Биологическая химия - [21]
Ферменты имеют и большое практическое значение, так как многие отрасли промышленности — виноделие, хлебопечение, сыроварение, производство спирта, чая, аминокислот, витаминов, антибиотиков — основаны на использовании различных ферментативных процессов. Поэтому изучение свойств и механизма действия ферментов позволяет химикам создать новые, более совершенные катализаторы для химической промышленности. Действие различных физиологически активных соединений, применяемых в медицине и сельском хозяйстве, — лекарственных веществ, стимуляторов роста растений и др., в конечном счете сводится к тому, что эти вещества активируют или подавляют в организме то или иное звено в обмене веществ, тот или иной ферментативный процесс. Несомненно, изучение закономерностей действия ферментов и влияния на них различных стимуляторов или парализаторов (ингибиторов) имеет первостепенное значение для медицины и сельского хозяйства.
Рис. 34. Центральная роль ферментов и энзимологии в биологии
Круг вопросов, изучаемых ферментологией, весьма широк (рис. 34). Разработка методов выделения и очистки ферментов с целью установления их структуры, исследование процессов образования ферментов в живой клетке, регулирование их действия, роль ферментов в осуществлении различных физиологических функций — вот далеко не полный перечень важнейших биологических проблем, интенсивно изучаемых в настоящее время.
Краткая история учения о ферментах
История ферментов уходит в далекое прошлое. Еще на заре развития человеческого общества люди сталкивались с различными ферментативными процессами и использовали их в жизни. Спиртовое и молочнокислое брожение, применение заквасок при приготовлении хлеба, использование сычуга для изготовления сыров и др.- все эти ферментативные процессы хорошо известны с незапамятных времен.
Одними из первых исследователей, занимавшихся изучением ферментативных процессов, были Реомюр и Спалланцани. В своих опытах по перевариванию мяса в желудке птиц они впервые поставили вопрос о необходимости изучения химического состава пищеварительных соков. Русский ученый К. С. Кирхгоф (1814) показал, что в вытяжке из проросшего ячменя содержится вещество, которое вызывает превращение крахмала в сахар. Таким образом, Кирхгофом впервые был получен ферментный препарат амилазы (фермент, расщепляющий крахмал) и эту дату мы с полным правом можем считать датой возникновения ферментологии. Изучая процессы брожения, голландский ученый Ван Гельмонт впервые ввел в науку термин "ферменты" (от лат. fermentum — закваска). Слово "энзим" происходит от древнегреческого слова "эн зюме", что означает "в дрожжах".
Рис. 35. Кристаллический трипсин. Ув. 202 (по Нортропу)
К середине 50-х годов XIX века понятие о ферментах как о биологических катализаторах прочно утвердилось в науке. К этому времени и относится большой спор двух крупнейших ученых мира Луи Пастера и Ю. Либиха о месте локализации ферментов в клетке — спор, который по своему существу явился борьбой двух мировоззрений в науке — идеализма и материализма и затормозил развитие учения о ферментах без малого на 50 лет. Луи Пастер, доказывая, что деятельность ферментов неотделима от структуры клетки и с ее разрушением прекращается, прочно стоял на позициях вирховианства — одной из разновидностей идеализма в биологии. Либих утверждал, что действие ферментов не связано со структурой клетки. Этот спор практически продолжался более 100 лет и снова, в который раз, утвердил необходимость материалистического подхода к изучению биологических закономерностей. Первой подтвердила правильность точки зрения Ю. Либиха русский исследователь М. М. Манассеина в 1871 г. Растирая дрожжевые клетки с кварцевым песком, т. е. полностью разрушая структуру клетки, она доказала, что клеточный сок обладает способностью сбраживать крахмал. Однако, как это очень часто бывало в царской России, исследования М. М. Манассеиной остались без внимания и пальма первенства в этом вопросе была отдана немецким ученым братьям Бухнер, которые через 26 лет проделали аналогичный опыт (они разрушали клетки путем высокого давления) и получили такие же результаты. В последующем работами А. Н. Лебедева, И. П. Павлова, М. Дюкло, Э. Фишера, Л. Михаэлиса и многих других ученых окончательно была опровергнута точка зрения идеалистов. Именно материалистический подход в научных исследованиях дал возможность Дж. Самнеру в 1927 г. впервые получить фермент уреазу, а Дж. Нортропу в 1931 г.- кристаллические трипсин и пепсин (рис. 35, 36).
Рис. 36. Кристаллический пепсин. Ув. 90 (по Нортропу)
В настоящее время работами большой армии ученых как в нашей стране, так и за рубежом учение о ферментах успешно развивается. В настоящее время известно около 1000 ферментов. Работы академика А. Е. Браунштейна, В. А. Энгельгарда, А. И. Опарина, С. Е. Северина, В. Н. Ореховича, А. А. Покровского и многих других отечественных ученых в области изучения ферментов в человеческом организме имеют важное значение в медицине. Постановка диагноза, выбор правильного лечения и профилактики, разработка и применение различных лекарственных препаратов и т. д. основываются на изучении ферментов.
