Химический факультет МГУ и его кафедры (история и современное состояние)

Профессор С.Д. Варфоломеев

КАФЕДРА ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЗИМОЛОГИИ

Возникновение кафедры химической энзимологии на химическом факультете МГУ обусловлено глубоким интересом химиков к пониманию фундаментальных основ биологического катализа и нуждами технологического использования ферментов в рамках зарождающейся в начале 70-х годов биотехнологии.

Исторически кафедра химической энзимологии родилась в недрах кафедры химической кинетики, которую в 70-х годах возглавлял Нобелев-ский лауреат, академик Н.Н. Семенов, и Межфакультетской лаборатории биоорганической химии (ныне Институт физико-химической биологии им.А.Н. Белозерского), которую возглавлял академик А.Н. Белозерский.

Основателем кафедры химической энзимологии был профессор И.В. Березин. В конце 60-х годов, будучи профессором кафедры химической кинетики, И.В. Березин начал читать специальный курс для студентов кафедры "Физическая химия ферментов". В это же время была создана Межфакультетская лаборатория биоорганической химии (корпус "А"), в составе которой И.В. Березин возглавил отдел биокинетики.

Научные достижения И.В. Березина в области биологического катализа хорошо характеризует высказанный им тезис: "Ферменты – химические катализаторы". Если до И.В. Березина о биологическом катализе существовало представление как о сложном, непонятном явлении, несущем в себе элементы витализма, то в результате его собственных исследований и работ его учеников стало ясно, что ферментативный катализ представляет собой явление, достаточно просто и надежно интерпретируемое в терминах физической химии, имеющее гигантские приложения для технической реализации многих химических реакций.

Работы И.В. Березина внесли фундаментальный вклад в понима-ние основ эффективности и специфичности ферментативного катализа. В высшей степени простая и элегантная двухцентровая модель изменений свободных энергий при активации субстрата в активном центре фермента (модель Березина-Мартинека) позволила дать физико-химическое объяс-нение гигантских ускорений, наблюдаемых в ферментативном катализе. Суть концепции можно сформулировать следующим образом: специфи-ческая сорбция нереакционной части субстрата за счет быстропроте-кающих, но слабых взаимодействий, приводит к понижению свободной энергии активации на лимитирующей стадии процесса. Эта модель впоследствии была количественно проверена на большом числе различных ферментов и в настоящее время представляется одной из наиболее простых и стройных теорий ферментативного катализа.

И.В. Березин одним из первых в мире почувствовал широкие возможности использования ферментов для решений задач технической химии, медицины, сельского хозяйства. Его можно назвать одним из основоположников современной инженерной энзимологии.

Существенный вклад внесли работы И.В. Березина в теорию и практику стабилизации ферментов для работы при повышенных температурах и в органических растворителях, а также в реализацию идеи использования ферментов в мицеллах поверхностно-активных веществ. В результате деятельности И.В. Березина и его учеников стало очевидным, что ферментные катализаторы могут быть использованы во всех направле-ниях современной химии: органической (тонкий и тяжелый органический синтез), физической (термодинамика и термохимические исследования), электрохимии (использование явления биоэлектрокатализа – ускорения ферментами электродных реакций), аналитической химии (микроанализ, иммуноферментный и биолюминесцентный анализы, в биосенсорах), фотохимии (светочувствительные реакции с участием ферментов).

И.В. Березин внес большой вклад в развитие химического образования в нашей стране. Большой период своей жизни (1969-1981 гг.) И.В. Березин работал деканом химического факультета Московского университета, одновременно в течение нескольких лет являясь замести-телем академика А.Н. Белозерского по Межфакультетской лаборатории биоорганической химии МГУ. И.В. Березин создал большую и плодотворно работающую научную школу. Он был обаятельным человеком, которого не просто уважали, но и любили. Многие из его учеников работают в настоящее время за рубежом, занимая ключевые позиции в университетских коллективах и компаниях.

Официально годом рождения кафедры стал 1974 год.

Этот год ознаменовался несколькими знаменательными событи-ями в области энзимологии: в этом году в Таллине был проведен 1 Всесоюзный симпозиум "Получение и применение иммобилизованных ферментов" с участием сотрудников кафедры химической кинетики химического факультета МГУ; в Московском университете была утверждена комплексная межфакультетская проблема "Биоорганические катализаторы на основе иммобилизованных ферментов", разрабатываемая рядом кафедр химического и биологического факультетов; для координа-ции этих работ в МГУ был создан Научный совет под тем же названием, который возглавил чл.-корр. АН СССР, профессор И.В. Березин, и, наконец, в этом же году на химическом факультете МГУ была создана новая кафедра – кафедра химической энзимологии. За 23 года существования кафедра стала ведущим научно-методическим центром по этой проблеме в нашей стране. Это было первое учебное учреждение в СССР, где началась планомерная подготовка научных кадров – специалистов в области физико-химии ферментов.

Научные интересы кафедры группируются вокруг нескольких фундаментальных проблем.

1. Кинетика и механизм действия, взаимосвязь между структурой и функцией ферментов, полиферментных систем; моделирование био-каталитических ансамблей.
2. Разработка научных основ биоконверсии энергии – способов преобра-зования энергии на основе биологических принципов и объектов.
3. Разработка научных основ применения антител и ферментов для иммунохимического и биолюминесцентного анализа веществ с целью медицинской диагностики, охраны окружающей среды и контроля биотехнологических процессов.
4. Разработка методов получения и медицинского применения физио-логически активных веществ и модифицированных биологических макромолекул; механизм действия этих веществ в реакциях с ферментами и биологическими системами организма.
5. Разработка научных основ получения и применения металлокомп-лексных и биоорганических катализаторов для создания новых технологических процессов.
6. Разработка научных основ применения биоорганических катализаторов для получения сахаристых веществ, органических кислот и амино-кислот.

С 1987 г. кафедру химической энзимологии возглавляет профессор С.Д. Варфоломеев. Кафедра является головной организацией в ряде государственных научно-технических программ, связанных с изучением и использованием биологического катализа. В настоящее время на кафедре работает 110 сотрудников (16 докторов, 43 кандидата наук).

В рамках кафедры работают несколько научных лабораторий:

• "Кинетика и механизм ферментативных процессов", зав.лабораторией профессор С.Д. Варфоломеев;
• "Инженерная энзимология", зав.лабораторией член-корреспондент РАМН А.М. Егоров;
• "Физико-химических основ биоконверсии энергии", зав.лабораторией профессор Н.Н. Угарова;
• "Физико-химической ферментативной трансформации биополимеров", зав.лабораторией профессор А.П. Синицын;
• "Мицеллярной энзимологии", зав. лаб. профессор А.В. Левашов;
• "Экобиокатализ", зав.лабораторией к.х.н. И.Н. Курочкин.

За годы существования кафедры многие сотрудники кафедры удостоены престижных премий; в том числе:

1982 г. И.В. Березин, К. Мартинек и др. – Ленинская премия по науке и технике за теоретическое, экспериментальное и клиническое обоснование использования иммобилизованных ферментов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний;

1984 г. С.Д. Варфоломеев, А.А. Клесов и др.– Государственная премия СССР по науке и технике за цикл работ "Химические основы биологического катализа";

1984 г. В.Ю.-К.Швядас и др.– Государственная премия СССР по науке и технике за цикл работ "Создание научных основ, разработка технологии и промышленное внедрение биокаталитических процессов получения ключевых продуктов производства полусинтетических бета-лактамных антибиотиков".

Сотрудниками кафедры со дня ее основания читаются курсы лекций по физико-химии ферментов, проводятся практикумы и семинары по физико-химической биологии. В настоящее время лекционный курс кафедры включает большое число лекций как непосредственно по специализации кафедры, так и в целом расширяющих научный кругозор в области биохимии, молекулярной биологии и биотехнологии студентов химического факультета:

• Химическая кинетика и катализ
• Кинетика ферментативных реакций
• Механизмы ферментативного катализа
• Биокинетика
• Основы биоорганической химии
• Функциональная биохимия
• Основы микробиологии
• Биотехнология
• Современные представления о структуре и стабильности белков
• Методы программирования и использования вычислительной техники в энзимологии
• Иммобилизованные ферменты
• Источники ферментов, очистка, методы иммобилизации
• Ферменты в медицине
• Ферменты в органическом синтезе
• Методы генетической инженерии
• Электронные методы представления и обработки информации.

С 1997 г. совместно с кафедрой химии природных соединений читается курс "Химические основы биопроцессов".

[ Химический факультет МГУ и его кафедры (история и современное состояние) ]