffatom und jedes Sauerstoffatom kann Elektronen abgeben. Also, das ist sehr überraschend eigentlich. Sie wissen wohl, dass die Elektronen immer da in den meisten Verbindungen immer gebunden sind. Aber Stickstoff- und Sauerstoff- und auch Schwefel- und so Atome haben Elektronen, zwei Elektronen, immer Elektronenpaare, die nicht gebunden werden, chemisch gebunden sind. Das heißt „lone pair of electrons“, die Franzosen sagen immer „cherchez la femme“, also auf Französisch heißt das „die unverheirateten Elektronen“, „électrons célibataires“. Also, von diesen unverheirateten Elektronen kann eines furchtbar leicht übergehen. Sowohl von Stickstoff, besonders, und auch von Sauerstoff. Und auch Schwefel. Das bringt einen zu einer ganz neuen Idee über das Leben. Und über die lebende Materie. Und das Verhältnis von Molekülen und was das alles, diese feinen Reaktionen bedeuten könnten. Da gibt es dann so eine Wolke, Elektronenwolke, die sich da verteilt über zwei Atome. Das ist eine wunderbare feine Verbindung, wo mit den Elektronen alles Mögliche passieren kann. Das sind ganz unerwartete Sachen. Und bis jetzt haben wir immer gedacht, dass Kohlenstoff da ist mit seinen vier Valenzen und großen Molekülen, das ist richtig. Aber Sauerstoff und Stickstoff sind nur da, um Säure und basische Valenzen zu schaffen und vielleicht Wasserstoffverbindungen und so, aber sonst haben sie nichts zu machen. Aber jetzt, das führt zu einer neuen Idee. Vielleicht war das ganz falsch. Und vielleicht ist das Wesen oder einer der wesentlichen Faktoren der Leben diese Elektronenwolken. Und jedes Wasserstoffatom und jedes Sauerstoffatom und Kohle- und Schwefelatom ist so ein wunderbarer Donor mit seinen unverheirateten Elektronen. Ja aber, so ein Donor hat nur einen Sinn, wenn es auch einen Akzeptor gibt. Wenn so ein Mädel herumläuft und niemand findet, der sie wieder aufnimmt, dann kommt sie nicht weiter. Ja, da müssen auch Akzeptoren sein. Also was sind Akzeptoren? Es gibt kein Atom, das ein Akzeptor sein kann. Es gibt aber eine Verbindung, das ist die C-O-Bindung, oder jede Doppelbindung, jede Doppelbindung ist ein guter Akzeptor. Nicht nur Sauerstoff ist kein Akzeptor. Kohle ist kein Akzeptor, aber die Elektronenwolken, da ist eine besetzte Elektronenwolke in einer doppelten Bindung immer - so eine Paarelektronenwolke – und eine leere, ein antibonding Paarelektron-Orbital, wenn ich das ganz wissenschaftlich aussprechen soll. Eine leere, und auch das ist ein guter Akzeptor. Aber das macht die Sache furchtbar aufregend. Aus dem folgenden Grunde: Die, wie Sie wissen, Thyrell hat ihn, oder sie wussten schon früher, dass alle Proteine aus einer großen Anzahl von Aminosäuren aufgebaut sind und zwei Aminosäuren verbinden sich mit einer Peptidbindung. Also es gibt da zahllose Peptidbindungen. Beinahe eins weniger nur, so viele Bindungen, wie es Aminosäuren in einem Molekül gibt. Also da ist so eine Peptidbindung und da sehen Sie die aufregende Sache, da ist ein Akzeptor, diese Doppelbindung, eine starke Akzeptorgruppe und hier ist eine starke Donorgruppe. Also in jeder Verbindung sitzt da ein Donor, also ist da die Möglichkeit gegeben, dass da wirklich eine große Anzahl von diesen charge transfer – diese Elektronenübertragungsbindungen da - zustande kommt. Das ist eine schwache chemische Bindung von ungefähr 1 Kalorie. Also das gibt eine ganz neue Möglichkeit, nicht wahr, denn das ist möglich, dass sich diese Wolken dann, da sagen wir eine Peptid-Kette –bitte das nächste. Das sind Peptidketten hier, da habe ich einfach Peptidketten aufgeschrieben. Und wenn dieser Sauerstoff eine Elektronenübertragung mit der nächsten Peptidkette macht, und diese mit dem nächsten, dann wird das ganze Eiweißmolekül oder zwei Moleküle, die sich hier berühren, nicht, zu einer Elektronenwolke verbunden. Und das macht ganz verschiedene Ideen, was ein Protein eigentlich bedeuten könnte. Denn das kann dann endlos durchgehen, ich meine, das ist natürlich nur Phantasie im Augenblick, aber eine schöne Phantasie. Also, das wären dann die Möglichkeiten und eine solche, jede Übertragung ist eine Bindung und da würde dann eine sehr große Anzahl Bindungen, schwacher Bindungen zustande kommen, zwischen Eiweißketten oder verschiedenen Molekülen. Also – ja, es ist richtig, aber wie kann man das beweisen? Man kann das nicht beweisen, leider geht das nicht. Weil eben diese Übertragungen, das ist die Wolke, sitzt nicht auf einem Atom sondern sie verteilt sich und dann gibt sie kein Elektronspinsignal. Also was wir tun können im Augenblick, dass wir einfach Proteine untersuchen und fragen: Also, wenn das Bild richtig ist, dann muss es da sehr viele schwache Verbindungen geben in den Peptidketten und zwischen den Molekülen, sehr große. Und ein System, wo die Teilchen mit schwachen Bindungen, vielen schwachen Bindungen zusammengehalten werden, hat ganz andere Eigenschaften als ein System mit wenigen starken Bindungen. Darf ich das nächste Lichtbild haben. Hier habe ich sehr schematisch die Geschichte schematisiert. Zwei Moleküloberflächen, die mit einer starken Bindung verbunden sind und hier sind zwei Moleküloberflächen, die mit vielen, sehr schwachen Verbindungen gebunden sind. Ja, also was sind die Unterschiede zwischen den beiden? Diese Sache wird sehr spröde sein. Und um die zwei Moleküle zu teilen, muss ich dieselbe Energie aufwenden, die nötig ist, um diese Bindung zu brechen, also sagen wir rund 15 Kalorien. Ja, wenn ich hier ein paar schwache Bindungen habe, sagen wir 15 schwache Bindungen, brauche ich wieder dieselbe Energie wie vorher, wenn ich in dieser Richtung ziehe. Aber nicht, wenn ich von der Seite ziehe. Wenn ich an der Seite beginne, wie hier, sagen wir hier, in der Seite, dann muss ich, wenn ich da beginne, muss ich nur eine Bindung brechen zur Zeit. Das ist nur eine Kalorie. Und dann kommt die nächste Bindung, die zweite Kalorie und dann die Dritte, also mit einer furchtbar schwachen Kraft von einer Kalorie kann ich das ganze Ding trennen. Und das hat ganz interessante Eigenschaften. Wenn ich da einen Bond breche, dann prädisponiert der nächste zum Brechen. Das ist zu schwach, um die Sache zu halten. Dann bricht der und so läuft die Sache ganz hinüber, ganz von selbst. Und auch zurück kann sie, wenn ich eine Bindung mache, die nächste entsteht leichter. Also, die ganze Sache kann so ganz entlang laufen. Es macht ein System, was man ein „Alles-oder-nichts-System“, „All-or-Nothing“, Alles-oder-nichts-System – entweder geschieht alles oder gar nichts. Sie kennen solche Systeme aus dem Leben, nicht wahr. Sehr bekannt, das Zip, Sie wissen was Zip ist, nicht wahr? An der Herrenhose Zip, so ein Zip. Zip ist so ein„All-or-Nothing“, Sie wissen, dass man Zip nur von einer Seite öffnen kann. Und dann geht es auf, nicht wahr. Oder von der anderen Seite schließen, dann geht es wieder zu. Und manchmal passiert es, dass es in der Mitte auseinandergeht und das wird verflucht, nicht wahr, dann geht die ganze Sache auf. Und macht einem furchtbare Unannehmlichkeiten. Es gibt verschiedene solcher All-or-Nothing-Geschichten, die dasselbe erreichen können. Und außerdem - ganz verrückte Eigenschaften kommen da raus. Wenn ich zwei Teilchen habe, die an der Oberfläche diese schwachen Kräfte haben, die es verbinden. Die können frei gegeneinander rotieren, ohne Energie aufzuwenden. Denn an der einen Seite breche ich die Verbindungen, an der anderen Seite schaffe ich die Verbindungen. Also es kostet mich gar nichts. Die können ohne Energie sich da herumbewegen. Sie verhalten sich also wie eine Flüssigkeit. Aber zur gleichen Zeit, immer werden sie an einem Punkt zusammengehalten. Also verhalten sie sich wie feste Stoffe. Also ist es ganz verrückt, sie sind feste Stoffe und zugleich sind sie Flüssigkeiten, in einer Beziehung und in einer anderen. Und das lebende Gewebe hat diese Eigenschaften. Wunderbar. Also das Gewebe, das am einfachsten zugänglich ist, die Haut, also hier ist meine Haut, und das ist die Sache: sie ist weder fest – sie ist in einer Beziehung sehr fest, das ist eigentlich die Aufgabe meiner Haut, meinen Körper zusammenzuhalten, und mich zu beschützen, eigentlich, gegen alle möglichen Sachen. Also ich finde, sehr fest, meine Haut würde jedem gute Stiefel machen. Aber zur gleichen Zeit ist sie flüssig, nicht, ich kann sie herausziehen. Und dann geht sie wieder zurück, nicht wahr, da fließt sie zurück sozusagen. Also das ist so, und dann noch etwas sehr wichtiges, wenn ich mich schneide, also diese Zellen waren also für 75 Jahre in Ruhe und sie sind sehr fest zusammengehalten da, nicht wahr, darum ist das sehr fest in einer Weise. Aber wenn ich mich schneide, sagen wir, dann verändert sich das ganze Bild. Die Zellen, die früher stark zusammengehalten waren, machen sich los und die kriechen mit einer flüssigen Bewegung einer Flüssigkeit in die Wunde und verteilen sich. Und zum verteilen muss eine Zelle auch flüssig sein, sonst könnte sie nicht diese Umordnung machen. Also auf einmal wird die Sache flüssig. Und diese ganze Wundgeschichte, da muss man aufpassen, ist sehr flüssig, nicht anrühren. Und dann, sobald die Sache gefüllt ist, dann füllt sich alles aus und dann bekommt man eine Narbe, die noch viel härter ist als früher. Also, da gibt es diese großen Veränderungen, diese All-or-Nothing, diese Alles-oder-nichts-Veränderungen, entweder in diesem oder in dem anderen Zustand. Also flüssiger aktiver Zustand oder der feste Ruhezustand. Ja, aber da müssen wir dann eine neue Forderung an das System stellen. Nämlich, wenn das so ist, nicht wahr, dass in dieser Regulation, dass da Spalten sind in dieser Wunde, werden dann plötzlich alle diese Verbindungen gespalten, es wird flüssig. Also diese Verbindungen müssen so sein, dass sie gespalten werden können, plötzlich. Ich kann nicht für jede Verbindung etwas Spezielles- durch eine Veränderung in einem Parameter, in einem Faktor muss alles auseinanderfliegen, nicht wahr. Also die Verbindung ist so. Und diese Elektronenübertragungsverbindungen sind dieser Art. Denn wenn ich das System starke Donoren also Elektronen einführe, die Elektronen werden mit den, sagen wir, da ist ein Donor und ein Akzeptor, die da verbunden sind, werden neue Akzeptoren, die ich da einführe, die werden mit diesen Donoren in Konkurrenz treten und die Sache spalten, das wird dann gespalten. Also mit der Veränderung der Elektronenspannung, sozusagen, kann ich die ganze Sache auseinanderfliegen lassen. Oder verändern, wenn ich dann einen Akzeptor hineinsetze, der alle diese freien Elektronen oder starken, stark aktiven Elektronen, so würden Chemiker sicherlich sagen, vom niedrigen Ionisationspotential, da binde, dann muss die ganze Sache aufhören zu arbeiten, kommt es in den Ruhezustand, nicht wahr. Also das entspricht sehr gut. Und dann habe ich mich danach umgesehen, ob die Natur dieses Prinzip wirklich verwendet. Dieses Akzeptor-Donor-Prinzip in seinen Manipulationen, und ich habe mich schon immer sehr auch für pflanzliche Oxidationssysteme interessiert, und das erste System über das ich gearbeitet habe, war das pflanzliche Phenoloxidase-System. Ja, eins muss ich noch hinzufügen. Wenn ein lebendes System diese ganzen Sachen mit einem Elektron-Akzeptor, den man da hineinsetzt, zur Ruhe bringen kann, mit einem Elektron-Akzeptor kann ich die Sache zur Ruhe bringen, nehme alle die aktiven Elektronen weg. Mit einem Akzeptor, da muss dieser zugesetzte Akzeptor viel stärker sein wie der Akzeptor dauert, sonst kann er nicht konkurrieren. Also wie kann man - und ich kenne nur einen Akzeptor, und das ist die CO-Verbindung, oder eigentlich Doppelbindung, weil ich ja auch, es gibt auch CC-Verbindungen und NN und so, wie kann ich die Aktivität dieser Bindung erhöhen? Ich kann die nicht erhöhen. Aber was kann man da machen? Man nimmt zwei. Das ist einfach. Dann wird es zweimal so stark, nicht wahr? Also man nimmt dann zwei und wenn das nicht genügt, dann nehme ich zwei solche COs und dann zähle ich noch eine zweite Doppelbindung, das ist doch so ein gemeinschaftliches konjugiertes Elektronensystem, dann wird es furchtbar stark. Also was ist der stärkste Akzeptor für Regulation? Darf ich das nächste Bild haben. Der stärkste Akzeptor wäre dann dieser da. Zwei CO nebeneinander und nicht nur das, sondern ein System, ein ganzes System von Doppelbindungen. Das heißt, ein aromatischer Ring einfach und das ist dann furchtbar stark. Das ist das stärkste, so ein starke Regulation, dass es alles tötet, nicht wahr. Töten ist auch eine Regulation, wo man auf CO irreversible Aktivität zurückbringt. Das machen wir jetzt in Vietnam. Das ist die stärkste Verbindung. Die nächste starke Verbindung wäre, wo man die zwei CO auseinandernimmt ein bisschen, und das kann man noch ein bisschen abstufen, noch bisschen Seitengruppen hineinzugehen, und dann, die nächste wäre die aliphatische Verbindung, wo man einfach, nicht zyklisch, einfach nur 2 CO-Verbindungen nebeneinandersetzt. Ich sagte eben, ich habe mich sehr an Pflanzensystemen interessiert und zuerst natürlich, was mir gleichsam ins Auge fällt, über Pflanzen, die die Farbe verändern, wenn man Ihnen etwas antut. Also wenn Sie Ihren Apfel fallen lassen, am nächsten Tag haben sie einen braunen Fleck dran. Nicht wahr, da hat sich die Farbe verändert. Und darf ich das nächste Bild. Vielleicht erkennen Sie, das ist eine Banane, und zwar eine österreichische Banane. Weil, sie ist schwarz-gelb. Dankeschön. Das ist eine österreichische schwarz-gelbe Banane, die schwarz geworden ist, weil ich sie ein bisschen sekkiert habe. Ich habe sie halb in Chloroform getaucht für einen Augenblick, und am nächsten Tag wird sie österreichisch. Was habe ich da getan? Da als Jüngling habe ich mich - das ist sehr auffällig, nicht wahr? Also als Jüngling habe ich mich damit beschäftigt und da habe ich gefunden, dass - zum Teil war es bekannt, aber nicht ganz - was da eigentlich los ist. Darf ich das nächste Lichtbild bitte, das ist wieder das gleiche. Da gibt’s in der Pflanze eine Substanz, irgendeine Substanz, die zwei Hydroxygruppen, nicht wahr, das ist ein Donor, eine harmlose Sache, die Aktivität befördert. Und daneben hat es ein Enzym, was zwei Elektronen davon, oder ein Elektron davon abholt, und dann wird das verändert in ein furchtbar starkes Oxidationsmittel. Jetzt möchte Sie bitten, zwei große Prinzipien zu beobachten. Das eine Prinzip ist, dass -was macht die Natur, wenn sie was - sie, sie verändert etwas, nicht wahr? Die Natur tötet immer mehrere Vögel mit demselben Stein. Sie nimmt ein System, das in der lebenden Pflanze da ist in einer harmlosen Form. Und dann, wenn etwas schiefgeht, wenn die Pflanze beleidigt wird, dann geht das System, dann geht das Enzym auf die Substanz los, nimmt die zwei Elektronen ab und macht daraus ein Oxidationsmittel, mein Elektronenakzeptor. Das zweite Prinzip ist, was sehr wichtig und interessant ist, dass die Natur sich dadurch verteidigt, dass sie, wenn sie einen Schaden erleidet, dass der Schaden nicht nur Schaden macht, sondern gleich ein System aktiviert, das den Schaden wieder gut macht oder uns dagegen verteidigt, nicht wahr. Sie kennen das alle vom Leben, wenn Sie ins Schwimmbad gehen, heute ist schöner Sonnenschein, dann beschädigt der Sonnenschein Ihre Haut ein bisschen, die wird rot, nicht wahr? Und da gibt es ein System, wo es wieder so ein Phenol gibt, und ein Enzym, und diese sind getrennt durch eine sehr feine Trennung, die sehr leicht vernichtet wird. Der Sonnenschein schädigt sie und das beschädigt die Trennung, die Sachen kommen zusammen. Das Ferment oxidiert. Das Phenol macht ein Pigment, das Pigment verteidigt Sie gegen die Sonne. Das ist ein grundlegendes Prinzip der Natur. Sehr, sehr geistreich. Das finden Sie überall, wenn Sie sich schneiden und sie bluten, der Schnitt aktiviert ein System, wieder so ein Enzymsystem, das dann Fibrin macht, dies stoppt dann das Blut und dann blutet es nicht mehr, nicht wahr? Also, immer finden Sie dieses System wieder. Ein wunderbares System. Unser Schöpfer, wenn es einen gibt, muss sehr viel Spaß damit gehabt haben. Denn wenn, sagen wir so eine Pflanze und ein Bakterium kommt, jetzt werde ich ein gutes bayerisches Frühstück haben, und dann beginnt sie da zu fressen und aktiviert zugleich das System, das sie tötet. Sie ist in eine Falle gefallen, ja. Die Natur hat eine Falle für das Bakterium vorbereitet, die zugleich beschützt, nicht wahr. Also das war die Geschichte der Pflanzen, die sogenannte Polyphenoloxydase. Und das Wesentliche ist natürlich in der Pflanze, die nicht beschädigt ist, sie muss das Enzym vom Substrat getrennt sehen und die Trennung muss sehr fein sein, sodass durch die kleinste, der kleinste Schädling wird hier zerstört, Enzym und Substrat kommen zusammen und dann geht die Sache los. Nachdem ich das so ein bisschen wusste, wie das geht, bei diesen Bananen und so, habe ich mich - die Hälfte der Pflanzen sind Pflanzen, die die Farbe verändern. Die andere Hälfte der Pflanzen macht keine, wie Zitronen oder Orangen. Die können sie niederschmeißen, die werden nicht schwarz. Also, was gibt es da? Ich hab da viele Jahre darüber gearbeitet und die Sache nicht lösen können. Meine Mühe und Zeit waren nicht ganz vergeudet, denn bei dieser Arbeit habe ich zufällig gefunden, dass diese Systeme ein starkes Reduktionsmittel enthalten. Natürlich, als braver Jüngling habe ich das isoliert, die Sache, und die kennen Sie heute als Ascorbinsäure, nicht wahr. Das ist die Ascorbinsäure, ein starkes Reduktionsmittel, das Phenole immer im reduzierten Zustand erhalten kann. Genau, in letzter Zeit habe ich mich wieder diesem System zugewendet und habe gefunden, dass diese Pflanzen so ein System haben. Es ist sehr ähnlich wie dieses. Aber wenn die zwei Sauerstoffe auseinander sind, dann macht es keine schwarze Sache oder schwarze Soße, sondern es bleibt farblos. Es kann keine Verbindung mit Proteinen geben, nicht wahr. Also die Sache ist einfach die, in der Pflanze, da sind die Sachen da und die Sache wird in reduziertem Zustand gehalten durch die Ascorbinsäure. Wenn Sie die Pflanze beschädigen, dann wird die Ascorbinsäure wegoxidiert. Die verschwindet, dann macht sie nichts mehr, dann autooxidieren diese Substanzen zum Dizinon zum Paradizinon und die tötet die Bakterien. Also die gleiche Geschichte. Das ist so ziemlich klar, jetzt. Aber das tierische System das könnte nicht mit diesen Sachen arbeiten. Die Pflanzen, die sind viel fester. Das tierische System ist sehr labil und furchtbar heikel. Das könnte nicht mit solchen konjugierten Doublebond-Systemen arbeiten. Es sind furchtbar, zu starke Akzeptoren. Die können nur mit aliphatischem Dicarbonyl, zwei CO. Das einfachste aliphatische Zeug wäre - darf ich das nächste Bild – das ist das einfachste Dicarbonyl mit einem Methyl da, das ist ein Glyoxalderivat. Wenn man da jetzt zwei COs aneinanderlegen will, dann fragt man sich, was für ein CO will ich fangen, es gibt zweierlei Arten. Es gibt das ketonische CO, das ist einfach CO,und dann C hier und C hier, das ist Keton, das ist sehr gut thermodynamisch. Aber chemisch ist es furchtbar faul, es will nichts machen. Das andere ist das, wo anstelle von C ein Wasserstoff ist, das ist dann ein Aldehyd. Aldehyd ist thermodynamisch nicht so gut, aber es ist sehr reaktiv. Also das Ideal wäre ein Aldo-Keton. Natürlich ein Keton-Aldehyd, wo ein CO so ist, das andere so. Und das einfachste Keton-Aldehyd ist die Sache, wo eine einfache, so eine Methylgruppe dranhängt, ja das wäre Methylglyoxal. Das macht die Sache furchtbar aufregend. Na, was ist das Aufregende in so einem blöden Molekül? Das Aufregende ist, dass alle lebenden Zellen, alle, soweit man sie kennt, enthalten ein furchtbar aktives enzymatisches System, das das Methylglyoxal in Milchsäure und nein - hier ist Methylglyoxal, und das hat zwei Enzyme und ein Glutathion, und das zusammen macht was, und am Ende kommt Milchsäure heraus und das aktive Keton-Aldehyd ist verschwunden und wird die zahme Milchsäure, die dann nichts mehr antut. Und alle lebenden Zellen - dankeschön, das war genug - alle lebenden Zellen enthalten ein furchtbar aktives Methylglyoxal. Und das ist so wunderbar, sehen Sie, in der ersten Hälfte des Jahrhunderts haben die größten Biochemiker sich damit beschäftigt, Neuberg und Dakin und Racker und Hopkins, die besten unserer Biochemiker und dann langsam ist das Interesse verschwunden, weil man kein Methylglyoxal gefunden hat. Aber da muss so etwas da sein wie Methylglyoxal, denn das Enzym, die Natur kennt keinen Luxus, die hält kein aktives Enzym nur für die Schönheit, da muss etwas - so ein Enzym ohne Substrat wäre Unsinn, das hat keine Bedeutung. Da muss ein Substrat, und das Substrat muss etwas furchtbar grundlegendes zu tun haben. Und das Substrat muss ein Keton-Aldehyd sein, also ein guter Akzeptor. Also hat das etwas mit einer Funktion zu tun, die mit Keton-Aldehyden, mit der Akzeptoreigenschaft des Keton-Aldehyds verbunden ist. Ja, natürlich, also nach all dem Studium was ich an Pflanzen gemacht habe,ist es natürlich, dass das Wachstum dadurch hintan gehalten wird, nicht wahr. Nämlich die Frage ist, die Sache ist die: Alles lebende Gewebe hat die große Neigung, sich zu vermehren. Je mehr das System aktiv ist, je mehr Leben, je mehr Aktivität, desto mehr Leben ist da, und das Leben will sich vermehren, nicht wahr? Das sehen Sie ja an der Population-Explosion, das Leben will sich vermehren, vermehren, vermehren. Und bei Bakterien und niedrigen Sachen, die vermehren sich nur so schnell, wie es was zum Fressen gibt. Aber im mehrzelligen Organismus darf das nicht sein. Da muss jeder sich stillhalten im Interesse des Ganzen. Wie wird dieses lebende Gewebe stillgehalten? Und da kommt man zur Idee: Vielleicht ist das so ein Keton-Aldehyd. Und das hat man nie finden können, weil man vielleicht davon sehr wenig braucht. Wir haben dann alle Keton-Aldehyde, die möglich sind, aufgebaut, chemisch, und finden, dass in der kleinsten, in einer tausendstel Molar-Konzentration wird jedes Wachstum dann gehalten und die machen gar nichts. Die sind gar nicht giftig in dieser Konzentration, die machen gar nichts. Nur nichts, also gar nichts kann sich vermehren. Also kommt man zur Theorie, dass vielleicht unser Gewebe da nur gehalten wird, eben durch Keton-Aldehyde, aber so eine kleine Menge Keton-Aldehyd, die nötig ist und die sein kann, kann nie oder sehr schwer zur Entdeckung finden. Besonders, weil das Ketone-Aldehyd sehr reaktiv ist und sich mit Schwefel sehr leicht verbindet und so, also das ist so, nur in den allerletzten Tagen hat man ein Keton-Aldehyd in den Geweben entdeckt. Jetzt will ich nur noch einen Schritt weitergehen und sagen: Ja, wenn das alles wahr ist, was ich sage und da im Leben, dass wirklich das Gewebe in Ruhe gehalten wird durch ein Keton-Aldehyd, und da ist ein furchtbar aktives Enzym,wodurch ein schrecklich labiles System getrennt wird von so einem Substrat. Was würde geschehen, wenn aus irgendeinem Grunde Unordnung in diese Zelle käme und diese Wand zwischen den beiden nicht richtig aufgebaut wird und das Enzym das Substrat immer aufessen würde? Dann würde sich diese Zelle in sinnloser Weise vermehren. Und wenn sich eine Zelle in sinnloser Weise vermehrt, dann nennen sie es Cancer, das ist Cancer. Und ich denke, jetzt im Augenblick, dass Cancer eigentlich das ist, dass das Enzym und Substrat nicht ganz genau auseinandergehalten werden können, das Enzym frisst das Substrat auf, alles in sinnloser Weise, die Zelle vermehrt sich. Natürlich, dann sagen Sie: Ja, wenn das wahr ist, dann muss die Krebszelle immer Milchsäure produzieren, weil immer das Methylglyoxal in Milchsäure geht. Und wenn die noch weitergehen, sagen wir, es darf nur die Krebszelle sein, die aerob Milchsäure produziert. Ja, das was Warburg entdeckt hat. Das hat Warburg entdeckt, dass es nur die Krebszelle ist, die Milchsäure produziert, aerob. Natürlich, er erklärt es anders, die Milchsäureproduktion, und ich bedaure, dass er nicht hier ist, denn er wäre mir furchtbar böse. So, weil er nicht da ist, kann ich nicht weiter darüber sprechen. Aber ich habe alles durchgesehen, Literatur, die Beweise, dass das wirklich vom Stoffwechsel, nicht vom Methylglyoxal kommt, die beweisen gar nichts, die sind zu schwach. Ich kann und will nicht weiter darüber sprechen, weil Warburg nicht da ist. Also, ich habe diese letzte Sache mit dem Cancer eben erwähnt. Also das sind jetzt Theorien, aber es ist eine gute Theorie, wirklich eine gute Theorie. Eine Theorie braucht gar nicht wahr sein, man hat nur die Bedingung: Bitte sprechen Sie was sie wollen, aber immer bisschen lächeln dazu. Also, ich sage die Theorie mit ein bisschen Lächeln. Aber es ist eine gute Theorie, weil es ist die erste Cancer-Theorie, die ein bisschen physiologisch ist. Die ist wirklich physiologisch und ganz furchtbar einfach. Und zweitens gibt es viele Ideen, wie man Cancer einfach halten könnte, dass er nicht weiter wächst und dann wieder weggeht. Darüber arbeiten wir jetzt sehr stark. Ich habe also diese Sachkunde über Krebs, sie ist noch im Werden, aber ich habe die eben enthüllt, weil ich zeigen wollte, dass diese ganz abstrakten Fragen von Elektronenwolken, wovon wir soviel sprechen, und das so sinnlos scheint in der Biochemie, dass sie nicht nur eine sehr tiefe Bedeutung haben können, sondern dass sie uns helfen können, die furchtbarsten Probleme der Menschheit zu lösen, am Krankenbett. Ich danke Ihnen.

Albert von Szent-Györgyi (1969)

Molecules, Electrons and Biology (German Presentation)

Albert von Szent-Györgyi (1969)

Molecules, Electrons and Biology (German Presentation)

Comment

When the biochemist Albert Szent-Györgyi came to his first Lindau meeting in 1969, his Nobel Prize in Physiology or Medicine was already more than 30 years old. During those 30 years, under dramatic circumstances, he had survived WWII in Hungary, felt the first bitter taste of the Communist regime and moved his research activities to the US. There he found his new scientific home in the Marine Biological Laboratory at Woods Hole, Massachusetts. With private sponsors he started out on a line of research, in which he investigated the possibilities to use chemistry on a molecular level to solve biological problems. One of the most important biological problems at that time, as well as today, is the riddle of cancer. His three lectures at Lindau, 1969, 1975 and 1978, can be looked upon as three progress reports from his ongoing attempts to solve the cancer problem. In the present lecture, his first, he starts by giving a general molecular framework with electron donors and acceptors, not shying away from quantum mechanical concepts such as electron transfer between molecular orbitals. Using this framework he puts forward theories concerning cell division in plants and in human tissue. The project was still going on when Albert Szent-Györgyi passed away in 1986, at the age of 92. Today one can find references to his results and extensions of them by other researchers in the general area of health treatments with natural products. He is remembered today at the MBL of Woods Hole in a list of more than 50 Nobel laureates that have in some way been associated with the laboratory. The list starts with the 1920 physiology or medicine Nobel laureate August Krogh and ends with the three chemistry laureates of 2008. It is also the home of Szent-Györgyi’s original Nobel diploma.

Anders Bárány

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