Материал: Курс занятий. Ферменты

Аллостерический центр

6 )Аллостерическое ингибирование.

-ингибиторы связываются с отдельными участками фермента вне активного центра.

-конформационные изменения в молекуле фермента, которые приводят к уменьшению его активности

Регуляция ферментативной активности.

Возможность регулировать активность ферментов в соответствии с потребностями клетки и целостного организма относится к важнейшим свойствам этих веществ. Ферменты должны работать со строго определѐнной активностью и в строго определѐнных направлениях. В регуляции метаболизма принимают участие несколько факторов.

1. Количество фермента в клетке, которое определяется двумя факторами:

скоростью синтеза; скоростью распада.

(два типа ферментов)

конститутивные (ферменты жизнеобеспечения – энергетического обмена, синтеза нуклеиновых кислот, белков, липидов и т.д.)синтезируются с постоянной скоростью и с постоянной скоростью разрушаются;

индуцибельные (адаптивные) – ферменты, обеспечивающие выполнение специфических функций; синтез этих ферментов возрастает при наличии соответствующих стимулов (индукторов). Например, при беременности и после родов в молочной железе индуцируется синтез ф-та лактозосинтазы под действием лактотропного гормона

2. Доступность фермента и субстрата (например, при отсутствии инсулина глюкоза не может проникнуть в клетки, где находятся ферменты еѐ метаболизма).

3. Регуляция активности самого фермента: компонентами самой клетки (температурой, рН, количеством субстрата, компартментализацией ферментов, наличием транспортных систем, наличием эффекторов);

• а ллостерическая регуляция;

-К аллостерическому центру присоединяется не субстрат, а эффектор

-Аллостерические ферменты построены из двух и более субъединиц: одни субъединицы содержат каталитический центр, другие имеют аллостерический центр(регуляторные).

-Присоединение эффектора к аллостерическому центру регуляторной субъединицы изменяет конформацию белка и, соответственно, активность каталитической субъединицы

- Регуляторы – исходные вещества и конечные продукты, а также вещества, участвующие в сопряжѐнных реакциях, поэтому аллостерическую регуляцию часто называют саморегуляцией, Конечные продукты (иногда промежуточные метаболиты) – ингибиторы, исходные субстраты – активаторы.

• химическая модификация (ковалентная и нековалентная);

Ф осфорилирование и дефосфорилирование (ковалентная модификация) – один из наиболее распространѐнных способов регуляции активности ферментов. Такая модификация заключается в обратимом присоединении или отщеплении фосфорной кислоты. Фосфорилирование фермента происходит по остаткам серина и тирозина. Присоединение фосфорной кислоты к белку осуществляют ферменты протеинкиназы, отщепление – протеинфосфатазы.

Ферменты могут быть активны как в фосфорилированном, так и в дефосфорилированном состоянии. Например, при фосфорилировании ферментов, участвующих в обмене гликогена, фермент распада гликогена (гликогенфос-форилаза) находится в активном состоянии, а фермент синтеза гликогена (гликогенсинтаза) – в неактивном. В дефосфорилированном состоянии, наоборот, гликогенфосфорилаза неактивна, а гликогенсинтаза активна. Таким образом противоположно направленные процессы никогда не идут одновременно. Процессы диссоциации-ассоциации и фосфорилирования-дефосфорилирования не происходят спонтанно, а начинаются только при поступлении гормонального сигнала.

• частичный протеолиз- отщепление пептида от неактивного предшественника, в результате чего формируется правильная конформация белка-фермента, и он переходит в активное состояние

Кофакторы ферментов: ионы Ме

Содержание

-глюкозооксидаза используется - содержание глюкозы в крови

-уреаза –определение концентрации мочевины

липаза – липидов

Активность

–измерение скорости превращения субстрата в продукт, т.е. количество превращѐнного субстрата в единицу времени.

Типы единиц

1 )Международная (стандартная) Единица активности – это количество фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата в минуту в оптимальных условиях:

2)Катал – количество фермента, которое катализирует превращение в оптимальных условиях 1 моля субстрата за одну секунду

3)Другие -активность протеиназ - «тирозиновые единицы»

-активность амилазы – в амилокластических

-активность аминотрансфераз – условных

Энзимология

-раздел биохимии, изучающий строение, механизм действия и молекулярную структуру ферментов, нарушение их функционирования, а также выделение, процессы биосинтеза ферментов и их практическое применение

в неѐ входят энзимодиагностика и энзи-мотерапия.

Э НЗИМОПАТИЯ (энзимопатология) – количественное или качественное нарушение ферментов, сопровождающееся болезнью. В большинстве случаев - приводят к снижение количества или активности ферментов→ нарушение метаболических процессов.

П ервичные– заболевания, связанные с дефектом генетического аппарата и являющиеся наследственными Вторичные(приобретенные) -возникают как следствие заболеваний органов, вирусных ин-фекций, токсических воздействий и т.п., что приводит к нарушению синтеза фермента или условий его работы, например, гипераммониемия при заболе-ваниях печени, при которых ухудшается синтез мочевины и в крови накапливается аммиак, а при панкреатитах наблюдается уменьшение секреции пище-варительных ферментов и ухудшение пищеварения.

Пр:, ФКУ-фенилкетонурия – наследственная болезнь, связанная с отсут-ствием фенилаланинмонооксигеназы (фенилаланингидроксилазы), галактоземия – отсутствие ферментов метаболизма галактозы.

Вторичные энзимопатии:

-токсические: обусловлены конкурентным или неконкурентным ингибированием ферментов (например, ядами, фосфорорганическими соединениями, боевыми отравляющими веществами и т.д.). Они могут действовать как на стадии биосинтеза фермента, так и блокировать уже готовый фермент.

-алиментарные энзимопатии являются следствием нерационального питания: недостаток витаминов, микроэлементов – причина нехватки кофакторов, недостаток белка – причина нехватки аминокислот для синтеза апофермента.

-регуляторные энзимопатии связаны с нарушением функционирования эндокринной системы, а поскольку все процессы в организме регули-руются гормонами, то недостаток или избыток гормонов приведѐт к нарушению работы ферментов.

поскольку все ферментативные процессы «привязаны» к определѐн-ным клеточным структурам, то нарушение локализации ферментов (компартментализации) приведѐт и к нарушению их функций.

ферменты жизнеобеспечения (одинаковые во всех клетках и участвующих в синтезе белков, ДНК и РНК, в энергетическом обмене)

органспецифические ферменты (выполняющие специфические функции в определѐнных органах: в печени находятся ферменты синтеза мочевины, в щитовидной железе – йодпероксидаза, в надпо-чечниках – ферменты синтеза кортикостероидов).

Онтогенез

у новорожденных - отсутствуют ферменты поджелудочной железы, но к двум годам жизни они уже синтезируются в адекватном количестве) и при болезнях (наследственные и вторичные энзимопатии).

КЛИНИЧЕСКАЯ ЭНЗИМОЛОГИЯ, = энзимодиагностику + энзимотерапию.

ЭНЗИМОДИАГНОСТИКА – использование определения активности фермен-тов в диагностических целях. Практически любое заболевание сопровожда-ется изменением ферментного спектра, поэтому определение активности ферментов – один из важнейших критериев для постановки диагноза и разра-ботки тактики лечения. Как правило, для энзимодиагностики используют биологические жидкости – слюну, спинномозговую жидкость, и, чаще всего, кровь.

Ферменты крови по происхождению:

1)собственные ферменты крови (синтезируются печенью для обеспечения функционирования крови –ферменты свѐртывающей, противосвѐртывающей, фибринолитической систем). Эти ферменты часто на-зывают секреторными;

ферменты секретов и экскретов (попадающие в кровь из пищевари-тельных соков, жѐлчи и т.д.);

2)органспецифические (тканевые, индикаторные), синтезируемые клет-ками для собственных нужд, но в очень маленьком, строго постоян-ном количестве попадающие в кровь. Изменение их активности может свидетельствовать о нарушениях в тех или иных органах. Эти измене-ния могут носить различный характер:

• повышение активности может быть результатом ускорения процессов синтеза (щелочная фосфатаза при рахите, гепатите), некроза клеток, понижения выведения, повышении проницаемости клеточных мембран;

• снижение активности вызывается уменьшением числа клеток, секретирующих фермент (холинэстераза при циррозе печени), недостаточностью синтеза, увеличением выведения фермента, торможением активности (в результате действия протеиназ);

• исчезновение фермента может быть вызвано некрозом ткани (при некрозе поджелудочной железы сначала активность ферментов в крови увеличивается, а затем падает до нуля).

В настоящее время для диагностики используют так называемый «диаг-ностический ферментный спектр» – комплекс ферментов, изменения которых характерно для того или иного заболевания. Например, острые гепатиты ха-рактеризуются резким увеличением активности аланин- и аспартатами-нотрансфераз и альдолазы. При механических желтухах характерным являет-ся нарастание содержания щелочной фосфатазы без большого увеличения активности аминотрансфераз и альдолазы

ЭНЗИМОТЕРАПИЯ – использование ферментов с лечебной целью. В связи с белковой природой ферментов их использование ограничено. Основными направлениями энзимотерапии являются:

ферментозаместительная терапия (при нарушении секреции пищева-рительных желѐз – пепсидил, панкреатин, мезим, фестал, креон и т.д.);

противовоспалительная терапия (трипсин, химотрипсин, коллагеназу применяют для ускорения отторжения некротизированных тканей, для очистки трофических язв, ожоговых поверхностей; рибонуклеаза и де-зоксирибонуклеаза входят в состав глазных капель для лечения ви-русных конъюнктивитов);

фибринолитическая терапия (стрептокиназу и урокиназу используют как активаторы фибринолиза при тромбозах);

литическая терапия (для рассасывания рубцов, спаек применяется ли-даза – лекарственная форма гиалуронидазы, гидролизующая компо-ненты межклеточного матрикса).

Для каждой ткани (органа) характерен определённый ферментный состав (маркерные ферменты). Для сердечной мышцы маркерными ферментами являются - аспартатаминотрансфераза (АсТ), креатинкиназа; для печени – аланинаминотрансфераза (АлТ); для предстательной железы – кислая фосфатаза ( КФ); для поджелудочной железы – α-амилаза и т.д.

При заболеваниях, сопровождающихся некрозом, маркерные (органоспецифичные) ферменты из повреждённых клеток в большом количестве поступают в кровь, и уровень их активности увеличивается, возникает гиперферментемия. Определение уровня активности маркерных ферментов в сыворотке крови имеет клиническое значение в диагностике и прогнозе ряда заболеваний.

Так, при инфаркте миокарда увеличивается уровень активности АсТ, креатиназы; вирусном гепатите – АлТ; раке предстательной железы – кислой фосфатазы; при заболеваниях поджелудочной железы – α-амилазы и т.д.

Некоторые ферменты применяют в качестве лечебных препаратов:

• Пепсин – при нарушении синтеза и секреции пепсина в желудке;

• Трипсин, химотрипсин используются для лечения гнойных ран;

• Фибринолизин, стрептокиназа – для предотвращения тромбообразования при пересадке органов и других операциях;

• Гиалуронидаза обеспечивает рассасывание рубцов;

• Аспарагиназа применяется при лечении некоторых злокачественных образований и т.д.

При отсутствии или недостатке тех или иных ферментов, связанных с мутацией гена, ответственного за синтез белка – фермента, возникают наследственные энзимопатии.

При фенилпировиноградной олигофрении отсутствует фермент гидроксилаза, катализирующая превращение аминокислоты фенилаланина в тирозин. Это приводит к повышению уровня фенилаланина в крови и моче, кроме того, из фенилаланина образуется фенилпировиноградная кислота, что оказывает токсическое действие на центральную нервную систему, в результате чего развивается слабоумие.

При галактоземии отсутствует фермент галактозо-1-фосфат-уридилтрансфе-раза, катализирующий превращение галактоза-1-фосфат в глюкоза-1-фосфат. Это является причиной увеличения галактозы и галактоза-1-фосфат в крови, что сопровождается у детей грудного возраста рвотой, диареей, вздутием живота и т.д.