 |
БИОГРАФИИ РУССКИХ УЧЁНЫХ
|
|
|
Алексей Николаевич Бах |
|
|
|
Смотрите также:
Биогеронтология – старение и долголетие
Биология продолжительности жизни
Палеопатология – болезни древних людей
|
1857 - 1946
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.
Алексей Николаевич Бах родился в небольшом украинском городке Золотоноше Полтавской губернии 29 марта 1857 г.
Еще гимназистом в Киеве он был связан с революционным подпольем, с которым поддерживал тесную связь и после поступления в 1875 г. в Киевский университет. В связи с так называемыми университетскими «беспорядками» он был административно выслан в 1878 г. в Белозерск, где пробыл три года. По возвращении в Киев он вступил в организацию Народной Воли и, вынужденный вскоре перейти на нелегальное положение, продолжал революционную работу в ряде городов царской России. В то время им была написана популярная книжка, посвященная изложению экономического учения Карла Маркса. Книжка эта, напечатанная в подпольной типографии под названием «Царь Голод», получила широкое распространение. После разгрома народовольческой организации А. Н. Бах в 1885 г. эмигрировал за границу и в Париже, в лаборатории профессора Шютценбергера в Коллеж де Франс, вновь вернулся к научной работе. Позднее, в 1894 г., А. Н. Бах переехал в Швейцарию, где в окрестностях Женевы оборудовал под химическую лабораторию одну из комнат занимаемой им квартиры.
В апреле 1917 г., вскоре после того как в России было свергнуто самодержавие, А. Н. Бах покинул свою тихую лабораторию на берегу Женевского озера и вернулся на родину. Ему было тогда уже 60 лет, но, несмотря на это, он с юношеской энергией начал новый период своей необычайно плодотворной жизни, советский период, который длился почти 30 лет.
Две великие идеи всегда освещали жизненный путь А. Н. Баха — борьба за лучшее будущее человечества и служение науке. Но до установления советской власти эти две стороны деятельности ученого и революционера были несовместимы. «Двенадцать лет я пробыл в подполье,— писал в своих воспоминаниях А. Н. Бах,— и, когда я проходил мимо чужой лаборатории и видел пробирки с химическими реактивами, я невольно волновался. Как хотелось мне в эти минуты работать на пользу науки. Когда я был в подполье, я тосковал по научной работе, а когда сидел в лаборатории, я грустил об активной политической работе.
И только Октябрьская революция разрешила мои противоречия, только при Советской власти я смог вдохновляться в своей научной работе, ибо получил возможность посвятить ее социалистическому строительству.»
Гармоническое сочетание научной и общественной деятельности, постоянное стремление не только двигать вперед науку, но и возможно быстрее использовать результаты научных достижений на благо социалистического строительства являются характерной особенностью советского периода творчества А. Н. Баха.
В конце 20-х — в начале 30-х годов А. Н. Бах принимал активное участие в объединении лучших передовых представителей интеллигенции нашей страны в общество содействия социалистическому строительству. С 1934 г., когда было создано Всесоюзное химическое общество имени Д. И. Менделеева, А. Н. Бах был бессменным президентом этого общества.
В знаменательные годы первых пятилеток Алексей Николаевич живо откликался на важнейшие международные и внутриполитические события. Он ставил перед советской общественностью ряд актуальных вопросов, направленных на дальнейший расцвет науки, на единение науки и социалистической практики. Особенно большое место в публицистических выступлениях уделял А. Н. Бах вопросам химизации народного хозяйства страны, планированию советской науки, внедрению научных достижений в производство, подготовке высококвалифицированных научных кадров.
В 1927 г. А. Н. Бах избирается членом ЦИК СССР, а в 1937 г. депутатом Верховного Совета СССР первого созыва и в качестве старейшего депутата открывает первую его сессию.
Огромная общественно-политическая деятельность А. Н. Баха, органически сочетавшаяся с глубокими научными исследованиями, была высоко оценена советским народом. А. Н. Бах награжден четырьмя орденами Ленина и орденом Трудового Красного Знамени. В 1945 г. А. Н. Баху было присвоено звание Героя Социалистического Труда. Жизнь замечательного ученого и выдающегося общественного деятеля А. Н. Баха оборвалась 13 мая 1946 г.
Научный энтузиазм Алексея Николаевича заражал окружающих и привлекал к нему сердца исследователей. Очень скоро после его возвращения на родину около маститого ученого образовалась группа учеников — молодых последователей, с увлечением работавших над развитием его идей и их приложением в практике социалистического строительства.
В Советском Союзе А. Н. Бах уже не ученый-одиночка, ведущий исследования в своей частной лаборатории; здесь он получает все возможности для организации ряда крупнейших, известных всему миру научных учреждений: Биохимического института Наркомздрава, Фи- зико-химического института имени Л. Я. Карпова, Института биохимии Академии наук СССР, которому позже было присвоено его имя, и других. Уже одно перечисление этих учреждений показывает, как широка и разностороння была научная деятельность А. Н. Баха. Многие области физической и органической химии обязаны своим расцветом работам А. Н. Баха и его учеников. Но особенно много труда вложил А. Н. Бах в создание и развитие в Советском Союзе биохимии. Эта область знания была его любимейшим детищем, и ей он посвятил большинство своих многочисленных экспериментальных работ.
Мировоззрение А. Н. Баха развивалось сложным путем. Примыкая в молодости, как мы указывали, к народовольческому движению, он пришел затем к защите идей марксизма. Глубоко овладев в условиях советского строя марксистско-ленинским учением, А. Н. Бах видел в мировоззрении коммунистической партии единственно верную научную основу, способную обеспечить успех в творческой деятельности ученого на благо великого дела1 строительства социализма, и активно пропагандировал эту идею.
Стремясь разработать диалектико-материалистическую трактовку химических процессов жизни, А. Н. Бах глубоко ценил материалистическую традицию русской химической науки. Он воспитывал советских химиков в духе правильного понимания плодотворной роли преемственности в науке. А. Н. Бах призывал химиков овладевать научным наследством славной плеяды русских ученых — трудами Бутлерова, Воскресенского, Марковникова, Меншуткина, Курнакова, Фаворского, Зелинского и других своих предшественников и современников.
Во вступительном слове на торжественном заседании Всесоюзного химического общества и Отделения химических наук Академии наук СССР, посвященном 75-летию периодического закона Д. И. Менделеева и 75-летию Русского химического общества, А. Н. Бах провозглашал славу «гению и гордости мировой и русской науки — Дмитрию Ивановичу Менделееву». Характеризуя естественнонаучное и философское значение открытого Д. И. Менделеевым периодического закона, А. Н. Бах указывал, что «периодический закон открыл новую эпоху творческих исканий и достижений, и не только в химии, но и во всем естествознании, оказав большое влияние также на материглистические обобщения в различных областях естественных наук и философии».
Правильный философский анализ истории химии, глубокое понимание творческого воздействия принципов материализма на развитие науки, мысли А. Н. Баха по вопросу о неразрывной связи философского материализма с передовым естествознанием, как и выдающийся вклад, внесенный самим А. Н. Бахом в науку, ярко свидетельствуют о глубоком овладении и умелом применении им марксистской диалектики.
Идея единства теории и практики неизменно отстаивалась А. Н. Бахом и осуществлялась во всей его деятельности. Он являлся непримиримым противником представлений о «чистой» науке, считая, что отрыв науки от практики губителен для развития знаний и превращает науку в знахарство, «...так называемая „чистая" наука,— указывал А. Н. Бах,— не имеющая прямого отношения к практике, которая пренебрегает подведением научной основы под производственные процессы, превращается в знахарство и осуждена топтаться на одном месте.»
Алексей Николаевич Бах создал советскую школу биохимиков, занимающую почетное место в науке о жизни. Для того чтобы понять особенности этой школы, надо обратиться не только к предшествующему, досоветскому периоду научной деятельности А. Н. Баха, но и к более отдаленным временам в истории развития биохимии. В биохимии постоянно переплетались и взаимно дополняли друг друга два основных направления: статическое — учение о веществах, составляющих живую материю, и динамическое — учение о совершающихся в ней процессах.
Больших успехов динамическое направление в биохимии достигло уже к началу XIX в., когда был заложен фундамент современной биохимии и были установлены два наиважнейших биохимических процесса— ассимиляция и дыхание — начало и конец тех превращений, которым подвергается органическое вещество в организмах животных и растений. Естественно, что на этой основе возникло стремление глубже проникнуть в сущность совершающихся в организмах явлений, стремление познать детали тех превращений вещества, которые лежат в основе жизни. Эти стремления сильно тормозились, однако, в то время еще очень ограниченным знанием свойств самих изменяющихся в процессе жизни веществ. Не было еще сколько-нибудь отчетливого представления об их строении, а поэтому и суждения об их превращении в организмах были весьма поверхностными, а нередко даже и ошибочными.
Метод анализа органических соединений при помощи их сжигания широко распахнул двери для изучения строения веществ.
Это создало предпосылки для мощного развития статического направления биохимии, которое на время заслонило собой, отодвинуло на второй план изучение биохимического процесса.
Каждый год приносил открытие большого числа все новых и новых углеродистых соединений. Усовершенствование метода анализа этих соединений создало возможность количественно определять их элементарный состав, а в дальнейшем с развитием общих химических представлений удалось установить и строение их молекул.
К началу второй половины XIX в., когда химикам удалось глубже заглянуть в строение молекул органических веществ, создались предпосылки для их планомерного синтеза. Работами корифеев органической химии, в особенности работами Зинина, Бутлерова и других, были получены многочисленные органические соединения, входящие в состав живой материи. Этими синтезами было доказано, что образование органических веществ не требует для своего осуществления каких-то сверхматериальных сил, как это думали раньше. А вместе с тем на основе этих синтезов изучение отдельных компонентов живой материи достигло решающих успехов.
Таким образом, в конце прошлого века статическое направление в биохимии приобрело господствующее положение. Блестящие достижения химии естественных органических соединений, имеющих громадное самодовлеющее значение, на время заслонили собой, как уже отмечалось нами, биологическую сторону вопроса — познание химических основ жизненного процесса. На почве увлечения успехами органической химии сложилось господствовавшее тогда мнение, что путем изучения отдельных соединений, входящих в состав живых существ, можно познать и самую жизнь. Считали, что если бы нам когда-либо удалось разложить живую клетку на все ее отдельные химические компоненты и с точностью установить все свойства изолированных таким образом индивидуальных химических веществ, то мы познали бы жизнь во всех ее проявлениях.
Однако такого рода представление, рассматривающее жизнь только как сумму отдельных компонентов живой материи, безусловно сильно искажает суть дела. Попытки пойти по этому пути вскоре привели к горьким разочарованиям. Оказалось, что отдельные органические вещества, изолированные в чистом виде из живой материи, ведут себя в колбах и пробирках химика совсем иначе, чем в живой клетке. Они хотя и могут здесь реагировать в разнообразных направлениях, хотя и обладают колоссальными химическими потенциями, но вне организма используют эти потенции крайне медленно, с исключительно малой скоростью. Если бы химические процессы совершались с такой же скоростью и внутри живых существ, они не могли бы послужить основой для бурно протекающего явления жизни. Да и самый характер химических превращений, лежащих в основе обмена веществ, их направление представляются совсем иными, чем это можно наблюдать in vitro.
На почве этих противоречий, созданных упрощенным механистическим взглядом на жизнь, как на сумму свойств органических веществ, вновь поднял свою голову витализм. Почему органические вещества ведут себя в организмах иначе, чем вне их? У виталистов был на это готовый ответ: потому что внутри живых существ господствует особая «жизненная сила», которая не подчиняется физическим законам и не может быть познана на материалистических основах. Поэтому химия бессильна приблизить нас к познанию жизни.
В обстановке этих горячих споров между механистами и виталистами начал свою исследовательскую работу А. Н. Бах. Он сразу безоговорочно встал на путь материалистического познания жизни. Он видел, что своеобразие живого мира в химическом отношении заключается не только в особенности его химического состава. В значительно большей степени оно проявляется в тех бесконечно разнообразных химических превращениях, которые беспрерывно совершаются в живых организмах. Как выдающийся ученый-мыслитель А. Н. Бах предвидел, что прогресс науки лежит на пути изучения биохимических процессов, и в течение всей своей жизни он не сходил с этого пути, всегда оставаясь убежденным и воинствующим представителем динамического направления в биохимии.
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. Таким образом, он полностью воспринял те великие традиции динамического изучения живой природы, которые были завещаны XVIII в., но воспринял их уже на новом, более высоком уровне знания. С одной стороны, данные органической химии, а с другой — учение о катализе, химической кинетике, сопряженных реакциях и т. д. позволили ему более глубоко разобраться в явлениях, происходящих в организмах и служащих основой жизненного процесса.
Сахар и кислород, углекислота и вода — это только начальные и конечные звенья длинных цепей химических превращений, лежащих в основе ассимиляции и дыхания. Для того чтобы, идя химическим путем, приблизиться к познанию жизни, надо распутать сложный клубок превращений, совершающихся в ходе обмена веществ, надо понять химический механизм этих превращений.
Существовавшие в то время теории ассимиляции не удовлетворяли А. Н. Баха. Начиная с 1885 г. он стремится путем ряда систематических исследований познать этот процесс на новых основаниях. Он рассматривает ассимиляцию углекислоты не как результат ее раскисления путем отщепления молекулы кислорода, а как сопряженный окислительно-восстановительный процесс, происходящий за счет элементов воды. Образование восстановленных продуктов связано с образованием перекисей, в частности перекиси водорода. По мысли А. Н. Баха, именно перекиси являются теми соединениями, в результате вторичного разложения которых образуется молекулярный кислород. Таким образом возникающий в процессе ассимиляции кислород — это кислород воды, а не углекислоты,— мысль, которая только недавно нашла свое полное экспериментальное подтверждение в работах советских исследователей, осуществленных изотопным методом.
Не удовлетворяла А. Н. Баха и прямая аналогия между дыханием и горением. Эта аналогия не затрагивает внутреннего, интимного механизма дыхания. Ведь горение может осуществляться только при таких высоких температурах, которые полностью исключают возможность жизни. При температурах же, равных температуре тела, углеводы и белки вне организма не подвергаются окислению кислородом воздуха. Напротив, в живой клетке эти дыхательные материалы быстро окисляются до своих конечных продуктов. С нашей современной точки зрения это вполне понятно. Окисление молекулярным кислородом является реакцией, требующей громадной энергии активации, преодоления громадного энергетического порога. Значительно повышая температуру, мы увеличиваем общую кинетическую энергию молекул и тем самым создаем условия для преодоления этого порога. Низкие температуры принципиально исключают этот путь. Здесь осуществление процесса окисления может идти лишь обходной дорогой промежуточных реакций, дорогой, основанной на снижении энергии активации. Поэтому и невозможно понять механизм дыхания, исходя только из аналогии с горением. Путь к познанию дыхания лежит, по мнению А. Н. Баха, в изучении так называемого медленного горения, или самопроизвольного окисления.
Представления о механизме этого окисления были разработаны А. Н. Бахом еще 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. Поэтому при обычных температурных условиях молекулярным кислородом могут окисляться лишь химически ненасыщенные аутоксидабельные вещества, тогда как насыщенные остаются без изменения. 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. Последующие достижения физической химии убедительно показали, что перекисный механизм первых этапов окисления лежит в основе ряда разнообразных реакций: окисления неорганических соединений, окисления углеводородов, спиртов, альдегидов, ароматических веществ и т. д. Он лежит в основе теории холодного пламени, явления детонации и используется в ряде других областей теоретической и прикладной химии. Но сам 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.
Ферменты, или, как их позднее стали называть, энзимы, были открыты еще в первой половине прошлого века. Как мы теперь знаем, в любой живой клетке присутствует целый набор разнообразных ферментов, каждый из которых действует как специфический катализатор, во многие миллионы раз ускоряя ту или иную протекающую в протоплазме индивидуальную реакцию. Именно действием этих катализаторов в значительной степени и разрешается то противоречие, на которое мы указывали выше. В их отсутствие выделенные из живой клетки органические вещества претерпевают химические изменения лишь с очень малой скоростью, тогда как в протоплазме благодаря действию ферментов эти превращения происходят в весьма бурных темпах. Таким образом, ферменты можно назвать двигателями биохимических процессов. Без ферментов нет жизни. Мы можем выделить из растительных или животных тканей отдельные ферменты в виде более или менее очищенных препаратов, а сейчас даже в виде индивидуальных белковых веществ, которые полностью сохраняют свое каталитическое действие и вне живой клетки. При их помощи мы можем в колбе или пробирке химика воспроизвести в изолированном виде отдельные специфические реакции, которые свойственны живой материи. Это позволяет нам изучать эти реакции во всех их деталях, устанавливать не только их химическое уравнение, но и кинетику, зависимость их скорости от температуры, кислотности, количества ферментов и т. д.
Таким образом, изучая ферменты, биохимик получил в свое распоряжение метод, позволяющий ему распутать сложный клубок превращений вещества внутри живой клетки, где сплетаются тысячи отдельных индивидуальных реакций. Это был путь для анализа не только веществ, составляющих живую материю, но и тех процессов, которые в ней совершаются. Если раньше биохимические явления воспринимались только суммарно, по их общему внешнему выражению, устанавливались только начальные и конечные звенья обмена веществ, то с развитием учения о ферментах создалась возможность познать все промежуточные этапы этого обмена, установить химизм отдельных жизненных явлений. И одним из первых, кто встал на этот путь, был А. Н. Бах.
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. Ее физиологическая роль до работы А. Н. Баха представлялась совершенно загадочной, так как она окисляет только за счет перекиси водорода, а это соединение считалось несвойственным живой природе.
Однако согласно А. Н. Баху на первых этапах витального окисления всегда должны образовываться перекиси в водной среде, дающие начало перекиси водорода. Как показал А. Н. Бах, судьба этой перекиси водорода в живой протоплазме может складываться по-разному. В присутствии фермента каталазы перекись водорода разлагается на воду и инертный газообразный кислород. Напротив, при действии пераксидазы перекись используется для дальнейшего окисления. Поэтому А. Н. Бах, много работавший как с тем, так и с другим ферментом, рассматривал каталазу и пероксидазу как антагонистов, конкурирующих в живой протоплазме из-за образующейся здесь перекиси водорода.
Когда впервые были открыты оксидазы, на них в биохимии возлагали очень большие надежды. Считали, что одним только наличием этих ферментов можно будет объяснить весь процесс дыхания. Но тщательно произведенные 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, окси- дазы — 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. Эти ферменты и способствуют окислению дыхательного материала. Но одновременно с его окислением обязательно должно идти и восстановление, акцептирование освобождающегося при окислении водорода. Здесь на первый план и выступают окси- дазы. Они при помощи кислорода воздуха окисляют полифенолы, превращая их в хиноподобные вещества, являющиеся прекрасным акцептором водорода. Последние улавливают водород и восстанавливаются им до первоначального состояния, после чего могут быть вновь окислены при помощи оксидаз кислородом воздуха и таким образом снова получить возможность акцептировать и удалить новую порцию водорода. Аппарат, состоящий из окислительных ферментов и окисляемых или полифенолов, играет в дыхании роль акцептора водорода. При наличии таких акцепторов и соответствующих окислительно-восстановительных ферментов оксидоредуктаз дыхательные материалы легко окисляются в живой клетке.
Эта сравнительно простая схема дыхательного процесса могла быть 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.
Метод количественного определения фермента в капле крови позволил А. Н. Баху ежечасно учитывать активность каталазы и протеазы в течение суток. При этом оказалось, что в крови животных и человека эта активность подвергается весьма существенным изменениям в зависимости от времени взятия проб для анализа. Этот установленный А. Н. Бахом суточный ритм ферментативной активности имеет выдающееся общебиологическое значение. Впоследствии он был подтвержден и развит в работах Института биохимии Академии наук СССР на многочисленных растительных объектах.
Много внимания уделял А. Н. Бах той связи, которая существует между активностью ферментов и иммунитетом, этой еще столь загадочной реактивной способности животного организма. 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».
Переходящее от периода покоя к бурной жизнедеятельности прорастающее зерно являлось особенно удобным объектом для таких исследований. В дальнейшем в сферу изучения были включены созревающие и покоящиеся семена. «Мы поставили себе задачей,— писал А. Н. Бах,— проследить количественно движение ферментов в пшеничных зернах, начиная с образования семени, переходя через периоды созревания и покоя и кончая полным его прорастанием. Другими словами, мы пытались составить себе представление о ферментативной истории пшеничного растения с того момента, как оно начинало быть зерном, до того момента, когда оно перестало быть им.»
Таким образом, здесь впервые было прослежено изменение активности ферментов в течение длительного периода развития, большого отрезка жизненного цикла растения. На этой основе был установлен ряд фактов, существование которых раньше трудно было даже предполагать. Оказалось, что ферменты не возникают первично в процессе прорастания семян, как это думали раньше. Они накапливаются еще при созревании, частично поступая в созревающее зерно из материнского растения. В созревающем зерне происходит инактивировэние ферментов, их переход в недеятельное состояние, с тем, чтобы в процессе прорастания они вновь выявили свою мощную каталитическую деятельность.
Впоследствии было показано, что потеря гидролитической активности ферментов в созревающем зерне и в других растительных объектах происходит в результате адсорбции ферментов на клеточных структурах. Это чрезвычайно распространенное в живой природе явление в ряде случаев определяет регулирование ферментативного действия в живой клетке.
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, иной раз коренным образом, 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.
А. Н. Бах никогда не разделял науку на «чистую» и «прикладную». Он часто повторял, что нет никаких прикладных наук, а есть наука и ее применение. С жаром революционера и общественного деятеля А. Н. Бах стремился возможно полнее и возможно скорее использовать все достижения науки на благо социалистического строительства. Еще в 1936 г. он писал: «Должен сказать, что у нас еще есть очень много хороших исследователей, научных работников, которые считают, что нельзя теоретическую науку путать с прикладными науками, что теоретическая наука — это одно, а производство — это другое. Мы категорически возражаем против этого. Мы считаем, что в стране социалистического строительства теоретическая наука должна идти на помощь практике, потому что перед нашей страной стоят еще великие и трудные задачи, и нет никакого сомнения, что в тот или другой момент нам придется бороться с врагами. И поэтому наша обязанность — обязанность теоретической науки — всемерно содействовать развитию практического ее применения».
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. При помоле зерна, томлении и сушке табака, выдавливании сока из винограда, скручивании чайного листа на роллерах и т. д. живые клетки перечисленных объектов механически разрушаются, но заключенные в них ферменты сохраняют свою активность. В результате действия этих ферментов в различного рода производственных смесях в тесте, в ферментирующемся чае и табаке, в пивоваренном сусле, в созревающем виноградном вине и т. д. протекают химические изменения, которые составляют сущность технологического процесса и благодаря которым сырье превращается в готовый продукт, приобретает ценимые потребителем свойства: цвет, аромат, вкус, усвояемость. Раньше все указанные производства строились на эмпирических основах, на многолетнем опыте мастера. Но такого рода положение удовлетворяло производство только до тех пор, пока оно находилось в мелком полукустарном состоянии.
Индустриализация нашей страны в годы первых пятилеток изменила нашу пищевую промышленность до неузнаваемости. Вместо мелких кустарных промыслов возникли крупные механизированные предприятия. Старые навыки, которые получал мастер от своих предшественников, оказались недостаточными. Крупное механизированное производство с его поточной системой и жестким графиком требует точных знаний тех явлений, которые лежат в основе технологического процесса. Только при этих условиях можно сознательно управлять производством и выпускать стандартную высококачественную продукцию.
Советские энзимологи приняли активное участие в работе по созданию новой пищевой промышленности. Углубленные знания ферментативных процессов позволили им расшифровать производственную роль каждого из ферментов, действующих в перерабатываемом сырье. Таким путем они дали в руки технологам практические методы для усиления полезных и ослабления вредных процессов, для контроля производства и для сознательного его регулирования. На этой основе был реконструирован ряд отраслей пищевой промышленности. Мы приведем лишь несколько примеров.
Энзимология
Основные курительные свойства табака приобретаются им в процессе так называемой «ферментации». Сложенные в тюки высушенные табачные листья оставляли лежать на складах в течение года, а иной раз и больше, при этом они подвергались саморазогреванию и в них происходили нужные химические превращения. В чем состоял этот процесс ферментации, никто не знал. Он протекал стихийно и нередко приводил к порче ценного сырья. А. И. Смирнов на основе данных Алексея Николаевича Баха по окислительным ферментам подверг этот процесс детальному изучению и показал, что он происходит в результате действия ферментов, заключенных в самом табачном листе. Изучив свойства этих ферментов и условия их оптимального действия — температуру, влажность, он предложил вести ферментацию не на складах, а в специально устроенных камерах, где создаются надлежащие для действия ферментов условия. Таким путем удается искусственно управлять ферментацией и получать высококачественный табак в течение нескольких недель в любое время. Сейчас в Советском Союзе уже никому в голову не придет ферментировать табак кустарным путем. Вся наша продукция выпускается на специальных ферментационных заводах, работа которых основывается на данных А. И. Смирнова.
Аналогичное положение мы имеем и в чайной промышленности. При производстве чая молодой, слегка завяленный лист чайного куста подвергается скручиванию на особых машинах-роллерах. Полученная таким путем влажная масса начинает бурно «ферментировать». За несколько часов она приобретает коричневую окраску, надлежащий вкус и аромат, вообще превращается в готовый чай, который нужно в дальнейшем только высушить в специальных печах. Научными работниками Института биохимии было показано, что сущность процесса ферментации чая сводится в общих чертах к следующему: при скручивании раздавливаются живые клетки листа и нарушается та последовательность, та координация окислительных и окислительно-восстановительных процессов, которые лежат в основе дыхания живого листа. В результате этого ферментному окислению начинают подвергаться дубильные вещества, что и создает надлежащие вкусовые и ароматические качества продукции. На основании этой энзимоло- гической теории чайного производства были разработаны методы его рационального объективного контроля. Их применение на чайных фабриках позволило сознательно управлять технологическим процессом и значительно улучшить качество продукции.
Несколько слов о той роли, которую сыграла энзимология в хлебопекарной промышленности. Как мы видели выше, покоящееся зерно всегда содержит в себе некоторое количество активных ферментов. При помоле зерна эти ферменты переходят в муку и при ее смешивании с водой обусловливают ряд химических превращений, совершающихся в тесте при стоянии. В зависимости от тех изменений, которым подвергаются белки и крахмал муки, меняются и коллоидные свойства теста — его упругость, вязкость, эластичность, водоудерживающая способность и т. д.
К моменту посадки теста в печь в нем должны произойти совершенно определенные изменения белков и углеводов. Если указанные изменения не успели произойти или если они зашли слишком далеко, хлеб получается плохой. В зависимости от различного содержания отдельных ферментов в тесте процессы изменения крахмала и клейковины идут здесь с различной скоростью, и технолог должен каким-то способом уловить нужный момент, чтобы получить хорошие результаты.
Как показали исследования А. Н. Баха и его сотрудников, количество ферментов в зерне, а следовательно, и в получаемой из него муке, зависит не только от сорта зерна, но и от степени его зрелости, года и места урожая и т. д. Разные партии муки содержат поэтому весьма различное количество ферментов и требуют для своей переработки различных технологических схем. На практике этого стремятся избежать смешиванием отдельных партий, составлением так называемых «валок». Однако составление этих валок вслепую далеко не всегда приводит к желаемым результатам, в особенности при наличии муки с резко пониженными хлебопекарными качествами.
Углубленное изучение ферментов зерна и муки позволило в значительной степени рационализировать процесс хлебопечения. Мы сейчас располагаем методами, позволяющими заранее определить ферменты в данной партии муки и таким образом поставить диагноз в отношении ее хлебопекарных качеств, в отношении того, как она себя поведет в процессе хлебопечения. На основании этого диагноза можно уже сознательно составлять валки муки и при помощи ряда технологических приемов даже из муки с пониженными хлебопекарными свойствами получать хлеб надлежащего качества.
Мы здесь привели только несколько примеров, но их можно было бы значительно увеличить, указав на ту помощь, которую принесли советские биохимики виноделию, витаминному, консервному производству и т. д.
Биохимия бурно развивается. Она призвана внести решающий вклад в выяснение сущности жизни — одной из важнейших проблем, вставших перед комплексом биологических наук на ближайшие десятилетия.
Главнейшие труды и книги Алексея Николаевича Баха: Сборник избранных трудов, М., 1937; Собрание трудов по химии и биохимии, М., 1950 (имеется библиография трудов А. Н. Баха): ч. I — Обзорные статьи по химии и биохимии; ч. II — Экспериментальные работы по химии и биохимии. Разд. 1. Ассимиляция углекислоты и связывание азота; Разд. 2. Теория окисления; ч. III — Экспериментальные работы по биохимии. Разд. 1. Окислительные процессы в живых организмах; Разд. 2. Окислительно-восстановительные процессы в живых организмах; Разд. 3. Количественные показатели ферментов.
О А. Н. Бахе: А. Н. Бах, М., 1946 (Материалы к библиографии ученых СССР, серия биохим., вып. 1. Вступительная статья А. И. Опарина и Н. М. Сисакяна); Фрумкин А. Н., Памяти ученого и революционера, «Химическая наука и промышленность», т. 1, № 5, 1956; Б а х Л. А., Опарин А. И„ Алексей Николаевич Бах. Биографический очерк, М., 1957.
|
|
|
|
К содержанию книги: ЛЮДИ РУССКОЙ НАУКИ: биологи, зоологи, медики, ботаники, биохимики
|
Последние добавления:
Внешняя политика Ивана 4 Грозного Гоголь - Мёртвые души Книги по русской истории Император Пётр Первый