Биохимия

Термин «биохимия» введён в 1903 году немецким исследователем К. Нейбергом.

Различают статическую биохимию, занимающуюся анализом химического состава живых организмов, динамическую биохимию, исследующую совокупность превращений веществ, и функциональную биохимию, изучающую химические процессы, лежащие в основе различных явлений жизнедеятельности. В зависимости от объекта исследования выделяют биохимию человека, биохимию животных, биохимию растений, биохимию микроорганизмов. Потребности народного хозяйства в получении, хранении и переработке различных видов сырья привели к развитию технической и промышленной биохимии. На биохимии и физиологии базируются фармакология, фармация, токсикология, молекулярная биология, молекулярная генетика, биотехнология. Биохимические исследования лежат в основе диагностики многих заболеваний человека и животных.

Как наука биохимия сформировалась в конце XIX века, хотя многие биохимические процессы, лежащие в основе хлебопечения, сыроварения, виноделия, квашения и др., известны с глубокой древности. Её развитие связано с достижениями органической химии, физиологии и медицины. Основополагающую роль сыграли работы французского учёного Л.Н.Воклена, открывшего амид аспарагиновой кислоты (1806), российского химика К.С.Кирхгофа, установившего осахаривание крахмала (1814), немецкого химика Ф.Вёлера, синтезировавшего мочевину (1828), францезского химика М.Шеврёля, описавшего креатин в составе мышц (1835), немецкого химика Ю.Либиха, выявившего наличие в скелетных мышцах молочной кислоты, автора химической теории брожения (1835) – французского физиолога К.Бернара, выделившего гликоген (1850), французского химика П.Э.Бертло, установившего структуру жира и осуществившего его синтез (1853–1854), швейцарского врача И.Ф.Мишера, открывшего нуклеиновые кислоты (1868), немецких исследователей Ф.Хоппе-Зейлера, Э.Абдергальдена и Э.Фишера, установивших структуру и свойства белков (1916), русского химика А.М.Бутлерова, создавшего теорию химического строения органических соединений – основу органической химии (1870) и др.

Становление биохимии в Татарстане тесно связано с подъёмом и расцветом казанской химической школы. В 1863 году А.Я.Данилевским при деятельной поддержке А.М.Бутлерова на медицинском факультете Казанского университета была создана первая в мире кафедра медицинской химии и физики, переименованная впоследствии в кафедру биологической химии, где были начаты исследования в области строения и свойств белков. Работы в этом направлении продолжили его ученики и последователи А.Я.Щербаков и А.А.Панормов. В 1866 году создана лаборатория биохимии и началось формирование российской школы биохимиков. С 1929 года кафедру биохимии Казанского университета (с 1930 года – Казанского медицинского института) возглавил В.А.Энгельгардт. В 1931 году им было открыто окислительное фосфорилирование, составляющее основу энергетического обеспечения всех актов жизнедеятельности аэробных организмов. Д.М.Зубаиров открыл (1961) активный фермент тромбин в циркулирующей крови и сформулировал теорию непрерывного свёртывания крови в организме. Им (совместно с В.Н.Тимербаевым, С.В.Киселёвым и И.В.Соболевой) доказана супермолекулярная структура тромбопластина, изучен характер его взаимодействия с протромбином и фактором Х. Путём использования ультрафильтрации обнаружен процесс микровезикуляции в крови человека и животных, предложен доступный метод его выявления для объективной оценки состояния больных сердечно-сосудистыми, инфекционными, хирургическими болезнями, лейкозом и патологией беременности. За проведённые работы Д.М.Зубаиров удостоен Государственной премии РФ (1991).

Исследования по биохимии животных проводятся на кафедре биохимии Казанской академии ветеринарной медицины (с 1924 года) и в лаборатории биохимии Всероссийского ветеринарного института (с 1960 года). На основании всестороннего изучения свойств белков, углеводов и липидов С.И.Афонским было создано учение о биокомплексных (хелатных) соединениях. В дальнейшем Х.Ш.Казаковым и его учениками разработаны системы синтеза хелатных соединений биогенных металлов (меди, кобальта, марганца, цинка) с аминокислотами и различными биолигандами; изучено их влияние на защитные силы организма, роль в повышении продуктивности животных и птицы, сохранении молодняка (Э.В.Тен, Н.М.Машковцев, Э.М.Шамсетдинов и др.), в профилактике анемии поросят (Л.П.Логинов, М.Ю.Метлякова), энзоотического зоба. Проводятся изучение молекулярных механизмов взаимодействия микро- и макроорганизмов, антигенной структуры возбудителей инфекционных болезней, разработка методов диагностики. Исследованы взаимодействие вируса ящура и клетки, индуцированный вирусом синтез белков и нуклеиновых кислот (Н.З.Хазипов, Р.П.Тюрикова), изучена антигенная структура возбудителя сибирской язвы (В.П.Коксин). На основе этих исследований разработаны новые ускоренные методы диагностики. Исследована антигенная характеристика возбудителя бруцеллёза крупного рогатого скота и внедрён в производство вакцинный штамм против этой инфекции (В.П.Корунов, Н.К.Кириллов, Н.Ш.Зайнеев). Получен специфический антиген туберкулёза крупного рогатого скота, на основе которого создан иммуноферментный метод анализа (А.А.Нуруллин, Т.Р.Якупов, В.И.Шилова). Разработаны технологические параметры получения вакцины против листериоза из штамма АУФ (М.А.Алимов), молекулярно-генетические приёмы диагностики – полимеразная цепная реакция, ДНК-зондирование, рестракционный анализ ДНК возбудителей туберкулёза крупного рогатого скота, листериоза, сибирской язвы, болезни Ауески (Т.Х.Фаизов, К.В.Усольцев). За усовершенствование методов диагностики туберкулёза крупного рогатого скота Н.З.Хазипов и Р.П.Тюрикова удостоены Государственной премии РТ (1996).

Развитие биохимии растений в РТ обусловлено успехами казанских учёных в области изучения фотосинтеза. Ю.С.Карпиловым (Казанский сельскохозяйственный институт) независимо от группы Коршака (США, 1965) в 1960 году открыт принципиально новый путь углеродного метаболизма при фотосинтезе – «кооперативный фотосинтез»; И.А.Тарчевским (Казанский университет) установлен неспецифический характер изменений фотосинтетического метаболизма углерода при действии различных стрессоров (в 1965 году им воссоздана кафедра биохимии в Казанском университете и продолжены работы по биохимии растений); А.М.Алексеевым исследован азотный, углеводный и фосфорный обмен клеток растений; В.Е.Петровым – фотомикрокалориметрия, электронный транспорт и образование аденозинтрифосфорной кислоты в хлоропластах; Л.П.Хохловой – регуляторная роль белков цитоскелета растительных клеток. В Институте биохимии и биофизики Казанского научного центра Российской Академии Наук ведутся работы по изучению сигнальных систем клеток растений (И.А.Тарчевский), растительных липидов и регуляторных оксилипинов (А.Н.Гречкин), энергетике клетки и её связи с ионным транспортом (Л.Х.Гордон), фотосинтетическому метаболизму углерода (В.И.Чиков), регуляции физиолого-биохимических процессов вторичными посредниками (Ф.Г.Каримова), белковому обмену растений при действии неблагоприятных факторов (Н.Н.Максютова), метаболизму пигментов (Ю.Е.Андрианова), метаболизму полисахаридов клеточных стенок растений (В.В.Лозовая, Т.А.Горшкова). За цикл работ по липоксигеназным сигнальным системам клеток растений А.Н.Гречкин и И.А.Тарчевский удостоены премии Академии Наук РТ имени В.А.Энгельгардта (1999).

С 1950-х годов в Казанском университете ведутся исследования по биохимии микроорганизмов. Изучены микробные ферменты – нуклеазы, протеиназы, фосфатазы, хитиназы (М.И.Беляева), исследованы их молекулярные, физико-химические и каталитические свойства (B.Б.Лещинская, Ф.Г.Куприянова-Ашина, Б.М.Куриненко). Разработаны эффективные технологии получения новых ферментов, рекомендованные для промышленного производства. С 1960 года развивается новое направление – изучение метаболизма неприродных соединений, представляющих экологическую опасность (Р.П.Наумова). Результаты этих исследований служат научной основой для создания технологий очистки сточных вод химических и нефтехимических предприятий, промышленных газовых выбросов, обезвреживания и утилизации твёрдых отходов.

Казанские учёные внесли вклад в развитие биохимии в России и за рубежом. Многие из них возглавили кафедры биохимии в других городах: С.М.Максимович (Варшавский и Ростовский университеты), В.В.Вормс (Саратовский университет), А.Н.Поляков (Новочеркасский ветеринарный институт и Куйбышевский медицинский институт), С.И.Афонский (Московская ветеринарная академия). В.А.Энгельгардт и А.А.Баев продолжили свою научную деятельность в Москве в Институте биохимии Академии Наук СССР, впоследствии В.А.Энгельгардт возглавил созданный им Институт молекулярной биологии.

Буланкин И.Н. А.Я.Данилевский – основоположник отечественной биохимии. Харьков, 1950.

Афонский С.И. Биохимия животных. М., 1970.

ГизатуллинХ.Г., Хазипов Н.З. Взаимодействие вируса ящура с клеткой. Казань, 1973.

Видергауз М.С. Цветопись. М., 1980.

Наумова Р.П. Микробный метаболизм неприродных соединений. Казань, 1985.

Тарчевский И.А., Марченко Г.Н. Биосинтез и структура целлюлозы. М.,1985.

Воспоминания о В.А.Энгельгардте. М., 1989.

Лещинская И.Б. Нуклеазы бактерий. Казань, 1991.

Хазипов Н.З. Достижения молекулярной биологии в животноводстве и ветеринарии. Казань, 1997.

Авторы – Д.М.Зубаиров, Н.З.Хазипов, Ф.Г.Каримова, И.Б.Лещинская.