Бах. Бах энзимология. Перекисной теории процессов медленного окисления и разработка учения о ферментах
 Скачать 22.81 Kb.
|
|
Алексей Николаевич Бах принадлежит к числу выдающихся биохимиков конца 19 — первой половины 20 веков. Создание перекисной теории процессов медленного окисления и разработка учения о ферментах прочно завоевали А. Н. Баху почетное место в истории мировой биохимии. А. Н. Бах сыграл исключительную роль в развитии биохимии в нашей стране. Он был создателем советской школы биохимиков. С самого начала своей исследовательской деятельности А. Н. Бах сосредоточил все внимание на узловых проблемах динамической биохимии, на химизме основных жизненных процессов. Химизм ассимиляции и дыхания — вот те вопросы, которые сразу же привлекли к себе его творческое внимание. Представления о механизме этого окисления были разработаны А. Н. Бахом в начале 1897 г. в его труде «О роли перекисей в процессах медленного окисления». Энергия, необходимая для активации кислорода в процессе медленного окисления, не получается извне, а доставляется самим окисляемым веществом. Аутоксидабельные вещества, приходя в соприкосновение с кислородом, не расщепляют его молекулу на свободные атомы, как это думали раньше, а превращают эту молекулу в радикал, где только одна связь является разорванной. Указанный радикал и присоединяется к окисляемому веществу. При этом неизбежно должны образовываться перекиси, которые, являясь весьма неустойчивыми и химически активными веществами, способствуют дальнейшему окислению. Эта теория сразу же приобрела выдающееся значение и сохраняла его в течение многих и многих лет. Сам же А. Н. Бах видел главнейшее значение этой своей теории в том, что она позволяла ему разобраться в химизме дыхания, приблизиться к познанию жизненного процесса. Именно на этом этапе своих исследований А. Н. Бах и встретился с учением о ферментах, с энзимологией, которой он посвятил большинство своих дальнейших работ. Он показал, что в основе дыхания лежит ряд ферментативных окислительных и окислительно-восстановительных реакций, последовательно сменяющих друг друга в длинной цепи химических превращений. Самопроизвольное окисление, как и все медленно протекающие процессы, доступно воздействию катализаторов, во много раз увеличивающих его первоначальную скорость. В организмах такими катализаторами являются окислительные ферменты; на их изучении и сосредоточил свое внимание А. Н. Бах. Он выделил эти ферменты из большого числа разнообразных растительных объектов и подверг препараты такой совершенной очистке, какую только позволяла существовавшая тогда лабораторная техника. Наряду с оксидазами, производящими окисление при помощи кислорода воздуха, А. Н. Бах установил широкое распространение в растительном мире и другого окислительного фермента — пероксидазы. При этом работы Алексея Николаевича Баха показали, что ни оксидазы, ни пероксидазы не могут сами по себе окислять те органические вещества, которые являются дыхательными материалами, например углеводы. Действие окислительных ферментов строго специфично. Оно направлено на окисление лишь таких аутоксидабельных веществ, как, например, полифенолы. Но какое же тогда значение имеют оксидазы в процессе дыхания? Многие авторы после указанных выше работ так разочаровались в оксидазах, что от чрезмерных надежд перешли в другую крайность и стали отрицать какое-либо значение этих ферментов при дыхании. По их мнению, оксидазы — это только защитные ферменты. Окисляя полифенолы, они образуют лаки, закрывающие места ранения у растений. Но Алексей Бах не пошел по этому пути. Он еще раньше предвидел, что дыхание не может являться каким-либо единичным химическим актом, а представляет собой целую цепь ферментативных превращений, где действие оксидаз служит лишь отдельным звеном. Другим, не менее важным звеном дыхательного процесса являются, по А. Н. Баху, широко распространенные в живой природе окислительно- восстановительные реакции. При этих реакциях одновременно идет окисление одного вещества и восстановление другого. Специальный фермент, катализирующий эти реакции, был назван А. Н. Бахом по аналогии с пероксидазой — пергидридазой, но впоследствии за такого рода ферментом утвердилось название оксидоредуктаз. Схема дыхательного процесса создана А. Н. Бахом лишь в результате многих десятков экспериментальных работ, посвященных изучению таких окислительных ферментов, как фенолаза, пероксидаза, тирозипаза, каталаза, оксидоредуктаза и т. д. А. Н. Бах при своем возвращении на родину обладал уже громадным опытом энзимолога-экспериментатора. Но, как мы видели выше, к изучению ферментов он пришел, стремясь познать химические основы жизни. Для него ферменты были интересны не сами по себе, не как определенный химический феномен, а как ключ к познанию жизненного процесса. Этот принцип А. Н. Бах положил в основу и тех работ, которые он организовал позже. В одной из своих статей он пишет по этому поводу следующее: «В последнее десятилетие в связи с быстрым развитием энзимологии все более и более выявляется та огромной важности роль, какую ферменты играют в жизни организмов. Более полвека тому назад Шенбейн высказал мысль, что без содействия окислительных ферментов организм задохся бы в океане кислорода, как он задыхается в безкислородной среде. Тогда эта мысль казалась пародоксальной, но теперь едва ли кто станет оспаривать то положение, что между состоянием организма и работой его ферментов существует теснейшая связь, что всякое изменение в состоянии организма или вызывается, или сопровождается изменением в работе его ферментов, а это дает возможность переходить от одного ряда явлений к другому — от изменения состояния организма к изменению деятельности ферментов и обратно. Вполне очевидно, что точное знание этих взаимоотношений дало бы нам ответ на важнейшие вопросы физиологии и патологии, над разрешением которых бьется мысль исследователей». Именно проблеме установления связи и зависимости между состоянием организма и работой его ферментов и посвящен обширный круг исследования А. Н. Баха и его учеников. Используя свой громадный предшествующий опыт работы с ферментами, А. Н. Бах совместно с сотрудниками разработал ряд методов, позволяющих определить активность ферментов в разнообразных растительных и животных объектах. Эти методы сыграли выдающуюся роль в развитии той области энзимологии, которая в учебниках и сводках обычно обозначается как «биология ферментов». В относящейся сюда обширной серии работ советскими исследователями было показано, что активность ферментов коренным образом изменяется в зависимости как от генетической природы организма, так и от его цикла развития, физиологического состояния и условий внешней среды. Много внимания уделял А. Н. Бах той связи, которая существует между активностью ферментов и иммунитетом. Обнаружив, что продукты глубокого расщепления белка способны функционировать в качестве соучастников восстановительных процессов, катализируемых пергидидразой, А. Н. Бах совместно с сотрудниками построил на этом новый метод обнаружения и количественного учета продуктов распада белка. Одной из областей приложения данного метода явилось изучение изменений физиологического состояния организма, которое происходит в теле животного в процессе иммунизации бактериальными токсинами. А. Н. Бах с сотрудниками предпринял широкое изучение антиферментов, т. е. тех антител, которые вырабатываются в животном организме при иммунизации энзимами. Это, с одной стороны, углубило наше представление о взаимоотношениях ферментов с сопровождающими их «сопутствующими» веществами; с другой стороны, в области иммунологии использование ферментов в качестве антигенов привело к разработке принципиально новых приемов для изучения реакции между антигеном и антителом. Широко разрабатывались А, Н. Бахом и его сотрудниками и вопросы, связанные с биологией ферментов у растений. Эта серия исследований была начата работой «Об образовании ферментов в прорастающих зернах». Сам А. Н. Бах так характеризовал задачу этой работы: «Для выяснения роли ферментов в экономике живого организма понимание их одновременного образования и совместной деятельности не менее существенно, чем знание свойств изолированных ферментов». Изучение действия ферментов в живой клетке нашло особенно широкое развитие в организованном А. Н. Бахом в 1935 г. Институте биохимии Академии наук СССР. Здесь на этой основе создалось совершенно особое направление в энзимологии. Дело в том, что ранее действие ферментов изучалось лишь на изолированных препаратах или в тех автолитических смесях, которые получаются после разрушения живых клеток. Естественно, что при этом активность ферментов, свойственная тому или другому органу или ткани, существенно, изменялась. В разных сортах и в различных органах направленность ферментативного действия определяется прежде всего их породными особенностями. Но она не остается постоянной в течение всего жизненного цикла растения, а закономерно изменяется, испытывая как суточные колебания, так и сезонные и возрастные сдвиги. Кроме того, ее можно сместить и путем ряда искусственных воздействий, как, например, действием наркотинов, пониженной или повышенной температурой, созданием водного дефицита и т. д. Очень важно, что всегда параллельно с этим происходят соответствующие сдвиги и в физиологических свойствах подвергшегося данному воздействию растения. Таким образом, руководимая А. Н. Бахом советская энзимология достигла существенных успехов в деле познания химических основ жизненного процесса и в деле установления той непосредственной роли, которая принадлежит здесь ферментам. На этой основе А. Н. Бах выдвинул перед советской энзимологией новую, несравненно более сложную задачу. Он видел эту задачу в том, чтобы не только изучить ферменты, но и овладеть ими, научиться управлять их действием и тем самым по своему желанию изменять течение жизненного процесса, изменять физиологические и хозяйственно-важные свойства организмов в нужном нам направлении. В наши дни эти идеи А. Н. Баха находят свое воплощение в развитии советской мичуринской биологии. Точно так же советская энзимология выполнила завет А. Н. Баха и практически разрешила задачу управления ферментативными процессами и в другой области. Речь идет о применении энзимологии в технике, о так называемой «технологии ферментов», которая наряду с «биологией ферментов» представляет то поле, на котором особенно много потрудились советские энзимологи и где они достигли решающих успехов. Именно работами советских энзимологов было установлено, что в основе ряда производств, имеющих дело с сырьем растительного или животного происхождения, в частности ряда производств пищевых и вкусовых веществ, лежат ферментативные процессы. |