Ферменты - Учебный портал Российского университета дружбы

Российский университет дружбы народов
медицинский факультет
кафедра биохимии им. академика Березова Т.Т. биохимии
МЕДИЦИНСКАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ. ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ В
НАШЕЙ СТРАНЕ
Профессор кафедры биохимии,
доктор биологических наук Е.В. Калинина
• Ферменты (от лат. fermentum, —
закваска) или энзимы (от греч. ἐν- — ви ζύμη — дрожжи, закваска)— белковые
молекулы или молекулы РНК (рибозимы)
или их комплексы, катализирующие
химические реакции в живых системах.
• Термины «фермент» и «энзим» давно
используют как синонимы (первый в
основном в русской и немецкой научной
литературе, второй — в англо- и
франкоязычной).
• Наука о ферментах
называется энзимологией.
Открытие ферментов
• Луи Пастер (XIX век) – брожение (превращение углеводов в этиловый
спирт) под действием дрожжей катализируется некой жизненной силой,
находящейся в дрожжевых клетках.
• В. Кюне (1876 г.) – ввел термин энзим (от греч. ἐν- — в- и ζύμη — дрожжи,
закваска), который был предложен для «неорганизованных ферментов»,
секретируемых клетками.
• Более ста лет назад термины фермент и энзим отражали различные точки
зрения в теоретическом споре Луи Пастера с одной стороны, и М. Бертло и Ю.
Либиха — с другой, о природе спиртового брожения.
• Э. Бухнер (1897) – в работе «Спиртовое брожение без дрожжевых клеток»
представил результаты экспериментального доказательства того, что
бесклеточный дрожжевой сок осуществляет спиртовое брожение так же, как и
неразрушенные дрожжевые клетки. В 1907 г. за эту работу он был удостоен
Нобелевской премии.
• Дж. Самнер (1926) – впервые получил высокоочищенный кристаллический
фермент (уреазу).
• В течение последующих 10 лет было выделено ещё несколько ферментов, и
белковая природа ферментов была окончательно доказана.
Первый биохимик – женщина
Мария Михайловна Манасеина (Коркунова)
(1843—1903) в 1870-1871гг. проходила стажировку в
Политехническом институте в Вене у Юлиуса Визнера, где
изучала процесс спиртового брожения.
Тогда она сделала крупнейшее открытие — показала,
что брожение происходит под воздействием
особых веществ (так называемых
«неорганизованных ферментов»), которые
можно выделить из дрожжевых клеток.
Эти результаты опровергали «физиологическую» теорию
брожения Луи Пастера и свидетельствовали в пользу
«химической» точки зрения, которой придерживались
Марья Михайловна
такие выдающиеся ученые, как Клод Бернар,
Манасеина (Коркунова)
Юстус Либих и Марсель Бертло.
1860 г.
Это открытие на 26 лет опередило работу Э. Бухнера
(1897).
Lagnado J. Was the first biochemist a woman? // Biochemistry. 1992.
V.14. №5. P.21—22.
• К настоящему времени получены
убедительные доказательства, что
современная биология и медицина
говорят на языке энзимологии.
Бах А.Н.
(1857-1946)
КТО СТОЯЛ У
ИСТОКОВ
РАЗВИТИЯ
ОТЕЧЕСТВЕННОЙ
БИОХИМИИ?
Парнас Я.О.
(1884 – 1949)
Кизель А.Р.
(1881-1942)
Энгельгардт В.А.
(1894 – 1984)
Гулевич В.С.
(1867-1933)
Браунштейн А.Е.
(1902 -1986)
БАХ Александр Николаевич (1857-1946)
Герой Соц. Труда,
1945 г.
1875 – поступил на естественное отделение физико-математического Киевского
Императорского университета,
1875 – отчислен за революционную деятельность и три года был в ссылке,
1882 – вернулся в Киев для участия в революционной деятельности,
1885 – спасаясь от ареста, эмигрировал в Париж.
1890 – научный сотрудник кафедры неорганической химии Колледж де Франс, которой
руководил академик Поль Шюценберже.
1894 – переехал в Женеву, оборудовал на окраине Женевы в кухне лабораторию, работал
вместе с Р.Шода (Женевский университет).
1902 – переехал в Шампель, где оборудовал свою лабораторию. Опубликовал за 23 года
работы в Швейцарии более 100 работ.
1917 – Лозанский университет присудил Баху за совокупность работ почетную степень доктора honoris causa. Друзья
поздравили его с 60-летием и революцией в России.
1917 – бросает науку, переезжает в Россию и работает вместе со Львом Яковлевичем Карповым на Бондюжском химическом
заводе.
1918 – работает вмести со Збарским Б.И. в частном химико-бактериологическом ин-те Блюменталя.
1918 – по предложению Карпова Л.Я. возглавил вновь созданную Центральную химическую лабораторию, которая в 1931
году была преобразована в Физико-Химический Ин-т. Его заместителем был Збарский Б.И. Они разрабатывали горючие смеси
для двигателей, заменители олифы для окраски железнодорожных мостов и т.п.
1920 год – создает при поддержке народного комиссара Семашко Н.А. Биохимический Ин-т Наркомздрава, куда Бах
А.Н. вместе с Опариным А.И. пригласили работать молодых ученых: Энгельгардта В.А., Северина С.Е., Браунштейна
А.Е., Ермольева З.В., Гамалея Н.Ф.
1935 год – создал Ин-т Биохимии, где работали Сисакян Н.М., Белозерский А.Н., Энгельгардт В.А., Баев А.А., Курсанов
А.Л., Красновский А.А., Теренин А.Н., Кретович В.Л.
Бах А.Н. – создатель и разработчик основных положений перекисной теории окисления, провел выделение
и изучение свойств и механизма действия окислительных ферментов – пероксидазы, каталазы, тирозиназы
и др.
1929 - был избран академиком АН СССР в 1929 году,
1944 - Ин-ту Биохимии АН СССР присвоено имя А.Н.Баха.
КИЗЕЛЬ Александр Робертович (1881-1942)
1904 год – окончил естественное отделение физико-математического факультета
МГУ,
1905 – по приглашению Тимирязева К.А. начинает работать на кафедре физиологии
растений Московского университета,
1905-1911 – работает под руководством Шульце (Швейцария), Косселя (г.Гейдельберг,
Германия), Толленса (г.Геттинген, Германия), Бертрана (Пастеровский Ин-т, Париж,
Франция).
1912 – по собственной инициативе начинает читать необязательный курс биохимии
растений в Московском университете.
1918 год – избран профессором Саратовского, Тамбовского и Томского университетов, читает курсы ботаники,
физиологии и биохимии растений, работает в Саратовском политехническом ин-те и Саратовском ин-те народного образования. Занимает должности: декана рабочего факультета, декана педагогического факультета и
декана физико-математического факультета.
1921 – работает в комиссии по изучению реки Волги, участвует в работе Губвоенкома, Губполитпросвета и т.п.
1922 – возвращается в Москву на должность сверхштатного профессора в Университете, заведует отделом в
Агрохимической лаборатории Политехнического музея и физико-химическим отделом Химико-фармацевтического
Института.
1926 – вызывает в Москву А.Н. Белозерского после защиты его дипломной работы в саратовском университете,
1929 – организует кафедру биохимии растений в МГУ со штатом два человека: заведующий –
Кизель, ассистент – Белозерский.
1942 год репрессирован, умер в тюрьме.
Основные направления исследований – биохимия углеводов, биохимия
протоплазмы, биохимия зерна, физико-химические свойства белков в
растениях.
ПАРНАС Якуб Оскарович (1884 – 1949)
1902-1915 – химическое отделение в Политехникуме в Шарлоттенбурге,
университет в Страсбурге, политехникум в Цюрихе, работа в Неаполе и
Кембридже,
1904 – окончил высшую техническую школу в Берлине,
1916-1919 – профессор Варшавского университета
1921 – директор Института медицинской химии Львовского университета
1939 – ректор Львовского медицинского института
1942 – Институт биохимии в Уфе, разработал способ получения кровяной плазмы и
новых стимуляторов
1943 – был вызван в Москву, поселился в привилегированной гостинице «Метрополь»,
где принимал учеников, сотрудников, друзей и иностранных дипломатов. Парнас был признан первым в научной
иерархии биохимиков СССР, а центром биохимической мысли в стране стали «четверги Парнаса».
1944-1948 – директор Института биомедицинской химии АМН СССР.
Главное достижение биохимии первой половины ХХ века – выяснение природы и «биологического смысла»
анаэробного превращения углеводов, вошло в историю под именами основных исследователей – Мейергофа,
Эмбдена, Парнаса. Я.О.Парнас открыл фосфоролиз гликогена. Для вовлечения остатков глюкозы из
гликогена в энергетический метаболизм происходит «фосфоролиз гликогена» и неорганический фосфат
соединяется с глюкозой при разрыве гликозидной связи.
Нобелевские премии за это направление исследований получили:
1922 г. О.Мейергоф – при мышечном сокращении определенное количество глюкозы без участия кислорода превращаются
в молочную кислоту, 1931 г. - О.Варбург «за открытие ферментов, с помощью которых в живой клетке осуществляется
окисление глюкозы (анаэробный гликолиз), 1947 г. –К. Кори «за описание процессов превращения глюкозы в гликоген и
обратно (цикл Кори)
В 1949 – Я.О. Парнас, равновеликий Мейергофу, Варбургу и Кори, умер в тюрьме после ареста.
Из письма Я.О.Парнаса П.Л.Капице (4 октября 1943 г.) :
«Я считаю по научным достижениям В.А.Энгельгардта первым в ряду биохимиков Союза. Избрание
В.А.Энгельгардта является настоятельной необходимостью не только для Энгельгардта, но и для самой Академии.
Не должно повториться то, что было с Менделеевым и Лобачевским.»
Энгельгардт Владимир Александрович (1894-1984)
ИМБ АН СССР
(1959-1984) 25 лет
Герой Соц. Труда
1967
1919 - окончил медицинский факультет Московского университета
1931 - обнаружил связь клеточного дыхания и фосфорилирования
1939 - открыл аденозинтрифосфатазную активность сократительного белка миозина
1949 - доказал механизм сопряжения процессов брожения и дыхания (эффект Пастера)
1921-1929 – зав.отделом Биохимического института Наркомздрава
1929-1933 - зав.кафедрой биохимии Казанского университета и Медицинского ин-та
1944-1950 – зав.лабораторией биохимии животной клетки Института физиологии им.
И.П.Павлова АН СССР (Ленинград)
1945-1952 – зав. отделом биохимии ИЭМ АМН СССР (Ленинград)
1959-1984 – организатор и директор Института радиационной и физико-химической
биологии АН СССР, ныне Ин-т молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН.
1944 – избран Академиком АМН СССР, академиком АН СССР в 1953, Лауреат Гос.
Премий (1943, 1979)
Браунштейн Александр Евсеевич (1902-1985)
1937 -открыл процесс ферментативного переаминирования аминокислот
1952 - совместно с М.М.Шемякиным разработал общую теорию реакций аминокислотного обмена, катализируемых пиридоксалевыми ферментами
1925 - окончил Харьковский медицинский институт
1928-1935 - работает в Биохимическом институте Наркомздрава СССР
1936-1960 - работает во Всесоюзном институте экспериментальной медицины и
заведующим лабораторией в Институте биологической и медицинской химии АМН
СССР
1960-1986 - заведующий лабораторией биокатализа в ИМБ АН СССР
1945 – избран Академиком АМН СССР, академиком АНСССР в 1964, Лауреат Гос.
Премий (1941), Ленинской премии (1980)
ИМБ АН СССР
(1959-1986) 27 лет
Герой Соц. Труда
1972
ПРЕДСТАВИТЕЛИ БИОХИМИЧЕСКОЙ НАУКИ
В МГУ ИМ. М.В.ЛОМОНОСОВА
Опарин А.И.
1894-1980
Ин-т биохимии
им.А.Н.Баха
(1946-1980)
34 года
Герой Соц.
Труда, 1969
Белозерский А.Н.
1905-1972
МГУ биофак
(1960-1972)
12 лет
Герой Соц.
Труда, 1969
Северин С.Е.
1901 - 1993
МГУ биофак
(1939-1990)
51 год
Герой Соц.
Труда, 1971
Ашмарин И.П.
1901 - 1993
МГУ биофак
(1976-2007)
31 год
Спирин А.С.
МГУ биофак
(1973 – настоящ.
время),
1967-2001 –
директор Ин-та
белка РАН
ОПАРИН Александр Иванович (1894-1980)
Ин-т биохимии
им. А.Н.Баха
(1946-1980) 34 года
Герой Соц.Труда,
1969
1917- окончил естественное отделение физико-математического факультета
Московского университета
1920-1925 – преподаватель кафедры физиологии и анатомии растений
1942-1960 – заведующий кафедрой биохимии растений биологического факультета
1946-1980 – директор Института биохимии им.А.Н.Баха АН СССР
Создатель теории происхождения жизни на Земле, проводил исследования
действия ферментов в живой клетке, разработал биохимическую технологию
пищевых производств (соковарение, хлебопечение, виноделие, производство чая и
табака).
Один из основателей (совм. с акад. А.Н.Бахом) Физико-химического института им.
Л.Я.Карпова АН СССР (1921-1934) и Института биохимии АН СССР (1935-1946).
Избран академиком АН СССР (1946), присуждена Ленинская премия (1974)
БЕЛОЗЕРСКИЙ Андрей Николаевич (1905-1972)
1927 – окончил среднеазиатский университет в г.Ташкенте,
1930 – по приглашению Кизеля А.Р. переходит работать в Московский университет,
С 1946 года работает в Ин-те биохимии АН СССР,
1960-1972 – заведующий кафедрой биохимии растений МГУ,
1963 – организовал в МГУ кафедру вирусологии,
1965-1972 – зав. межфакультетской лаборатории молекулярной биологии и
биоорганической химии при МГУ, преобразованной в 1991 году в НИИ физикохимической биологии им. А.Н.Белозерского.
Проследил закономерности изменения нуклеиновых кислот в онтогенезе
растений. Показал, что ДНК всех представителей органического ряда построены
из четырех дезоксирибонуклеотидов, предсказал (совместно со Спириным А.С.)
существование информационной (матричной) РНК. Изучил гистоны высших
растений.
МГУ биофак
(1960-1972) 12 лет
Герой Соц. Труда
1969
СЕВЕРИН Сергей Евгеньевич (1901 – 1993)
1924 – окончил медицинский факультет Московского университета,
1920-1929 – сотрудник кафедры физиологии животных биологического ф-та МГУ,
1939-1990 – заведующий кафедрой биохимии животных биологического факультета
МГУ.
МГУ биофак
(1939-1990) 51 год
Герой Соц. Труда
Изучение структуры, функции и регуляции каталитической активности ферментов
метаболизма гликогена, гликолиза и цикла трикарбоновых кислот. Исследование
биологической роли дипептидов мышечной ткани – карнозина и анзерина.
Структурно-функциональный анализ ферментов аденилатциклазной системы и
систем фосфорилирования мышечных белков.
Избран академиком АМН СССР (1948), академиком АН СССР (1968),
присуждена Ленинская премия (1982)
АШМАРИН Игорь Петрович (1925-2007)
1947 – окончил Ленинградскую военно-медицинскую академию по специальности «врач-биохимик»,
1964-1976 – заведующий кафедрой биохимии Ленинградского Гос. Университета,
1976-1980 – профессор кафедры биохимии МГУ (зав. – академик Северин С.Е.),
1986-2007 – заведующий кафедрой физиологии человека и животных МГУ.
Разработал концепцию действия реуляторных пептидов, создав учение о
каскадной пептидной регуляции, участвовал в создании лечебного комплекса
Семакс для лечения инсультов и др. патологий, провел важные исследования
по изучению механизма долговременной памяти.
Избран академиком АМН СССР (1982), присуждена Государственная премия
(1978)
МГУ биофак
(1976-2007) 31 год
СПИРИН Александр Сергеевич (1931)
1954 – окончил биолого-почвенный факультет факультет МГУ,
1957-1966 – сотрудник кафедры биохимии растений биологического ф-та МГУ,
1967-2001 – основал и руководил Институтом белка, Пущино,
1973-2012 –заведующий кафедрой молекулярной биологии МГУ
2001- по настоящее время – советник Президиума РАН
Избран академиком АН СССР (1970), присуждена Ленинская премия (1976)
Института белка
РАН (1967-2001),
кафедра
молекулярной
биологии биофака
МГУ (1972-2012)
Открытие некодирующих РНК и фракции информационных РНК в бактериях (19571958). Первое качественное описание макромолекулярной структуры РНК. Открытие
способности РНК к сворачиванию в компактные структуры (1959-1961). Открытие
самосборки рибосомных белков на каркасе рибосомной РНК (1963-1966).
Открытие информосом – внутриклеточных информационных рибонуклеопротеидных
частиц (мРНП) в цитоплазме животных клеток (1964). (Ленинская премия, 1976 г.).
Первое экспериментальное доказательство структурной подвижности рибосомы в
процессе биосинтеза белка (1987). (Государственная премия СССР, 1988 г.).
Создание низкоэнергетической системы трансляции (биосинтеза белка) на структурно
модифицированных рибосомах вне клетки (бесфакторная, или «неэнзиматическая»
трансляция) (1970-1976).
Концепция кинетической (каталитической) роли энергии ГТФ в
функционировании рибосом (1976-1978).
Разработка концепции рибосомы как молекулярной наномашины, использующей
тепловое (броуновское) движение для направленного перемещения вдоль матричной
цепи информационной РНК (1985-2011).
КАФЕДРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ МГУ- I ММИ - MMA
учреждена в 1863 г., до 1930 г. была в составе МГУ им.М.В.Ломоносова
1863 – Кафедра медицинской химии и физики Медицинского ф-та Московского университета,
1884 – переименована в кафедру медицинской химии, а затем в кафедру биологической химии,
которую возглавил Булыгинский Александр Дмитриевич,
1907 – кафедру медицинской химии возглавил Гулевич Владимир Сергеевич.
Лаборатория медицинской химии при кафедре медицинской химии Московского университета
превратилась в одну из наиболее передовых лабораторий в России.
1884-1901
(17 лет)
БУЛЫГИНСКИЙ
Александр Дмитриевич
Профессор
1907-1934
(27 лет)
ГУЛЕВИЧ Владимир
Сергеевич
Действительный член АН СССР
1934-1952
(18 лет)
ЗБАРСКИЙ
Борис Ильич
Действительный член АМН СССР, Лауреат
Государственной премии
1952-1972
(20 лет)
МАРДАШЕВ Сергей
Руфович
Действительный член АМН СССР, Лауреат
Государственной премии
1972-1994
(22 года)
НИКОЛАЕВ Александр
Яковлевич
Профессор
1994-настоящее
время
СЕВЕРИН Евгений
Сергеевич
Член-корреспондент РАН,
Лауреат Государственной и Ленинской премий
Булыгинский А.Д.
(1864-1901)
Мардашёв С.Р.
(1906-1974)
Гулевич В.С.
(1867-1933)
Николаев А.Я.
Збарский Б.И.
(1885-1954)
Северин Е.С.
Александр Дмитриевич БУЛЫГИНСКИЙ
1864-1901 (17 лет)
Александр Дмитриевич окончил Университет и был командирован за границу.
Он работал в Гейдельберге (Эрлейнмеер) и Тюбинге (Хопе-Сайлар) и по
возвращении в 1868 г. представил диссертацию "О летучих кислотах мочи". В
1878 г. занял должность профессора кафедры медицинской химии. Он читал курс
медицинской и органической химии, в течение 36 лет возглавлял созданную им на
кафедре медицинской химии лабораторию, работал каждый день с 10ч. утра до 5ч.
вечера, с перерывом с мая по конец августа (дача), опубликовал 7 печатных работ,
в лаборатории было сделано 9 публикаций его учеников, которые были удостоены
звания доктора медицины (в том числе В.С.Гулевич за работу "О холине и
нейрине". Материалы к химическому исследованию мозга" (1896).
Лаборатория его получала 1000 рублей в год и они предназначались на практические работы студентов.
Оборудование лабораторий состояло из 2-х термометров, 18 стеклянных воронок, 5 водяных бань и 30
стеклянных колб и реторт. Главные исследования касались изучения желчных кислот (химический состав
желчи). Булыгинскому доставляло удовольствие удовлетворение своего собственного любопытства и он не
испытывал потребности поделиться научными результатами с научным миром. Наиболее интересными
результатами он делился со своими научными сотрудниками и упоминал их в своих лекциях.
Научная деятельность Булыгинского А.Д. была направлена на решение основной задачи химии в
медицине, сформулированной им в Актовой речи в 1887 году:
«После всех анатомических исследований организма необходимо исследовать те вещества,
из которых образуется организм и исследовать те изменения, которым подвергаются эти
вещества во время нормальной жизни организма и в течение различных болезней»
ЗБАРСКИЙ Борис Ильич (1885-1954)
1934-1952 (18 лет)
1911 г. – окончил химический ф-т Женевского университета, а в 1912 г. –
естественное
отделение
физико-математического
ф-та
С.-Петербургского
университета. До революции занимался научно-производственной деятельностью и
работал управляющим заводов Саввы Морозова во Всеволодо – Вильве, где, в
частности, попытался организовать производство хлороформа по полученному им
патенту. До этого хлороформ покупали в Англии за золото.
После 1917 года занимался, в основном, вопросами организации науки. Вместе с
Бахом А.Н. основал химический институт им. Карпова Л.Я. (1918) и Биохимический
ин-т Наркомздрава РСФСР (1920).
Герой Соц. Труда
В 1930 году возглавил Институт питания и кафедру биохимии 2го медицинского
института.
1934 – зав. лабораторией биохимии Всесоюзного ин-та экспериментальной медицины (г.Ленинград).
1934-1952 – зав. кафедрой биологической химии 1 Московского Медицинского Ин-та.
В 1945-1952 гг. – руководитель лаборатории биохимии рака АМН СССР.
Совместно с Воробьевым В.П. бальзамировал в 1924 году тело Ленина В.И., а в 1949 – тело Димитрова.
В период 1941-1944 гг. отвечал за сохранность тела Ленина в г.Тюмени (объект Збарского). Пытался в г.Тюмени
открыть сибирский филиал Мавзолея, чтобы сибиряки и жители Урала тоже могли увидеть тело вождя, но из
Москвы пришло строгое указание забыть об этой «сибирской инициативе», как о недопустимом вольнодумстве. Факт
вывоза тела Ленина В.И. В г.Тюмень был государственной тайной.
В 1950 году Збарский Б.И. Был арестован. В вину ему ставилась брошюра «Мавзолей Ленина», в которой он не
отразил роль Сталина в дни Октябрьской революции и привел факты, порочащие партию.
Збарский Б.И. – автор и руководитель приоритетных научных исследований, посвященных проблемам
обмена и биологических функций белков, биохимии питания и опухолевого роста, внес значительный вклад
в разработку проблемы бальзамирования. Обнаружил специфические белки, характерные для опухолевой
ткани.
Избран академиком АМН СССР (1944), присуждена Государственная премия (1944).
МАРДАШЕВ Сергей Руфович (1906-1974)
1952-1972 (20 ЛЕТ)
Герой Соц. Труда
1964
1930 – окончил 2ой Ленинградский медицинский ин-т.
1930-1939 – работа в Ин-те экспериментальной медицины.
1935 – работает в физико-химических лабораториях Германии, Австрии, США.
1939 – начинает работать в научно-исследоват. лаборатории при Мавзолее
В.И.Ленина.
1952-1962 – директор научно-исследовательской лаборатории при Мавзолее.
1952-1973– заведующий кафедрой биохимии 1 Московского Медицинского Ин-та.
Научную и педагогическую работу на кафедре вели: С.С.Дебов, А.А.Покровский,
Т.Т.Березов, Л.М-Броуде, Р.Н.Этингоф, С.С.Дебов, Н.Н.Лестровая, А.Н.Николаев. Был
переиздан учебник, трижды переработаны программы по биологической химии, было
защищено более 30 докторских и кандидатских диссертаций.
В очерках по истории I Московского медицинского института им.И.М.Сеченова сказано: кафедра
биологической химии, возглавляемая С.Р.Мардашевым, размещается в прекрасно оборудованном здании на
Садово-Кудринской улице, имеет современные приборы и установки, библиотека насчитывает 7500 экземпляров
книг и журналов.
В 1948 опубликовал монографию «Энзимология опухолей»: «Не подлежит никакому сомнению, что
энзиматический аппарат опухолевой и нормальной ткани различен».
Мардашев С.Р. – основоположник раздела биохимии, занимающегося изучением особенностей
ферментативных процессов в злокачественных опухолях. Автор приоритетных научных исследований,
посвященных изучению азотистого обмена у животных и микроорганизмов, а также проблемам
энзимологии.
Избран академиком АМН СССР (1957), присуждена Государственная премия (1948).
ДИРЕКТОРА ВЕДУЩИХ БИОХИМИЧЕСКИХ ИН-ТОВ:
АРЧАКОВ Александр Иванович
1962 – окончил лечебный факультет 2 Московского медицинского Ин-та,
1965-1979 – работает на кафедре биохимии МБФ Ин-та,
1979 – по настоящее время – заведующий кафедрой биохимии медико-биологич. ф-та РГМУ,
1989 – по настоящее время – директор Ин-та биомедицинской химии.
Иссл-ние системы Р-450, создатель «компьютерной» биохимии и протеомных технологий.
Избран академиком АМН СССР (1991), присуждена Государственная премия.
СКУЛАЧЕВ Владимир Петрович
1957 – окончил биолого-почвенный ф-т МГУ, 1960-1965 – работает на кафедре биохимии,
1965 – зав. отделом биоэнергетики межфакультетской лаборатории молекулярной биологии и
биоорганической химии, с 1973 – директор этой лаборатории,
1990 – избран академиком АН СССР,
1991- по настоящее время – директор НИИ ФХБ им.Белозерского,
2002 – декан ф-та биоинженерии и биоинформатики,
Исследование проблем биоэнергетики и молекулярных основ старения.
Избран академиком АН СССР (1990), Лауреат Государственной премии (1975)
ПОПОВ Владимир Олегович
1975 – окончил химический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова,
1977-1981 – научный сотрудник кафедры химической энзимологии химического ф-та МГУ,
1981-1987 – ст. научный сотрудник Ин-та биохимии им.А.Н.Баха РАН,
С 2001 - по настоящее время - директор Институт биохимии им.А.Н.Баха.
В.О.Попов – специалист в области биотехнологии и инженерной энзимологии. Его
научные исследования связаны с изучением структуры и механизма действия фермента
для решения прикладных задач.
ДЕКАН Ф-ТА ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ МЕДИЦИНЫ МГУ
ТКАЧУК Всеволод Арсеньевич
1970 – окончил биофак МГУ,
1970-1982 – сотрудник кафедры биохимии биофака МГУ,
1982 – по настоящее время – руководитель лаборатории молекулярной
эндокринологии
1987 – по настоящее время - зав. отделом биохимии Ин-та экспериментальной
кардиологии российского кардиологического научно-производственного
комплекса МЗ РФ
1992 – по настоящее время – зав. кафедрой биологической и медицинской
химии факультета фундаментальной медицины,
2000 – декан факультета фундаментальной медицины МГУ,
Изучение циклазной системы, процессов рецепции гормонов, изучение молекулярных основ
функционирования кровеносных сосудов, исследование процессов ангиогенеза на молекулярном
уровне, изучение функций стволовых клеток.
Избран академиком РАМН (2000), академиком РАН (2007).
КАФЕДРА БИОХИМИИ РУДН
БЕРЕЗОВ Темирболат Темболатович (1923 - 2013)
1949 – окончил Северо-Осетинский Государственный медицинский ин-т,
1950-1953 – аспирант Ин-та биологической и медицинской химии АМН СССР,
1953-1962 – кафедра биохимии 1 Московского медицинского Ин-та,
1962-1996 – зав. кафедрой биохимии медицинского ф-та Университета
Дружбы народов (заведовал в течение 34 лет).
Комплекс исследований по выяснению молекулярных основ злокачественного роста, в частности,
с особенностями обмена аминокислот и полиаминов в злокачественных опухолях человека и
животных. Им обоснована гипотеза о существовании обратной зависимости между скоростью
роста клеток опухоли и активностью ключевых ферментов, участвующих в распаде факторов
роста.
Березов Т.Т. Сформулировал принципы создания противоопухолевых лекарственных средств
бактериальной природы и разработал технологии получения трех бактериальных ферментов –
метионин-лиазы, аспарагиназы и лизин-оксидазы.
Избран академиком АМН СССР (1984), Лауреат премии Правительства РФ.
• В 2014 г. научные исследования коллектива кафедры биохимии
объединены в единую программу и развиваются по четырем
направлениям.
• Первое направление имеет целью разработку и создание
противоопухолевого препарата на основе фермента лизин-альфаоксидазы и проведение его дoклинических испытаний (проф. Лукашева
Е.В.).
• Второе направление связано с исследованием молекулярных механизмов
регуляции обмена полиаминов в тканях с высокой скоростью
пролиферации, изучение влияния ряда структурных аналогов полиаминов и
химических соединений органического синтеза на активность ключевых
ферментов метаболизма полиаминов в ткани опухоли и отбор
препаратов, наделенных с высокой вероятностью антипролиферативной
активностью (проф. Сяткин С.П.).
• Третье направление включает исследование молекулярных основ
формирования множественной лекарственной резистентности
опухолевых клеток и изучение механизмов редокс-зависимой
регуляции опухолевого роста (проф. Калинина Е.В.).
• Четвертым направлением является исследование роли фактора роста
эндотелия сосудов в молекулярных механизмах развития раковой
опухоли молочной железы и разработка как диагностических, так и
эффективных средств профилактики и лечения этой патологии (доцент
Кузнецова О.М.).
Новое направление энзимологии –
медицинская энзимология
• Достижения энзимологии находят большое
применение в медицине, в частности в
профилактике, диагностике и
лечении болезней.
• Успешно развивается новое направление
энзимологии – медицинская
энзимология, которая имеет свои цели и
задачи, специфические методологические
подходы и методы исследования.
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МЕДИЦИНСКОЙ
ЭНЗИМОЛОГИИ
• Энзимопатология – изучение молекулярных основ развития
патологического процесса, обусловленного нарушением
активности ферментов
• Энзимодиагностика – диагностика заболеваний путем
определения активности ферментов и путем использования
ферментов для определения основных компонентов
метаболизма в крови и моче
• Энзимотерапия – применение ферментов в качестве
лекарственных препаратов
• Инженерная энзимология – использование ферментов для
получения лекарственных препаратов (в качестве технических
и фармацевтических средств)
Энзимопатология
• Область исследований энзимопатологии
является теоретической, фундаментальной
частью патологии. В её основе лежит изучение
молекулярных основ развития
патологических процессов, проводящих к
энзимопатии.
Энзимопатии – заболевания, связанные
с наследственной недостаточностью или
полным отсутствием синтеза фермента
или
Энзимопатия - патологическое состояние,
обусловленное отсутствием, недостатком
или нарушением структуры клеточных
ферментов
Классификация энзимопатий:
По классификации академика РАМН Покровского:
• наследственные (генетически детерминированы –
серповидно-клеточная анемия, фенилкетонурия, альбинизм);
• алиментарные (связаны с пищевыми факторами: дефицит
белка, микроэлементов, гипо- и авитаминозы и др.);
• токсические (связаны с ингибированием ферментов
пестицидами, гербицидами, лекарствами, поллютантами
окружающей среды).
В настоящее время:
• первичные (наследственные)
• вторичные (приобретенные: алиментарные и токсические)
Первичные энзимопатии
• Первичные энзимопатии связаны с генетически
обусловленной недостаточностью одного или нескольких
ферментов. При этом дефектные гены наследуются, в
основном, по аутосомно-рецессивному типу.
Гетерозиготы, как правило, не имеют фенотипических
отклонений. Первичные энзимопатии относят к
метаболическим болезням, так как происходят
нарушения определенных метаболических путей.
• Развитие заболевания может протекать по одному
из трех вариантов:
а)нарушение образования конечных продуктов,
б)накопление субстратов – предшественников,
в)нарушение образования конечных продуктов и
накопление субстратов- предшественников
Нарушение образования конечных продуктов
• Недостаток конечного продукта метаболического
пути (Р) (при отсутствии альтернативных путей синтеза)
может приводить к развитию клинических симптомов,
характерных для данного заболевания:
• Например:
При альбинизме нарушен синтез в меланоцитах
пигментов – меланинов. Проявление альбинизма связано с
недостаточностью фермента тирозингидроксилазы
(тирозиназы) - одного из ферментов, катализирующих
метаболический путь образования меланинов
Накопление субстратов-предшественников
• При недостаточности фермента Е3 будут накапливаться
вещество С, а также во многих случаях и предшествующие
соединения. Увеличение субстратов-предшественников
дефектного фермента - ведущее звено развития многих
заболеваний:
• Например:
При заболевании алкаптонурия нарушено окисление
гомогентизиновой кислоты (промежуточный метаболит
катаболизма тирозина). У больных наблюдают
недостаточность фермента окисления гомогентизиновой
кислоты - диоксигеназы гомогентизиновой кислоты. В
результате увеличиваются концентрация гомогентизиновой
кислоты и выведение её с мочой, имеющей черный цвет.
Нарушение образования конечных продуктов
и накопление субстратов предшественников
• Одновременно недостаток продукта и накопление
исходного субстрата вызывают клинические проявления.
• Например:
При болезни Гирке (гликогеноз I типа) наблюдают
снижение концентрации глюкозы в крови (гипогликемия) в
перерывах между приёмами пищи. Это связано с
нарушением распада гликогена в печени и выходом из неё
глюкозы вследствие дефекта фермента глюкозо-6фосфатфосфатазы. Одновременно увеличиваются
размеры печени (гепатомегалия) вследствие накопления в
ней неиспользуемого гликогена.
Вторичные энзимопатии
• Вторичные энзимопатии являются следствием
патологических процессов, сопровождающихся
нарушением активности ферментов. Наблюдаются
при многих заболеваниях.
• Например, причиной развития вторичной
лактазной недостаточности могут являться:
кишечные инфекции вирусной и бактериальной
этиологии, паразитарные заболевания (лямблиоз и
др.), синдром короткой кишки (пострезекционный),
токсическое и лекарственное поражения
кишечника (на фоне лучевой и химиотерапии,
антибиотикотерапии).
• Одним из вариантов вторичных энзимопатий
являются алиментарные энзимопатии –
патологические состояния, обусловленные стойкими
нарушениями активности ферментов в связи с
характером питания. Одним из вариантов вторичных
энзимопатий являются дефицитом белка в питании
(например, при квашиоркоре), нарушением
биосинтеза коферментов при витаминной
недостаточности, угнетением синтеза
металлоферментов при низком содержании в рационе
соответствующих минеральных веществ. Кроме того, они
могут возникать при несбалансированном питании в
целом.
Энзимодиагностика
Энзимодиагностика заключается в постановке
диагноза заболевания (или синдрома) на основе
определения активности ферментов в
биологических жидкостях человека.
Энзимодиагностика - развивается по двум путям:
- количественное определение активности
ферментов в биологических жидкостях при
патологии.
- использование ферментов для количественного
определения нормальных или аномальных
химических веществ в сыворотке крови, моче,
желудочном соке и др. (например, выявление при
помощи ферментов глюкозы, белка или других
веществ в моче, в норме не обнаруживаемых).
Задачи энзимодиагностики
1. Ранняя диагностика (увеличение АЛТ и АСТ
при гепатите гораздо раньше, чем
появление желтухи)
2. Дифференциальная диагностика
(стенокардия и ИМ)
3. Оценка динамики заболевания
4. Оценка эффективности лечения
5. Оценка эффективности выздоровления
6. Оценка прогноза заболевания
Принципы энзимодиагностики основаны на следующих
позициях:
• при повреждении клеток в крови или других биологических
жидкостях (например, в моче) увеличивается концентрация
внутриклеточных ферментов повреждённых клеток;
• количество высвобождаемого фермента достаточно для его
обнаружения;
• активность ферментов в биологических жидкостях,
обнаруживаемых при повреждении клеток, стабильна в
течение достаточно длительного времени;
• ряд ферментов имеет преимущественную или абсолютную
локализацию в определённых органах (органоспецифичность);
• существуют различия во внутриклеточной локализации ряда
ферментов.
• Многие ферменты используются для определения
основных компонентов (субстратов,
метаболитов и продуктов) метаболизма в
крови и моче.
Например:
• уреазу применяют для количественного
определения мочевины
• глюкозооксидазу — для определения глюкозы
• холинэстеразу используют для определения
остаточных количеств фосфорорганических
соединений
Некоторые ферменты, используемые
для диагностики заболеваний
• Амилаза Заболевания поджелудочной
железы
• Кислая фосфатаза Рак простаты
• Щелочная фосфатаза Болезни костной
•
•
•
•
•
ткани, болезни печени
АЛТ Гепатиты
АСТ Инфаркт миокарда, Гепатиты, болезни
мышц
Холинэстераза Отравление
фосфорорганическими инсектицидами, болезни
печени
КФК Инфаркт миокарда, болезни мышц
ЛДГ Инфаркт миокарда, гемолиз, Гепатиты
Энзимотерапия
Энзимотерапия активно развивается в
следующих направлениях:
• заместительная терапия - использование
ферментов в случае их недостаточности;
• комплексная терапия - применение
ферментов в сочетании с другой терапией.
• Заместительная энзимотерапия эффективна
при желудочно-кишечных заболеваниях,
связанных с недостаточностью секреции
пищеварительных ферментов. Например,
пепсин используют при ахилии, гипо- и
анацидных гастритах. Дефицит панкреатических
ферментов также в значительной степени может
быть компенсирован приёмом внутрь препаратов,
содержащих основные ферменты поджелудочной
железы (фестал, энзистал, мезим-форте и др.).
• В качестве дополнительных терапевтических
средств ферменты используют при ряде
заболеваний. Протеолитические ферменты
(трипсин, химотрипсин) применяют при местном
воздействии для обработки гнойных ран с целью
расщепления белков погибших клеток, для удаления
вязких секретов при воспалительных заболеваниях
дыхательных путей. Ферментные препараты
рибонуклеазу и дезоксирибонуклеазу используют в
качестве противовирусных препаратов при лечении
аденовирусных конъюнктивитов, герпетических
кератитов.
Инженерная
энзимология
• Инженерная энзимология – одно из
направлений промышленной биотехнологии,
которая разрабатывает методы создания
высокоэффективных ферментов для
промышленного использования.
• Создание иммобилизованных (неподвижно
закрепленных на синтетических полимерах,
полисахаридах и других носителях-матрицах)
энзимов явилось значительным шагом в развитии
современной биотехнологии.
• Иммобилизация ферментов повышает их
устойчивость к нагреванию, изменению реакции
среды, увеличивает срок их действия, облегчает
отделение их от продуктов реакции, дает
возможность использовать многократно.
Иммобилизация позволяет осуществлять
непрерывные каталитические процессы, что важно в
ряде пищевых и фармакологических производств.
• Данный метод, например, применяют для
получения антибиотиков, например на основе
иммобилизованного фермента –
пенициллинамидазы, что позволяет снижать
расход сырья и себестоимость продукта, увеличивать
объем производства.
• Иммобилизованные ферменты используются в
химической промышленности при
получении тканей, кожи, бумаги, в
фармацевтической промышленности - при
производстве сахара для диабетиков, некоторых
гормональных препаратов, в пищевой
промышленности - для получения люкознофруктозного сиропа, глюкозы из крахмала,
улучшения качества молока и ряде других
производств. В медицине иммобилизованные
ферменты перспективны в борьбе с опухолями,
тромбами.
•
•
•
•
•
•
•
•
КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН
учебных занятий по медицинской энзимологии
Медицинская энзимология. Цели и задачи. 9.09
Энзимология опухолей 23.09
Использование ферментов в медицине 07.10
Протеомика и медицинская энзимология. 21.10
Мультиплексные системы в исследованиях
белков; диагностические возможности. 18.11
Обмен полиаминов как терапевтическая мишень.
02.12
Редокс-зависимая регуляция механизмов гибели
опухолевых клеток. 16.12
Компьютерное тестирование по курсу. Зачет.
23.12
ЛИТЕРАТУРА
• Биохимия. Под ред. Е.С. Северина. М.: Гэотар-мед, 2009
• Попова Т.Н., Рахманова Т.И., Попов С.С. Медицинская
энзимология, Воронеж: ВГУ, 2008.
• Введение в прикладную энзимологию, под ред. И. В. Березина и
К. Мартинека, М., 1982.
• Вилкинсон Д. Принципы и методы диагностической
энзимологии, М., 1981.
• Диксон М., Уэбб Э. Ферменты, М., 1982.
• Кретович В.Л. Введение в энзимологию, М., 1974.
• Мосс Д. У., Баттерворт П. Дж. Энзимология и медицина, М., 1978;
• Номенклатура ферментов, пер. с англ., под ред. А. Е.
Браунштейна, М., 1979.
• Розенгарт В. И. Ферменты — двигатели жизни, Л., 1983.