И. Э. Егорова, А. И. Суслова, В. И. Бахтаирова биохимия. Краткий курс
 Скачать 1.92 Mb.
|
|
Медицинское значение. Активность ЛДГ в плазме крови повышается при острых поражениях сердца, печени, почек и др. органов, а также при различных анемиях. Диагностическое значение имеет определение не суммарной активности всех типов ЛДГ, а изоферментов, так как только они являются органоспецифичными. Например, при инфаркте миокарда в крови резко возрастает ЛДГ 1 , при гепатитах – ЛДГ 5 11 1.4. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ Вещества, изменяющие активность ферментов, называют регуляторами. Они делятся на ингибиторы, снижающие ферментативную активность, и активаторы, повышающие ферментативную активность. Ингибиторы способны взаимодействовать с ферментами с разной степенью прочности. На основании этого различают обратимое и необратимое ингибирование. Обратимые ингибиторы связываются с ферментами слабыми нековалентными связями и при определенных условиях легко отделяются от фермента, действуют кратковременно. Обратимые ингибиторы делятся на конкурентные и неконкурентные. Конкурентные ингибиторы имеют структурное сходство с субстратом, в результате чего возникает конкуренция молекул субстрата и ингибитора за связывание с активным центром фермента. В этом случае с активным центром взаимодействует либо субстрат, либо ингибитор, образуя комплексы фермент- субстрат(ЕS) или фермент-ингибитор (ЕI). При формировании ЕI комплекса продукт реакции не образуется. Активность фермента может быть восстановлена при повышении концентрации субстрата. Многие лекарственные препараты действуют как конкурентные ингибиторы. Например, сульфаниламиды, обладающие бактериостатическим действием, являются аналогами парааминобензойной кислоты, которую бактерии используют для синтеза фолиевой кислоты (необходимой для синтеза нуклеотидов и деления клеток). Неконкурентные ингибиторы не похожи на субстрат, поэтому взаимодействуют с ферментом в участке, отличном от активного центра. Необратимые ингибиторы образуют прочные ковалентные связи с ферментом, при этом чаще модификации подвергается активный центр фермента. В результате фермент не может выполнять свою каталитическую функцию. Например, фосфорорганические соединения ковалентно связывают ОН-группусерина, находящуюся в активном центре и играющую ключевую роль в процессе катализа. Такие ингибиторы, если используются как лекарства, действуют длительно (сутки, недели). Восстановление ферментативной активности может быть связано с синтезом новых молекул фермента. Большинство ферментативных процессов в клетке протекают не в одну стадию, а представляют собой совокупность ферментативных реакций, объединенных в ферментативные цепи (метаболические пути), которые могут быть линейными (гликолиз), разветвленными, циклическими (цикл Кребса). Чтобы воздействовать на скорость метаболического пути, достаточно регулировать количество или активность ферментов. В метаболических путях нет надобности регулировать активность всех ферментов, обычно регулируется активность ключевых ферментов, которые определяют скорость метаболического процесса в целом. Ключевыми ферментами являются: ферменты начала метаболического пути (первый фермент), ферменты, катализирующие скорость-лимитирующие (самые медленные) реакции, 12 ферменты, находящиеся в месте разветвления метаболических путей. Регуляция скорости ферментативных реакций может осуществляться путем: изменения количества молекул фермента, доступностью молекул субстрата и кофермента, регуляции каталитической активности молекул отдельных ферментов. Регуляция количества молекул фермента в клетке может осуществляться путем изменения скорости его синтеза (индукция –увеличение скорости синтеза, репрессия –торможение) или путем изменения скорости его распада. Важный параметр, контролирующий протекание метаболического пути, – наличие субстратов, главным образом – первого, чем больше его концентрация, тем выше скорость метаболического пути. Регуляция каталитической активности отдельных ферментов. Основными способами регуляции являются: аллостерический и изостерический механизмы, регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий, путем химической модификации, ограниченного (частичного) протеолиза. Изостерический механизм.В этом случае регулятор воздействует непосредственно на активный центр фермента. По такому механизму действуют конкурентные ингибиторы, некоторые металлы. Аллостеричесий механизм. Многие ферменты помимо активного центра имеют еще и аллостерический центр, пространственно удаленный от активного центра. Аллостерические ферменты обычно являются олигомерными белками, состоящими из нескольких субъединиц. К аллостерическому центру нековалентно присоединяются эффекторы. В их роли могут выступать субстраты, конечные продукты метаболического пути, коферменты, макроэрги (причем АТФ и АДФ действуют как антагонисты: АТФ активирует процессы анаболизма и ингибирует катаболизм, АДФ –наоборот). Аллостерических центров у фермента может быть несколько. Аллостерические ферменты обладают свойством положительной и отрицательной кооперативности. Взаимодействие эффектора с аллостерическим центром вызывает последовательное кооперативное изменение конформации всех субъединиц, приводящее к изменению формы активного центра, что снижает или увеличивает сродство к субстрату, а значит, соответственно, уменьшает или увеличивает каталитическую активность фермента. Внутримолекулярное взаимодействие белок – белок (только для олигомерных ферментов) с изменением олигомерности. ПротеинкиназаА – фермент, который фосфорилирует белки за счет АТФ, состоит из 4 субъединиц двух типов: двух субъединиц регуляторных и двух каталитических. Такой тетрамер не обладает каталитической активностью. При диссоциации тетрамерного комплекса освобождаются две каталитические субъединицы и фермент становится активным. Такой механизм регуляции обратим. 13 Ассоциация регуляторных и каталитических субъединиц протенкиназы А вновь приводит к образованию неактивного комплекса. Регуляция активности ферментов путем химической модификации. Это наиболее часто встречаемый механизм регуляции активности ферментов путем ковалентной модификации аминокислотных остатков. При этом модификации подвергаются ОН-группы фермента. Фосфорилирование осуществляется ферментами протеинкиназами за счет АТФ. Присоединение остатка фосфорной кислоты приводит к изменению каталитической активности, при этом результат может быть двояким: одни ферменты при фосфорилировании активируются, другие – становятся менее активными. Изменение активности путем фосфорилирования обратимо. Отщепление остатка фосфорной кислоты осуществляется протенфосфатазами. Регуляция активности ферментов путем ограниченного протеолиза. Некоторые ферменты синтезируются в виде неактивных предшественников – проферментов и активируются в результате гидролиза одной или нескольких определенных пептидных связей с N-конца полипептидной цепи, что приводит к отщеплению части белковой молекулы профермента. В результате в оставшейся части белковой молекулы происходит конформационная перестройка и формируется активный центр и фермент становится активным. Отщепление пептида от белков-предшественников катализируют ферменты пептидазы. При этом активность фермента изменяется необратимо. Ограниченный протеолиз лежит в основе активации протеолитических ферментов ЖКТ, белков свертывающей системы крови и системы фибринолиза, а также белково-пептидных гормонов. Например, трипсиноген, синтезируемый в поджелудочной железе, поступает в кишечник, где на него действует фермент энтеропептидаза. В результате происходит ограниченныйпротеолиз с отщеплением гексапептида. При этом в оставшейся части молекулы формируется активный центр и образуется активный трипсин. 1.5. ФЕРМЕНТЫ В МЕДИЦИНЕ И ФАРМАЦИИ В медицинской энзимологии выделяют 3 раздела: энзимопатологию, энзимодиагностику и энзимотерапию. Энзимопатология изучает заболевания, в основе которых лежат нарушения функционирования ферментов в клетке. Различают первичные энзимопатии (наследственные, например, фенилкетонурия) и вторичные (приобретенные – гастрит, панкреатит). При этом клинические проявления болезни могут быть связаны с нарушением образования конечных продуктов и с накоплением субстратов-предшественников. Энзимодиагностика заключается в постановке диагноза на основе определения активности ферментов в биологических жидкостях(плазме крови, моче). Ферменты плазмы крови можно разделить на 2 группы: функциональные и нефункциональные. Первые активно секретируются в плазму определенными органами и выполняют там определенные функции (например, ферменты свертывающей системы), патология этих ферментов приводит к развитию 14 заболеваний, для диагностики эта группа ферментов не используется. Ко второй группе относят большое количество ферментов, высвобождающихся из клеток при некрозе (в связи с нарушением целостности клеток) и воспалении (в связи с нарушением проницаемости мембраны). Обычно эти ферменты выполняют свои функции внутри клетки, у здорового человека активность их в плазме низкая и достаточно постоянная. Повышение активности в крови нефункциональных ферментов используют для диагностики заболеваний сердца, печени, поджелудочной железы и др. При этом более информативными для диагностики являются тканеспецифические ферменты. Для печени это ЛДГ 5 , для сердечной мышцы – креатинкиназа, ЛДГ 1 ; для поджелудочной железы – амилаза и липаза. При этом уровень активности ферментов в крови коррелирует со степенью повреждения клеток. Энзимотерапия – это использование ферментов и их ингибиторов в качестве лекарственных средств. Ферменты как лекарства применяют для заместительной терапии в случае их недостаточности, например при недостаточности ферментов желудочно-кишечного тракта используют пищеварительные ферменты: фестал, мезим, креон и др. Ферменты также используют в комплексной терапии в сочетании с другими препаратами. Например, протеолитические ферменты (трипсин и др.) используют для очистки гнойных ран, для удаления вязких секретов при заболеваниях дыхательных путей. Перспективны иммобилизованные ферменты, которые более стабильны, обладают более длительным действием, меньшейаллергенностью. Чаще всего растворимые иммобилизованные ферменты получают путем ассоциации с декстраном. Другой подход – микрокапсулирование и включение в липосомы. В этом случае ферменты защищены от действия протеаз. Кроме ферментов в терапии применяют коферменты. Например: коэнзим А–при мышечной дистрофии, пиридоксальфосфат – при судорожных состояниях из-за недостатка тормозных медиаторов, тиаминпирофосфат (кокарбоксилаза) – при недостаточности коронарного кровообращения. Очень широко в медицинской практике в качестве лекарств применяют ингибиторы ферментов. Ингибиторы синтеза холестерина – для лечения атеросклероза, ингибиторы пептидаз – для лечения панкреатита, эмфиземы легких; аллопуринол – ингибитор ксантиноксидазы для лечения подагры. Стандартизация и контроль качества ферментов как лекарств оценивают по их каталитической активности. Это связано с тем, что фармакологический эффект обусловлен именно биологической активностью препарата, а не обязательно его концентрацией. Для аналитических целей применяют ферментные электроды. Это комбинация электрохимических датчиков и иммобилизованных ферментов. Для контроля содержания пенициллина в средах применяют электрод с ферментом пенициллазой. Аналогичные ферментные электроды применяют для определения мочевины, аминокислот. 15 1.6. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Выбрать один правильный ответ 1. ПО СВОЕЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ ФЕРМЕНТЫ ЯВЛЯЮТСЯ 1) белками 2) липидами 3) углеводами 4) нуклеиновыми кислотами 2. В ОТЛИЧИЕ ОТ НЕОРГАНИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ ФЕРМЕНТЫ РАБОТАЮТ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 1) 80 градусов 2) 100 градусов 3) 37 градусов 4) 0 градусов 3. ПРЕВРАЩЕНИЕ СУБСТРАТА В ПРОДУКТ РЕАКЦИИ ПРОИСХОДИТ В 1) активном центре фермента 2) аллостерическом центре 3) оба варианта правильные 4. КОФЕРМЕНТ НАД + ПЕРЕНОСИТ 1) аминогруппу 2) одноуглеродные фрагменты 3) метильную группу 4)атомы водорода 5. В СОСТАВ КОФЕРМЕНТА ФАД ВХОДИТ ВИТАМИН 1) В 1 2) С 3) Е 4) В 2 6. ДЛЯ КОНКУРЕНТНОГО ИНГИБИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРНО 1) субстрат и ингибитор имеют структурное сходство 2) субстрат и ингибитор не имеют структурного сходства 3) ингибитор присоединяется к аллостерическому центру 4) активность фермента не может быть восстановлена 7. АКТИВНОСТЬ НЕФУНКЦИОНАЛЬНЫХ (ТКАНЕВЫХ) ФЕРМЕНТОВ В СЫВОРОТКЕ КРОВИ МОЖЕТ БЫТЬ УВЕЛИЧЕНА 1) при любых патологических процессах в органе 2) при некрозе 3) при снижении скорости кровотока 16 8. ДЛЯ СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ ТКАНЕСПЕЦИФИЧЕСКИМИ ФЕРМЕНТАМИ ЯВЛЯЮТСЯ 1) липаза 2) ЛДГ 1 3) амилаза 4) ЛДГ 5 9. ПРИ ГЕПАТИТЕ В СЫВОРОТКЕ КРОВИ БУДЕТ УВЕЛИЧЕНА АКТИВНОСТЬ 1)амилазы 2) аланинаминотрансферазы 3) креатинккиназы 4) липазы 10. ФЕРМЕНТЫ КЛАССА ТРАНСФЕРАЗ УЧАСТВУЮТ 1) в переносе функциональных групп с одной молекулы на другую 2) в окислительно-восстановительных реакциях 3) в расщеплении связей при участии воды 4) в реакциях синтеза за счет энергии АТФ 11. В ПРИСУТСТВИИ ФЕРМЕНТА РЕАКЦИЯ 1) с высокой энергией активации заменяется на реакцию с низкой энергией активации 2) с низкой энергией активации заменяется на реакцию с высокой энергией активации 3) не меняется 12. УЧАСТОК МОЛЕКУЛЫ ФЕРМЕНТА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СУБСТРАТОМ, НАЗЫВАЕТСЯ: 1) кофермент 2) простетическая группа 3) апофермент 4) активный центр 5) аллостерический центр 13. В ПЕРЕНОСЕ ВОДОРОДА УЧАСТВУЕТ КОФЕРМЕНТ: 1) ФАД 2) ТПФ 3) тетрагидрофолат 4) КоА 14. АБСОЛЮТНОЙ СПЕЦИФИЧНОСТЬЮ ОБЛАДАЕТ ФЕРМЕНТ 1) липаза 2) лактаза 3) трипсин 4) пепсин 17 15. ИЗОФЕРМЕНТ ЛДГ 1 ПРЕДСТАВЛЕН СОЧЕТАНИЕМ СУБЪЕДИНИЦ 1) НННН 2) НННM 3) ННММ 4) НМММ 5) ММММ 2. ВИТАМИНЫ Витамины – это низкомолекулярные биологически активные вещества экзогенного происхождения, необходимые для нормального протекания метаболических процессов и поддержания состояния здоровья. При этом витамины не входят в состав клеточных структур и не используются как источник энергии. Их участие в обменных процессах в основном сводится к образованию коферментных форм. При дефиците витаминов развиваются гиповитаминозы, которые помимо общих признаков имеют специфические проявления. Общими признаками гиповитаминозов являются: 1. Снижение массы тела 2. Снижение физической и интеллектуальной работоспособности 3. Снижение устойчивости к стрессу, травмам, инфекциям, интоксикациям 4. Анемии, снижение репродукции, иммунитета, патология кожи и слизистых (при некоторых гиповитаминозах). Гиповитаминозы делятся на экзогенные (связаны с дефицитом витаминов в рационе) и эндогенные (связаны с нарушением усвоения, например, причиной В 12 -авитаминоза является отсутствие фактора Касла, вырабатывающегося в обкладочных клетках желудка). В настоящее время известно 13 витаминов, которые являются незаменимыми факторами питания, ибо не синтезируются в организме (исключение составляет витамин Д, синтезирующийся в коже из холестерина, и витамин РР 15% его суточной потребности синтезируется из триптофана). Витамины делят на 2 группы: водо- и жирорастворимые. Водорастворимые витамины поступают с продуктами животного (молоко, мясо)и растительного происхождения(овощи, фрукты, травы). Основное количество витаминов этой группы (кроме пантотеновой кислоты и витамина С) поступают с животной диетой. Всасываются они свободно, для них в плазме не нужны транспортеры (кроме В 12 ), эти витамины запасаются мало (кроме В 12 ), большинство из них действует путем образования коферментов (исключение –витамины С и Н). В коферменты витамины переводятся четырьмя путями: 1. Фосфорилирование: В 1 , В 2 , В 6 ,пантотенат 2. Присоединение нуклеотидов: РР, В 2 , пантотенат 18 3. Присоединение нуклеозида или метила: В 12 4. Восстановление: К, фолиевая кислота Жирорастворимые витамины (А,Д,Е,К) поступают только с жирами, способны к значительному запасанию, в плазме транспортируются либо в комплексе со специфическими транспортерами, либо в составе липопротеидов. Действуют жирорастворимые витамины либо путем перевода в коферменты(К), либо через ядерные рецепторы(активные формы витаминов А и Д). 2.1. ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ Витамин В 1 , (тиамин, антиневритный витамин) Пищевые источники: наружная оболочка семян хлебных злаков и риса, горох, фасоль, дрожжи, печень, почки. Биологическая роль: образует путем фосфорилирования кофермент ТПФ (тиаминпирофосфат), который входит в состав трех ферментов: в составе пируват- и -кетоглутаратдегидрогеназных комплексов он участвует в окислительном декарбоксилировании пирувата и - кетоглутарата; а также входит в состав транскетолазы пентозофосфатного пути превращения углеводов. При недостаточности витамина развивается тяжелое заболевание бери- бери, основным проявлением которого являются полиневриты, в их основе лежат дегенеративные изменения нервов. Вначале развивается болезненность вдоль нервных стволов, а затем потеря кожной чувствительности и наступает паралич. Второй важнейший признак – нарушение сердечной деятельности. Характерными признаками авитаминоза являются также нарушение функций ЖКТ: потеря аппетита, атония кишечника. Как правило, дефицитен при алкоголизме. Витамин В 2 (рибофлавин) Пищевые источники: печень, почки, молоко, яйца, дрожжи. Биологическая роль: необходим для образования двух коферментов: ФМН – путем фосфорилирования и ФАД – путем присоединения нуклеотида. Оба кофермента переносят атомы водорода и входят в состав флавиновых ферментов, принимающих участие в окислительно-восстановительных реакциях: дегидрогеназ (например, сукцинатдегидрогеназа цикла Кребса), редуктаз и оксидаз. Клинические проявления недостаточности: остановка роста, воспалительные процессы слизистой оболочки языка (глоссит), трещины в углах рта (ангулярный стоматит), дерматит носогубной складки. Характерным является также васкуляризация роговицы, катаракта. |