Kaj Linderstrøm-Lang

Publiceret Oktober 2000

Kaj Ulrik Linderstrøm-Lang spillede en meget stor rolle for proteinkemiens udvikling fra begyndelsen af 1920?erne til han døde i 1959. Han blev født den 29. november 1896 på Frederiksberg, hvor hans far Carl Frederik Linderstrøm-Lang underviste i latin og tysk på Frederiksberg Gymnasium. Senere i livet blev Linderstrøm-Lang blandt venner og kolleger blot kaldt Lang, ligesom han selv signerede noter og særtryk med K. Lang. Det falder mig derfor naturligt at anvende den korte form for navnet i denne biografi.

Linderstrøm-Lang i laboratoriet 8. Januar 1957. (Foto: Carlsbergfondets billedarkiv).
Linderstrøm-Lang i laboratoriet 8. Januar
1957. (Foto: Carlsbergfondets billedarkiv).

I 1914 begyndte Lang at læse til kemiingeniør (eller fabrik-ingeniør, som det hed dengang). Selve kemistudiet optog ham ikke meget, men han gik med liv og sjæl op i studenterlivet, han redigerede bladet "Studerende Kemikere", og han var med til at arrangere revyer og anden underholdning. Samtidig havde han ambitioner om at blive forfatter specielt dramatiker, og han sendte et af sine dramaer til selve Georg Brandes, der svarede: "Deres manuskript har den ene dyd, at det er ikke kedeligt. Om de har talent, må de bedst selv kunne føle". I de unge år var Lang i høj grad usikker på sig selv og sit talent; han afsluttede sit studium, og i kraft af sin gode begavelse blev han i 1919 cand. polyt. med en god første karakter.

Lang fik først en kortvarig ansættelse på Landøkonomisk Forsøgslaboratorium. Forstanderen der var A.C. Andersen (1882 - 1970), og han kunne se de evner, som gemte sig hos Lang. Andersen var en god ven af S.P.L. Sørensen, der var professor på Carlsberg Laboratorium, Kemisk Afdeling og på Andersens anbefaling blev Lang ansat der i august 1919. Senere udtalte Lang spøgende, at når han søgte ansættelse på Carlsberg, var det fordi han regnede med, at det ville blive et let job, der kunne give ham tid til at prøve sig som forfatter. Sådan skulle det ikke gå; Carlsberg Laboratorium blev så at sige Langs skæbne, og hans liv og forskning blev så nært knyttet dertil, at det vil være passende at bringe et indskud med en kort omtale af dette laboratorium.

Carlsberg Laboratorium

Da brygger Jacob Christian Jacobsen (1811 - 1887) i 1876 grundlagde Carlsberg Laboratorium, etableredes en dansk forskningsinstitution, der skulle få stor international betydning for biologi og biokemi. Laboratoriet var fra begyndelsen opdelt i en kemisk og en fysiologisk afdeling, og Johan Gustav Kjeldahl (1849 - 1900) blev i 1876 den første leder af Kemisk Afdeling. I 1883 offentliggjorde Kjeldahl den metode til kvælstofbestemmelse, som skulle gøre hans navn verdenskendt, og med denne metode bidrog Kjeldahl til de nøjagtige kvantitative målinger, der siden skulle blive et kvalitetsstempel for Carlsberglaboratoriets videnskabelige arbejde.

Efter Kjeldahls død blev Søren Peter Lauritz Sørensen (1868 - 1939) udnævnt til professor på Kemisk Afdeling i 1901. Om Sørensen skrev Linderstrøm-Lang i 1952: "Det var S.P.L. Sørensen, der blev min opdrager som videnskabsmand, og jeg skylder ham mere, end jeg kan sige i få ord. Han var en mand, der satte sin videnskab over alt andet, og da jeg kom til Carlsberg, var jeg nærmest i den modsatte situation. Den kendsgerning, at han gjorde mig til en forsker, fortæller mere end mange ord om intensiteten i hans videnskabelige engagement og hans store evner som lærer."

Sørensen var begyndt et medicinsk studium, men han skiftede og blev magister i kemi. Inden han tiltrådte stillingen på Carlsberg, havde han erhvervet to guldmedaljer og doktorgraden ved Københavns Universitet. Denne første forskning omhandlede teoretisk og uorganisk kemi, men nu tog han fat på biologiske problemer. Under sine enzymkemiske undersøgelser konstaterede han, at der ikke kunne opnås reproducerbare resultater, dersom man blot forlod sig på de tilsatte mængder af syre eller base, det var surhedsgraden, som var afgørende. Ved hjælp af en brintelektrode udførte han derpå en serie minutiøse målinger af brintionkoncentrationen i opløsningerne, og for at udtrykke resultaterne i en kort form, indførte han pH som den negative 10tals-logaritme (potenseksponent) af brintionkoncentrationen. Nu er det vanskeligt at arbejde med en brintelektrode, (glaselektroder er en langt senere opfindelse), og for at skabe en praktisk overkommelig metode til bestemmelse af pH udviklede Sørensen en række buffersystemer, som dækkede pH-skalaen fra 1 til 13, og med disse kunne man fremstille referenceopløsninger med kendt pH-værdi. Ved hjælp af passende indikatorer kunne man derefter ved en farvesammenligning bestemme pH i en opløsning. Disse metoder blev offentliggjort i 1909. Sammen med sine medarbejdere foretog Sørensen siden meget betydningsfulde studier af proteinernes kemi, men introduktionen af pH-begrebet er en skelsættende begivenhed i biokemiens og biologiens historie, som havde været en Nobelpris værdig.

Linderstrøm-Lang's karikatur af forskere på Carlsberg Laboratoriet: Carsten Olsen (1891 - 1974) og Georg Hevesy (1885 - 1966).
Linderstrøm-Lang's karikatur af forskere på Carlsberg Laboratoriet: Carsten Olsen (1891 - 1974) og Georg Hevesy (1885 - 1966). Som amanuensis ved Kemisk Afdeling udførte Olsen fra 1916 til 1971 en lang række betydningsfulde plantefysiologiske undersøgelser. Sammen med Hevesy foretog han nogle af de første isotopundersøgelser af planternes stofskifte. Tegnet af Linderstrøm-Lang på en rulle af maskinpapir til en julesammenkomst i 1937. I originalen er Olsens ansigt og konturerne sorte, Hevesy's skæg og hår er lyseblå; og laurbærkransen er grøn. (Carlsbergfondets billedarkiv).

Mellemkrigsårene: Fysisk kemi, kolloidkemi og de histokemiske mikrometoder.

Efter ansættelsen på Carlsberg blev Lang hurtigt grebet af den inspiration, som udgik fra Sørensen, og han blev snart en af Sørensens betroede medarbejdere.

Langs første videnskabelige arbejder var af udtalt fysisk-kemisk karakter, og han har nok følt, at han kunne supplere laboratoriets praktiske og eksperimentelle arbejde med en teoretisk og matematisk baggrund. En af hans første artikler omhandlede udsaltningseffekten, som blev diskuteret under anvendelse af de seneste termodynamiske teorier, der var fremsat af Gibbs, Lewis, Brønsted og Bjerrum. I 1923 fremsatte Debye og Hückel deres teori om elektrolytter, og året efter havde Lang udvidet Debyes og Hückels begreber til at omfatte polyvalente amfolytter, og han publicerede artiklen "On the ionisation of proteins". Disse tanker fandt videre anvendelse i en artikel (sammen med Ellen Lund) fra 1926 med titlen "The influence of salt concentration on the acid-binding capacity of egg-albumin". Med en omfattende teoretisk begrundelse introduceres forskellen mellem proteiners isoelektriske og isoioniske punkter; omskrevet til jævne ord betyder dette, at opløsningernes ionstyrke bestemmer den måde, hvorpå proteiners elektriske ladninger kommer til udtryk i omgivelserne. Dvs. at det vi kalder en isoelektrisk udfældning, som oftest vil være en isoionisk udfældning.

Sideløbende med de fysisk-kemisk betonede undersøgelser arbejdede Lang også med fraktionering og renfremstilling af proteiner under anvendelse af Sørensens ideer om proteiner som kolloider. Som modelsystem valgte Lang det bovine kasein, og han påviste, at i modsætning til den gængse opfattelse bestod kasein mindst af to forskellige komponenter, der indgik i et kompleks. Efter indførelsen af de elektroforetiske teknikker kunne man 20 år senere bekræfte Langs resultater. Afhandlingen om kaseinet blev forsvaret for doktorgraden ved Københavns Universitet i 1929, men forinden havde Lang i 1926 været på et tomåneders besøg hos Richard Willstätter (1872 - 1942) i München.

Lang så med ubehag på Geheimrats-atmosfæren i Willstätters laboratorium, men han tilegnede sig den viden han ønskede, og han fattede interesse for proteolytiske enzymer, et emne som han siden vendte tilbage til under forskellige synsvinkler. I 1929 - 1930 viste Lang, at dipeptiderne leucylglycin og alanylglycin kunne hydrolyseres af to forskellige enzymer fra tarmslimhinden, og det ene af disse enzymer kunne også hydrolysere længere peptidkæder med C-terminalt leucin. Joseph Fruton, der selv har ydet betydningsfulde bidrag til proteasernes biokemi, udtalte mange år senere, at med vurderingen af proteasernes specificitet var Lang 15 - 20 år forud for sin tid.

Carlsberglaboratoriets ry tiltrak mange udenlandske gæsteforskere, nogle opholdt sig i længere tid end andre, men én groede fast. I marts 1930 kom en ung østrigsk kemiker til Gl. Carlsbergvej 10, det var Heinz Holter (1904 - 1993). På den tid var Sørensen meget optaget af administrative forpligtelser uden for laboratoriet, det var således først og fremmest Lang, der kom til at samarbejde med de udenlandske gæster, og der udviklede sig et varmt venskab og frugtbart samarbejde mellem Holter og Lang, hvis forskning nu tog en ny drejning. Inden ankomsten til København havde Holter specialiseret sig i naturstofkemi, men hans dybeste interesser lå i den egentlige biologi, og han havde en forestilling om at undersøge enzymerne i deres naturlige miljø - i de levende celler. Lang indså straks perspektiverne i en sådan forskning, men han var fra begyndelsen også klar over, at det ville nødvendiggøre udvikling af mikrometoder, som tillod at arbejde kvantitativt med mængder, der var omkring en tusindedel af de mængder, som hidtil havde været anvendt ved enzymkemiske forsøg. For at forstå den fulde betydning af denne udfordring må nutidens unge biokemikere huske på, at dengang kappedes instrumentfirmaer ikke om at tilbyde nyt og højt udviklet apparatur. Forskerne måtte selv konstruere de forsøgsopstillinger, som deres ideer krævede. På Carlsberg udvikledes nu en række metoder til mikrotitrering af cellernes hydrolytiske enzymer, og med disse var det muligt at bestemme enzymaktivitet i tynde vævssnit. Disse undersøgelser førte blandt andet til, at det kunne fastslås, at pepsinogen først og fremmest produceres i maveslimhindens hovedceller.

Siden fulgte en videnskabelig udformning af den cartesianske dykker, som muliggjorde undersøgelser af respirationen hos enkelte celler. Dertil kom en gradientmetode til bestemmelse af vægtfylden i ganske små dråber. Opstillingen bestod af en ca. 40 cm høj glascylinder anbragt i en vandtermostat; forneden var der en opløsning af petroleum og bromobenzen med en vægtfylde på 1,1 og foroven en opløsning af de samme stoffer med en vægtfylde på 0,99; efter forsigtig omrøring og diffusion blev der dannet en jævn vægtfyldegradient gennem røret, og dråber af vandige opløsninger ville synke til den position, der svarede til deres vægtfylde. Efter kalibrering med opløsninger med kendt vægtfylde kunne vægtfylden af forsøgsopløsningerne bestemmes med en nøjagtighed på fire betydende cifre. Med denne opstilling var det muligt at bestemme de små volumenændringer, som opstår ved hydrolyse af peptider, og det nødvendige forsøgsmateriale blev reduceret med endnu en faktor 50. Lang og Holter havde en genial evne til at udnytte simple og kendte principper til at løse vanskelige opgaver.

De fleste af de nævnte metoder er nu overfløjet af en senere udvikling, men konstriktionspipetterne (Carlsbergpipetterne) blev anvendt, til de blev erstattet med engangspipetter af plast. I samtiden nød metoderne imidlertid stor anerkendelse. I 1931 modtog Lang et Rockefeller fellowship, og han foretog en studierejse til USA. Hans interesse for de biologiske problemer kan aflæses ved, at han først rejste til genetikeren Thomas Hunt Morgan (1866 - 1945) ved California Institute of Technology; siden besøgte han mange andre laboratorier, og der skabtes venskaber, som varede livet igennem. Han bevarede også kontakten med The Rockefeller Foundation, og fra 1937 modtog han en forskningsbevilling, som varede til hans død.

Da Lang i 1938 efterfulgte Sørensen som professor og leder af Kemisk Afdeling, begyndte han igen at interessere sig mere for den rene proteinkemi. Under den tyske besættelse beskæftigede Lang sig med flere teoretiske problemer, men han var i høj grad også engageret i modstandsbevægelsen. I 1944 var han en overgang arresteret, men han klarede frisag og blev løsladt. Hans datters forlovede, Peter Fyhn, var også en aktiv modstandsmand. Han havde ophold i laboratoriets kælder, men på trods af en forberedt flugtvej undgik han ikke at blive taget af tyskerne. Han blev henrettet i april 1945.

Linderstrøm-Lang underholder med violinen under et selskab hos Charlotte Green (Forår 1953)
Linderstrøm-Lang underholder med violinen
under et selskab hos Charlotte Green
(Forår 1953). Hun var en af laboratoriets
flerårige gæsteforskere, og blev senere gift
med John Schellman. (Foto: Henrik Ege.
Carlsbergfondets billedarkiv).

Årene efter Anden Verdenskrig: Struktur af proteiner

I sine unge dage havde Lang fortrinsvis anvendt veldefinerede peptider ved undersøgelser af proteolytiske enzymer, nu vendte han sin interesse mod nedbrydningen af selve proteinerne, og med praktiske forsøg og teoretiske modeller undersøgte han native og denaturerede proteiners reaktioner med proteaser. En tilfældig observation viste sig at få stor betydning for vurderingen af disse reaktioner. På laboratoriet anvendtes ovalbumin som modelprotein ved de fysisk-kemiske undersøgelser. Proteinet forventedes ikke at blive omdannet ved disse undersøgelser, og efter forsøgene blev ovalbuminet samlet i en slumpeflaske for senere omkrystallisation. Men engang i 1947 dannedes tavleformede krystaller i stedet for de normale nåleformede krystaller af ovalbumin. Nærmere undersøgelser viste, at flasken havde været inficeret med Bacillus subtilis, og bakterieproteasen subtilisin havde fraspaltet et oktapeptid fra ovalbumin, uden at proteinets rumlige struktur var ændret nævneværdigt. Disse undersøgelser dannede grundlaget for Martin Ottesens disputats, og Lang indførte begrebet "begrænset proteolyse"; dvs. proteolytisk spaltning af en eller ganske få peptidbindinger, som bevirker en ændring af proteinets biologiske egenskaber, uden at der sker større ændringer i proteinets rumlige struktur. Dette begreb fik stor betydning for vor forståelse af aktivering af zymogener. Siden har begrænset proteolyse også fundet anvendelse ved spaltninger i de peptidkæder, som forbinder adskilte proteindomæner.

Lang havde i mange år været en efterspurgt forelæser ved kongresser og udenlandske universiteter. I 1951 blev han inviteret til at holde en række forelæsninger ved Stanford University og disse blev publiceret i 1952 i serien af Lane Medical Lectures. Her gav han en sammenfattende beskrivelse af mikrometoderne, fordelingen af enzymer i forskellige væv samt en oversigt over datidens bedste viden om proteiner og proteaser. Pauling og Corey havde kort tid forinden fremsat deres modeller om foldning af peptidkæder til alfahelix eller betasheet strukturer, og i forelæsningerne introducerede Lang den terminologi, der stadig anvendes, idet han betegnede den lineære rækkefølge af aminosyrer som primærstrukturen, for de brintbindingsstabiliserede strukturer foreslog han betegnelsen sekundære strukturer, medens de foldninger, der afslutter foldningen af et proteindomæne, blev betegnet som den tertiære struktur. Lang var med til at lægge grundlaget for den moderne proteinkemi. Den seneste tids udvikling har medført, at mange af hans oprindelige metoder nu kun har historisk interesse, men hans betydning afspejles stadig gennem anvendelsen af en terminologi, der først blev indført af Lang.

Paulings og Coreys hypotese for foldning af peptidkæder var opstillet på grundlag af modelforsøg med forholdsvis korte peptider. Røntgenkrystallografi af proteiner lå endnu en halv snes år ud i fremtiden, og det er karakteristisk for Lang, at han straks så sig om efter en metode, som kunne vise i hvor høj grad disse foldninger forekom i de native proteiner. Ved de kommende undersøgelser udnyttede han, at i en udfoldet peptidkæde kan alle brintatomer, der er bundet til ilt og kvælstof, hurtigt udbyttes med deuterium, men i brintbindingsstabiliserede strukturer foregår udvekslingen meget langsommere. Ved forsøgene blev en prøve af proteinet først inkuberet med tungt vand, og efter frysetørring blev der foretaget en tilbageveksling i almindeligt vand; efter endnu en frysetørring, eller rettere "cryo-sublimation", blev den udvekslede mængde af deuterium målt ved vægtfylden af det afdampede vand. Disse vægtfyldebestemmelser blev foretaget i de før nævnte gradientrør. Ved denne metode var det muligt at få et skøn over hvor mange brintatomer, der var skærmet i brintbindinger.

Sammen med John Schellman, der i over tre år var gæsteforsker på laboratoriet, undersøgte Lang også proteinernes struktur gennem analyse af deres optiske egenskaber. Resultaterne blev samlet i en stor oversigtsartikel "Protein Structure and Enzyme Activity", som i 1959 blev trykt i anden udgave af The Enzymes.

Lang's personlighed

I årenes løb modtog Lang mange hædersbevisninger. I Kraks Blå Bog fra 1959 er der en liste på 40 linier over æresdoktorgrader, medlemskab af udenlandske videnskabelige selskaber med mere, og i årene efter Anden Verdenskrig var Carlsberg Laboratorium intet mindre end et Mekka for alle proteinkemikere. Selvfølgelig var den viden og de metoder, som fandtes der, af stor betydning, men Langs karismatiske personlighed var også en kraftig magnet. Skæbnen ville, at jeg først blev ansat på Carlsberglaboratoriet efter Langs død, men fra 1951 havde jeg lejlighed til at deltage i laboratoriets ugentlige kollokvier, og det var en stor inspiration for en ung kemiker at høre alle de store koryfæer berette om deres seneste resultater.

Fra tid til anden møder man hos humanister et fjendebillede af naturforskerne, der tegnes som åndsløse mennesker, som kun tænker kvantitativt i, hvad der kan måles og vejes, medens de er blinde for livets kvalitative værdier. Lang udgør et eminent dementi af dette fjendebillede. Vi har set, at hans videnskabelige disciplin bød ham at søge objektive, kvantitative målinger for at afprøve de videnskabelige hypoteser, men han er også et eksempel på, hvordan videnskabelig og kunstnerisk kreativitet kan gå hånd i hånd. Lang var en habil amatørmaler, og kunstnere som Rude og Lundstrøm udtrykte anerkendelse af Langs bedste malerier. Til stor moro for alle yndede han også at tegne karikaturer af laboratoriets medarbejdere. Lang spillede både klaver og violin; han sang gerne, og med sit vid var han det naturlige midtpunkt ved selskabelige sammenkomster. Lang blev ikke forfatter, men han var en god essayist, som med indsigt kunne kommentere videnskabens stilling i forhold til samfundets problemer. Lang gik ikke på akkord med videnskabelige resultater, det gjorde han heller ikke med sproglig fremstilling; han sagde engang, at en god artikel normalt skulle skrives omkring seks gange, før den fik den rette form.

Da Lang var 50 år gammel udviklede han den milde form for sukkersyge; den generede ham ikke meget, men det fik alligevel fatale følger. I marts 1958 blev han opereret for en svulst i tarmen; som følge af sukkersygen optrådte der efter operationen alvorlige komplikationer, og efter et smertefuldt sygeleje døde Lang den 25. maj 1959.

Litteratur:

Holter, H.: K.U.Linderstrøm-Lang; Compt. Rend. Trav. Lab. Carlsberg Sér. Chim. 32 I - XXXIII (1960). Denne nekrolog indeholder en fuldstændig bibliografi over Langs arbejder.

Linderstrøm-Lang, K.: Selected Papers; Acad. Press (1962).

Max Møller, K.: Johan Kjeldahl, S.P.L.Sørensen og K.U.Linderstrøm-Lang. Tre kemikere ved Carlsberg Laboratorium. I Kemien i Danmark Nyt Nordisk Forlag. Arnod Busck (1967).