Пастера в 1897 году Э. Бухнер опубликовал работу «Спиртовое брожение без дрожжевых клеток», в которой экспериментально показал, что бесклеточный дрожжевой сок осуществляет спиртовое брожение так же, как и неразрушенные дрожжевые клетки. В 1907 году за эту работу он был удостоен Нобелевской премии.
К концу XIX в. благодаря успехам в области стереохимии органических веществ Э. Фишером были изучены пределы действия ферментов, или их так называемая «специфичность». На основании своих наблюдений над субстратами известной структуры Фишер выдвинул свое знаменитое положение о том, что фермент подходит к субстрату так, как ключ подходит к замку (Е. Fisher, 1894). Эта гипотеза существует и в настоящее время, только в несколько модифицированном виде и используется для объяснения действия ферментов и гормонов.
Изучение специфичности ферментов невозможно без выделения индивидуальных ферментов в чистом виде. До 1920 г. серьезных работ по получению ферментов в чистом виде не было. Неоценимый вклад в развитие энзимологии по этому вопросу внес А.Я. Данилевский. Ему, при помощи специального метода, который состоит в выделении ферментов из экстрактов путем избирательной адсорбции, удалось получить достаточно чистые препараты ферментов панкреатического сока. Метод А.Я. Данилевского впоследствии широко использовался немецким ученым Вильштеттером в работах по очистке ферментов. Несколько работ было выполнено в течение того же периода и другими исследователями (опыты Диксона и Кодама по очистке ксантиоксидазы), но ни в одном из случаев не удалось достичь полной очистки. Первым ферментом, полученным в кристаллическом виде, оказалась уреаза, кристаллы которой получил Д.Самнер в 1926 г. Однако эти первые кристаллы были далеко не чистыми. За этой работой вскоре последовала серия классических работ Дж. Х. Нортропа и его сотрудников по выделению в кристаллическом виде протеолитических ферментов. На основании этого они доказали, что ферменты имеют белковую природу и возможно существование однокомпонентных ферментов.
Главный интерес в ранний период развития энзимологии сосредоточился на изучении ферментов пищеварения и брожения. Однако с 1937 г. положение полностью изменилось, была уста-
новлена важная роль внутриклеточных ферментов. Это привело в свою очередь к значительно более глубокому пониманию механизма многих фундаментальных жизненных процессов, связанных с накоплением и использованием энергии: фотосинтеза, дыхания, биологического окисления, брожения, синтеза многих необходимых для роста органических веществ, выполнения механической или осмотической работы (Д.У. Мосс, 1970).
В XX столетии в связи с развитием новых методов изучения белков развернулись широкие химические исследования строения и свойств ферментов и их роли в обмене веществ. Выдающиеся результаты были получены А.Я. Данилевским, И.П. Павловым, А.Н. Бахом, Р. Вильштеттером, О. Виландом, Дж. Х. Нортропом, Крофт-Хиллом, Г. Эйлером, В.И. Палладиным, В.А. Энгельгардом и другими (С.И. Афонский, 1970).
В настоящее время известно около 3000 различных ферментов, из них 250 выделены в кристаллическом виде. Систематизация всех этих ферментов представляет собой довольно сложную задачу.
Приняты два типа названия ферментов: рабочее, или тривиальное и систематическое. Рабочее название было предложено впервые в 1898 г. французским ученым Дюкло. Названия ферментов включают корень слова, отражающего характер катализируемой реакции или атакуемого субстрата, и окончание – аза (например, изомераза – фермент, катализируемый изомерные превращения, целлюлоза – целлюлаза, протеин – протеаза). В названии многих ферментов указывается так же тип катализируемой реакции: например, лактат+дегидрогениаза →лактатдегидрогеназа. Сохраняются и давно закрепившиеся тривиальные названия, предложенные авторами, впервые открывшие их: пепсин, трипсин, ренин и т.д.
В настоящее время в литературе появляются работы, в которых делаются попытки прогнозирования дальнейшего развития энзимологии на ближайшее десятилетие. Перечислим основные направления исследований энзимологии будущего.
Во-первых, это исследования более тонких деталей молекулярного механизма и принципов действия ферментов в соответствии с законами классической органической химии и квантовой механики, а также разработка на этой основе теории ферментативного катализа.
Во-вторых, это изучение ферментов на более высоких уровнях (надмолекулярном и клеточном) структурной организации живых систем, причем не столько отдельных ферментов, сколько ферментных комплексов в сложных системах.
В-третьих, исследование механизмов регуляции активности и синтеза ферментов и вклада химической модификации в действие ферментов.
В-четвертых, будут развиваться исследования в области создания искусственных низкомолекулярных ферментов – синзимов (синтетические аналоги ферментов), наделенных аналогично нативным ферментам высокой специфичностью действия и каталитической активностью, но лишенных побочных антигенных свойств.
В-пятых, исследования в области инженерной энзимологии (белковая инженерия), создание «гибридных» катализаторов, сочетающих свойства ферментов, антител и рецепторов, а также создание биотехнологических реакторов с участием индивидуальных ферментов или полиферментных комплексов, обеспечивающих получение и производство наиболее ценных материалов и средств для народного хозяйства и медицины.
Наконец, исследования в области медицинской энзимологии, основной целью которых является выяснение молекулярных основ наследственных и соматических болезней человека, в основе развития которых лежат дефекты синтеза ферментов или нарушения регуляции активности ферментов.
Поэтому энзимология является важнейшей и стремительно развивающейся областью биохимии. Ее достижения широко используются в новейшей биотехнологии, в пищевой промышленности, в медицине и сельском хозяйстве.
