Об Ю.А. Овчинникове: биография, избранные труды академика

Юрий Анатольевич Овчинников родился в г. Москве 2 августа 1934 г.; скончался 17 февраля 1988 г. в г.Москве. В 1957 г. окончил Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, кандидат химических наук с 1961 г., доктор химических наук с 1966 г. Старший научный сотрудник, заведующий лабораторией и заместитель директора по научной части Института химии природных соединений АН СССР с 1963 г. (ныне — Институт биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН (ИБХ РАН)). Директор этого Института и заведующий отделом химии белка с 1970 г. Профессор МГУ им. М.В.Ломоносова, заведующий кафедрой биоорганической химии (с 1972 г.) ; заведующий лабораторией химии белка Института белка АН СССР в г. Пущино (с 1973 г.). Член-корреспондент АН СССР (1968 г.) , академик АН СССР (1970 г.) , академик ВАСХНИЛ (1985 г.). Член Президиума, вице-президент АН СССР, председатель секции химико-технологических и биологических наук Президиума АН СССР (с 1973 г.).

 

Ю.А.Овчинников — всемирно известный ученый в области биоорганической химии, физико-химической биологии и биотехнологии, один из ведущих ученых мира в области мембранной биологии, создатель этого направления в СССР, крупнейший исследователь по химии и физико-химии белково-пептидных веществ. Автор более 500 работ, опубликованных в международных и отечественных изданиях, в том числе известных монографий «Мембрано-активные комплексоны» (изд-во «Эльзевир», Нью-Йорк, Амстердам и «Наука», Москва) , «Биоорганическая химия» (изд-во «Просвещение», Москва).

 

Ю.А.Овчинникову принадлежат фундаментальные труды по исследованию физико-химических основ функционирования биологических мембран. Он является пионером в изучении веществ, регулирующих потоки ионов через мембраны. В начале 60-х годов им, совместно с М.М.Шемякиным, было выяснено строение, осуществлен синтез и изучена связь между структурой и биологической функцией большой группы мембрано-активных депсипептидов валиномициновой и энниатиновой групп, а позднее им впервые был расшифрован физико-химический механизм действия этих веществ и открыта уникальная способность пептидных систем к избирательному связыванию ионов металлов за счет ион-дипольных взаимодействий. Ю.А.Овчинниковым впервые в мире выяснены конформационные характеристики валиномицина, энниатина и их комплексов с металлами в растворах, что не только явилось крупнейшим достижением в изучении стереохимии биологически важных пептидов, но и внесло основополагающий вклад в учение о взаимодействии ионов металлов с белково-пептидными лигандами. В результате этих исследований Ю.А.Овчинниковым с сотрудниками были созданы новые мощные искусственные ионофоры на основе валиномицина, энниатина, антаманида и грамицидина, определившие быстрый прогресс в исследовании ионного транспорта через биологические мембраны. Работы Ю. А.Овчинникова, по существу, положили начало новой области мембранной биологии, активно развивающейся в настоящее время во всем мире.

 

Ю.А.Овчинниковым и его лабораторией достигнуты крупные успехи в исследовании участвующих в процессах транспорта мембранных белков. Им впервые выяснены структурные основы функционирования главного белка пурпурных мембран бактериородопсина. В ходе изучения первичной структуры установлено положение хромофора и важнейших функциональных групп, определяющих функционирование бактериородопсина как светозависимого протонного насоса. Выяснена полная аминокислотная последовательность лейцин-связывающего белка — одного из основных периплазматических белков, принимающих участие в активном транспорте аминокислот через клеточную мембрану E.coli. Определено строение большой группы белковых токсинов яда кобры, пчел и скорпиона, являющихся специфическими ингибиторами ион-транспортных систем синаптических и возбудимых мембран, и на этой основе развернуты работы по идентификации специфических ионных каналов.

 

Ю.А.Овчинников — один из ведущих в мире исследователей в области изучения структуры и функции пептидно-белковых систем. Им разработаны основы масс-спектрометрического метода анализа первичной структуры белков, впервые предложен эффективный метод синтеза полипептидов на полимерном носителе в растворе, открыт топохимический принцип трансформации пептидов как новый путь к получению биологически активных соединений этого класса, развиты основы динамического конформационного анализа пептидов в растворе с помощью комплекса физико-химических методов. Ю.А.Овчинниковым расшифрована полная структура ключевого фермента азотистого обмена — аспартат-трансаминазы, ряда растительных леггемоглобинов. Особо следует отметить большой прогресс в изучении белков, участвующих в биосинтезе важнейших биополимеров; выяснено строение? -субъединицы ДНК-зависимой РНК-полимеразы E.coli и успешно велось структурно-функциональное изучение других субъединиц этого важного фермента. Ю.А.Овчинниковым определена аминокислотная последовательность рибосомальных белков L-3, L-10, L-25 и L-32 (E.coli) и сделан решающий шаг в исследовании строения и локализации активного центра фактора элонгации G.

 

Ю.А.Овчинников один из первых в нашей стране оценил открывающиеся перспективы применения методов генетической инженерии для микробиологического синтеза практически важных белков и, объединив несколько групп энтузиастов, возглавил в Институте работы по совершенствованию методов химического синтеза и направленного мутагенеза ДНК, по созданию микроорганизмов, продуцирующих несвойственные им пептиды и белки. В итоге были созданы штаммы-продуценты опиоидного нейропептида энкефалина (1979 г.) , противовирусного и противоопухолевого белка интерферона? 2 человека (1984 г.) и предшественника инсулина человека — проинсулина (1983 г.). Интерферон? 2 явился первым продуктом отечественной генно-инженерной биотехнологии, дошедшим до стадии промышленного производства и пробившим дорогу в клиники страны. Неоценимую роль при этом сыграли не только необычайная творческая активность Ю.А.Овчинникова как ученого, но и его выдающиеся качества организатора, бесспорного лидера отечественной физико-химической биологии и биотехнологии.

 

Блестящей страницей научного творчества Ю.А.Овчинникова был последний цикл его работ, посвященный исследованию самой распространенной в животном мире системы активного транспорта ионов — Na + , K±транспортирующей аденозинтрифосфатазы и родственных ей белков. Исследования структурных основ функционирования Na + , K±АТФазы были начаты в ИБХ РАН по инициативе Ю.А.Овчинникова в конце 70-х годов. Результаты первых этапов работ внесли существенный вклад в выявление таких характерных особенностей строения фермента, как, например, асимметрия пространственного расположения обеих субъединиц и олигомерная организация функционального активного комплекса в природной мембране. В частности, путем сопоставления результатов мечения непроникающими реагентами Na + , K±АТФазы в открытых мембранных фрагментах, а также в составе протеолипосом и везикул, содержавших фермент в различных ориентациях, было показано, что цитоплазматическая область? -субъединицы значительно больше области, экспонированной на внешней поверхности. С помощью электронно-микроскопических методов и техники приготовления двумерных кристаллов была получена прямая информация об архитектуре Na + , K±АТФазы непосредственно в природной мембране. В ходе этих работ впервые были расшифрованы пространственные структуры целого фермента и отдельной? -субъединицы с разрешением ~20?. Сравнение обеих трехмерных структур с учетом указанных данных о химических модификациях позволило определить наиболее вероятный вариант взаимного расположения субъединиц в молекуле, а также границы их внутри- и внемембранных областей (1985 г.).

 

Дальнейший прогресс в развитии представлений о молекулярной организации Na + , K±АТФазы всецело зависел от определения химической структуры субъединиц. В 1985 1986 гг. под руководством Ю.А.Овчинникова были завершены комплексные исследования нуклеотидных последовательностей генов субъединиц и аминокислотных последовательностей их полипептидных цепей, в результате которых была установлена полная первичная структура Na + , K±АТФазы из мозгового слоя почек свиньи. Выбранная Ю. А.Овчинниковым стратегия исследований позволила наряду с анализом химической структуры получить большой объем информации о деталях пространственного строения Na + , K±АТФазы и предложить первую экспериментально обоснованную схему трансмембранной организации полипептидных цепей субъединиц. Прямой анализ пространственного расположения конкретных фрагментов субъединиц был основан на разработке оригинального метода ограниченного протеолиза Na + , K±АТФазы непосредственно в составе природной мембраны, позволившего провести последовательное глубокое ферментативное расщепление экспонированных участков? -, а затем? -субъединиц. Таким образом, впервые было идентифицировано большинство внемембранных участков обеих субъединиц и определена локализация углеводных комплексов в полипептидной цепи? -субъединицы, что дало возможность однозначно отнести эту область белка к внеклеточному домену фермента.

 

Совокупность полученных экспериментальных данных послужила основой первой детальной модели пространственного строения АТФазы. Согласно предложенной модели? -субъединица (1016 аминокислотных остатков) образует семь трансмембранных сегментов, и большая часть ее гидрофильной области, формирующая каталитический центр, расположена внутри клетки.? -Субъединица (302 остатка) один раз пересекает мембрану, и основная часть ее полипептидной цепи формирует внеклеточный гликозилированный домен (1987 г.). Большое внимание уделяли Ю.А.Овчинников и его сотрудники изучению топографии активного центра Na + , K±АТФазы. Так, с помощью оригинального способа — аффинной модификации аналогом АТФ — удалось идентифицировать ранее неизвестный компонент каталитического центра и получить экспериментальные подтверждения динамических изменений его в процессе функционирования фермента. Итоги анализа химической структуры и пространственной организации Na + , K±АТФазы позволили перевести изучение механизма этого ионного насоса на качественно новый уровень и обеспечили основу для успешно развивающихся в настоящее время широких молекулярно-генетических исследований систем активного транспорта ионов в клетках человека.

 

Новые данные, приводящие к далеко идущим общебиологическим выводам, были получены Ю.А.Овчинниковым, Е.Д.Свердловым и их сотрудниками при исследовании участков генома человека, кодирующих системы активного транспорта ионов. В ходе этих работ впервые был установлен факт существования в геноме человека семейства, по крайней мере, пяти генов, кодирующих несколько изоформ каталитической субъединицы Na + , K±АТФазы, а также близкие по структуре другие ион-транспортирующие АТФазы. Обнаружение мультигенного семейства привело к возникновению качественно новых представлений о способах регуляции активного транспорта ионов путем изменения активности соответствующих генов. Это предположение было подтверждено в экспериментах по определению уровня экспрессии различных генов Na + , K±АТФазы в тканях человека в норме и патологии. Тем самым заложены основы для выяснения механизмов генетической регуляции ион-транспортирующих ферментов. Впервые было установлено строение протяженного участка генома человека, кодирующего одну из систем активного транспорта ионов — неизвестную ранее (?III) форму каталитической субъединицы Na + , K±АТФазы. Показано, что ген имеет длину более 25000 пар нуклеотидов, состоит из 23 экзонов и экспрессируется преимущественно в мозге и почках животных. Выявлена определенная корреляция границ предполагаемых структурно-функциональных доменов белка и экзонов гена. В нашей стране это первый пример расшифровки структуры участка генома человека, несущего полную информацию о строении белка.

 

Все изложенное здесь касалось в основном научной деятельности Ю.А.Овчинникова. Между тем, начиная с 1975 г., большое место в его жизни занимает педагогическая деятельность. Основав на биологическом факультете МГУ кафедру биоорганической химии, он возглавил подготовку в стране химиков-биооргаников, активно вовлекая в этот процесс ведущих ученых Института биоорганической химии им. М.М.Шемякина АН СССР и других академических институтов. Наряду с этим, Ю.А.Овчинников основал факультет физико-химической биологии (ныне факультет молекулярной биологии) и кафедру физико-химической биологии и биотехнологии в Московском физико-техническом институте (1982 г.) , а также Учебно-научный центр в Институте биоорганической химии им. М.М.Шемякина АН СССР (1982 г.). Академик Ю. А.Овчинников — создатель отечественной школы специалистов в области биоорганической химии и мембранной биологии.

 

Ю.А.Овчинников был выдающимся организатором науки. На всех знавших Ю.А.Овчинникова большое впечатление производили его кипучая энергия, желание и умение на высоком уровне доказывать важность и отстаивать интересы фундаментальной науки.

 

В тридцать шесть лет он возглавил Институт биоорганической химии им. М.М.Шемякина АН СССР. Будучи, в сущности, молодым тридцатидевятилетним ученым, он стал вице-президентом Академии наук СССР и возглавил Секцию химико-технологических и биологических наук Президиума АН СССР. При непосредственном участии и под его руководством были подготовлены три правительственных постановления по развитию отечественной физико-химической биологии — 1973, 1981 и 1985 гг., предусматривавшие комплекс мер по строительству, финансовой и кадровой поддержке большого числа научных центров страны и позволившие резко поднять уровень и темпы работ в области биологии и биотехнологии.

 

Являясь бесспорным лидером отечественной биологической науки, Ю.А.Овчинников возглавлял ряд межведомственных и академических научных советов, участвовал в работе редколлегий советских и зарубежных научных журналов, был членом Комитета по Ленинским и Государственным премиям СССР при Совете Министров СССР, был избран президентом Федерации европейских биохимических обществ (1984-1986). Почетный иностранный член Академии естествоиспытателей «Леопольдина» (Германия, 1973) , Академии наук ГДР (1976) , Болгарской академии наук (1977) , Европейской академии наук, искусств и литературы (Франция, 1980) , Чехословацкой академии наук (1980) , Индийской национальной академии наук (1981) , Академии наук Венгрии (1983) , Испанской Королевской академии инженерных наук (1985) , Барселонской академии наук и искусств (Испания, 1985) , Сербской академии наук и искусств (Югославия, 1985) , Всемирной академии наук и искусств (Швеция, 1985) , Академии сельскохозяйственных наук ГДР (1979). Почетный член Японского биохимического общества (1975) , Американского философского общества (США, 1977) , Биохимического общества ГДР (1979) , Сербского химического общества (Югославия) (1982) , Кубинского химического общества (1985). Почетный доктор Гданьского университета (Польша) (1977) , Парижского университета им. Пьера и Марии Кюри (Сорбонна, Франция, 1977) , Уппсальского университета (Швеция, 1977) , Софийского университета (Болгария, 1981) , Университета г. Гранада (Испания, 1982) , Университета «Риккардо Палма» (Перу, 1983) , Университета «Сан Маркос» (Перу, 1983) , Университета им. Фридриха Шиллера в г. Йена (Германия, 1985).

 

Член консультативного совета международной организации по поддержке медицинских исследований (CIBA, 1971-1988). Сопредседатель Европейского комитета экспертов по биоматериалам при ЮНЕСКО (1977-1988). Член Международного института физики и химии (Бельгия, 1977-1988). Член совета Международного института изучения энергетических ресурсов и экологии Королевской академии наук (Швеция, 1978-1988). Член Постоянного комитета по структуре и статусу международного совета научных союзов (ICSU, 1982-1988). Научный руководитель приоритетного направления «Ускоренное развитие биотехнологии» Комплексной программы научно-технического прогресса стран-членов СЭВ (1985-1988).

 

Ю.А.Овчинников не мыслил развития отечественной науки в отрыве от международного сообщества ученых. Он сам блестяще представлял на международных форумах выполненные им работы и всячески способствовал развитию научных контактов.

 

Научная, педагогическая и организационная деятельность Ю.А.Овчинникова неоднократно отмечалась правительственными наградами: ему было присвоено звание Героя Социалистического Труда, он был награжден тремя орденами Ленина, медалью «За доблестный труд», золотой медалью «Серп и молот», орденами и медалями ряда зарубежных стран. Он был лауреатом Ленинской премии (1978) , Государственной премии в области науки и техники (1982) , премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники (1997, посмертно) , премии АН СССР им. М.М.Шемякина за цикл работ в области химии белка (1980) , премии им. А.Карпинского (Германия, 1979).

 

Биографическая литература

 

1. Юрий Анатольевич Овчинников. Жизнь и научная деятельность. — М., Наука, 1991. — 255 с.

2. Овчинников Юрий Анатольевич. Биобиблиография ученых СССР. — М., Наука, 1991. — 153 с.

3. Иванов В. Т. Очерк научной деятельности академика Ю.А.Овчинникова (1934-1988) // Овчинников Ю. А. Избранные труды. Химия жизни. — М., Наука, 1990. — С. 5-15.

4. Овчинникова Т. В. Юрий Анатольевич Овчинников (1934-1988) // МГУ им. М.В.Ломоносова. Судьбы творцов российской науки. — М., 2002. — С. 196-205.

5. Овчинников Юрий Анатольевич // Биологи. Биогр. спр. — Киев, 1984. — С. 464-465.