шпора по анату. билеты с ответами-3. Билет 1 Изоферменты. Понятие. Биологическая роль. Примеры. Диагностическое значение определения изоферментов плазмы крови

• Название: Билет 1 Изоферменты. Понятие. Биологическая роль. Примеры. Диагностическое значение определения изоферментов плазмы крови
• Анкор: шпора по анату
• Дата: 02.02.2021
• Размер: 0.96 Mb.
• Имя файла: билеты с ответами-3.docx
• Тип: Документы; #173416
• страница: 16 из 17

Иммобилизованные ферменты. Общая характеристика

В современной биотехнологии одно из видных мест принадлежит ферментам. Ферменты и ферментные системы широко используются в различных отраслях промышленности, медицине, сельском хозяйстве, химическом анализе и т.д.

Ферменты - вещества белковой природы и поэтому неустойчивы при хранении, а также чувствительны к тепловым воздействиям. Кроме того, ферменты не могут быть использованы многократно из-за трудностей в отделении их от реагентов и продуктов реакции. Решить эти проблемы помогает создание иммобилизованных ферментов. Начало этому методу было положено в 1916 году, когда Дж.Нельсон и Е.Гриффин адсорбировали на угле инвертазу и показали, что она сохраняет в таком виде каталитическую активность. Сам термин "иммобилизованные ферменты узаконен в 1971 году, и означает любое ограничение свободы передвижения белковых молекул в пространстве.

Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными предшественниками:

1. Гетерогенный катализатор легко отделим от реакционной среды, что дает возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.

2. Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход продукта.

3. Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность (особенно в отношении макромолекулярного субстрата), зависимость каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.

4. Можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путем изменения свойств носителя действием физических факторов, таких как свет и звук. Иммобилизовать ферменты можно как путем связывания на нерастворимых носителях, так и путем внутримолекулярной или межмолекулярной сшивки белковых молекул низкомолекулярными бифункциональными соединениями, а также путем присоединения к растворимому полимеру.

Носители для иммобилизованных ферментов

Для получения иммобилизованных ферментов используется ограниченное число как органических, так и неорганических носителей. К носителям предъявляются следующие требования (Дж.Порат, 1974):

- высокая химическая и биологическая стойкость;

- высокая химическая прочность;

- достаточная проницаемость для фермента и субстратов, пористость, большая удельная поверхность;

- возможность получения в виде удобных в технологическом отношении форм (гранул, мембран);

- легкая активация;

- высокая гидрофильность;

- невысокая стоимость.

Классификация носителей схематично представлена на рисунке 4.



Рис. 4. Классификация носителей для иммобилизованных ферментов

Следует отметить, что органические носители (как низко-, так и высокомолекулярные) могут быть природного или синтетического происхождения. Природные полимерные органические носители делят в соответствии с их биохимической классификацией на 3 группы: полисахаридные, белковые и липидные.

Синтетические полимеры также можно разделить на группы в связи с химическим строением основной цепи макромолекул: полиметиленовые, полиамидные, полиэфирные.

Для иммобилизации ферментов наиболее широко используются природные полисахариды и синтетические носители полиметильного типа, остальные применяются значительно реже. Большое значение природных полимеров в качестве носителей для иммобилизации объясняется их доступностью и наличием реакционно-способных функциональных групп, легко вступающих в химические реакции. Характерной особенностью этой группы носителей также является их высокая гидрофильность. Недостаток природных полимеров - неустойчивость к воздействию микроорганизмов и довольно высокая стоимость.

Наиболее часто для иммобилизации используются такие полисахариды, как целлюлоза, декстран, агароза и их производные. Целлюлоза гидрофильна, имеет много гидроксильных групп, что позволяет модифицировать её, замещая эти группы. Для увеличения механической прочности целлюлозу гранулируют путем частичного гидролиза, в результате которого разрушаются аморфные участки. На их место для сохранения пористости между кристаллическими участками вводят химические сшивки. Гранулированную целлюлозу довольно легко превратить в различные ионообменные производные, такие как ДЭАЭ-целлюлоза, КМЦ и т.д.

Широко распространены носители на основе декстрана, выпускаемые под названием "сефадексы". При высушивании они легко сжимаются, в водном растворе сильно набухают. В этих носителях размер пор в геле регулируется степенью сшитости. К группе декстранов относят и крахмал. Химически модифицированный крахмал сшивается агентами, такими как формальдегид. Таким способом был получен губчатый крахмал, обладающий повышенной устойчивостью по отношению к ферментам, гидролизу. Водорастворимые препараты на основе декстрана часто применяются как носители лекарственных средств в медицине.

Хорошим носителем считается агар. Его свойства улучшаются после химической сшивки, например, диэпоксидными соединениями. Такой агар становится устойчивым к нагреванию, прочен, легко модифицируется.

Белки в качестве носителей обладают рядом достоинств: вместительны, способны к биодеградации, могут применяться в качестве тонкой (толщиной 80 мкм) мембраны. Иммобилизацию ферментов на белковых носителях можно проводить как в отсутствие, так и в присутствии сшивающих агентов. Белки используются и в фундаментальных биологических исследованиях, и в медицине. К недостаткам белков в качестве носителей относят их высокую иммуногенность (за исключением коллагена и фибрина). Наиболее для иммобилизации используются структурные (кератин, фибрин, коллаген), двигательные (миозин) и транспортные (альбумин) белки.

Синтетические полимерные носители применяются для ковалентной и сорбционной иммобилизации ферментов, для получения гелей, микрокапсул. Полимеры на основе стирола применяются сорбционной иммобилизации. Они могут иметь макропористую, изопористую структуру, а также гетеропористую структуру. Для получения полимерных гидрофильных носителей широко используется акриламид - производное акриловой кислоты.

Широкое распространение получил метод включения ферментов и клеток в полиакриламидный гель, имеющий жесткую пространственную сетчатую структуру. Полиакриламидный гель устойчив к химическим воздействиям. Очень интересную группу представляют полиамидные носители. Это группы различных гетероцепных полимеров с повторяющейся амидной группой -С(О)-NH-. Например, полимеры на основе N-винилпирролидона используются для получения иммобилизованных ферментов, способных медленно распадаться в организме. Кроме того, они биологически инертны, что особенно важно при использовании в медицинских целях. Существенным недостатком большинства полимерных носителей является их способность накапливаться в организме. В этом отношении предпочтение отдается природным полимерам, которые гидролизуются ферментами. Поэтому в состав лекарственных препаратов часто входит декстран, а из синтетических носителей - полимеры на основе N-винилпирролидона. В настоящее время ведутся эксперименты по созданию синтетических полимеров, расщепляющихся с образованием нетоксичных продуктов обмена.

2. 
   Пути образования, расходования и обезвреживания аммиака.
   

В организме человека подвергается распаду около 70г аминокислот в сутки: при

этом освобождается большое количество аммиака, являющегося высокотоксичным

соединением. Поэтому крнцентрация аммиака должна сохраняться на низком

уровне (в норме уровень его не превышает 60 мкмоль/л). Концентрация аммиака 3

ммоль/л является летальной.

Одним из путей связывания и обезвреживания аммиака в мозге, сетчатке, почках

и мышцах, является биосинтез глутамина( и, возможно, аспарагина). Поскольку

глутамин и аспарагин с мочой выделяются в небольших количествах, было

высказано предположение, что они выполняют скорее транспортную функцию

переноса аммиака в нетоксичной форме.

Часть аммиака легко связывается с α-кетоглутаровой кислотой благодаря

обратимости глутаматдегидрогеназной реакции; при синтезе глутамина

связывается ещё 1 молекула, т.о. нейтрализуются две молекулы аммиака:

Орнитиновый цикл мочевинообразования.

Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является биосинтез

мочевины (в основном,в печени).Она выводится с мочой в качестве главного

конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного, обмена. На долю

мочевины приходится до 80-85% всего азота мочи. Реакции синтеза мочевины,

представлены в виде цикла, получившего название орнитинового цикла

мочевинообразования Кребса.

· На первом этапе синтезируется макроэргическое соединение

карбамоилфосфат – это метаболически активная форма аммиака, используемая в

качестве исходного продукта для синтеза ряда других азотистых соединений.

· На втором этапе цикла мочевинообразования происходит конденсация

карбамоилфосфата и орнитина с образованием

цитруллина; реакцию катализирует орнитинкарбамоилтрансфераза:

На следующей стадии цитруллин превращается в аргинин в результате двух

последовательно протекающих реакций. Первая из них, энергозависимая,

сводится к конденсации цитруллина и аспаргиновой кислоты с образованием

аргининосукцината ( эту реакцию катализирует аргининосукцинат-синтетаза).

Аргининсукцинат распадается во второй реакции на аргинин и фумарат

поддействием аргининосукцинат-лиазы.

На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орнитин под действием

аргиназы. Суммарная реакция синтеза мочевины без учёта промежуточных

продуктов:

Это энергетически выгодная реакция, поэтому процесс всегда протекает в

направлении синтеза мочевины.

В состоянии азотистого равновесия организм человека потребляет и

соответственно выделяет примерно 15 г азота в сутки; из экскретируемого с

мочой количества азота на долю мочевины приходится около 85% , креатинина-

около 5%, аммонийных солей – 3%, мочевой кислоты-1% и на другие формы-около

6%.

3. При обследовании больного обнаружено: общий белок плазмы крови 46 г/л, проба Вельтмана 0,2, снижено количество протромбина. В кро­ви снижена активность псевдохолинэстеразы. С патологией какого ор­гана связаны обнаруженные изменения? Обоснуйте.

Ответ. Печень. Гепатит или цирроз. ПхЭ - секреторный фермент. Белок понижен. П.в. понижена.протромбин и остальные исслед-е вещества обр-ся гепатоцитами.