Лекція № 5. Хімія ферментів

План

1. Загальна характеристика ферментів, їх біологічне значення.

2. Номенклатура ферментів.

3. Особливості ферментативного каталізу.

4. Хімічна природа ферментів. Ізоферменти, особливості будови,
клініко-діагностичне значення.

5. Властивості ферментів.

6. Кінетика ферментативних реакцій.

7. Класифікація ферментів.

8. Локалізація ферментів у клітині.

9. Значення визначення активності ферментів у діагностиці хвороб.

10. Специфіка методів дослідження активності ферментів, одиниці
активності ферментів.

1. Загальна характеристика ферментів

Матеріальною основою життя являється взаємодія хімічних речовин і елементів живого організму.

В нормальних фізіологічних умовах біологічні реакції протікають з досить великими швидкостями. Велику швидкість забезпечують біологічні каталізатори-ферменти.

Діючи в строго визначеній послідовності, вони каталізують розщеплення молекул поживних речовин, забезпечують запас і перетворення хімічної енергії, з простих молекул будують макромолекули, що входять в склад клітин і тканин організму.

Наука про ферменти є окремою галуззю біохімії і називається ферментологія.

Вчення про ферменти лежить в основі найважливіших проблем фізіології і патології людини на молекулярному рівні.

Практично всі фізіологічні процеси в організмі забезпечуються каталітичною дією ферментів. І.П. Павлов назвав ферменти "збудниками життя".

Велике значення мають ферменти і в медицині. Деякі хвороби людини, особливо спадкові, можуть бути зв'язані з недостатністю або взагалі відсутністю якогось ферменту.

Наприклад, відсутність у дітей ферменту, що перетворює галактозу в глюкозу є причиною галактомезії, при якому діти отруюються надлишком галактози. З іншої сторони, підвищена активність ферменту може привести до захворювання, наприклад, подагри.

Порушення біохімічних процесів спостерігається при самих різноманітних хворобах людини, при цьому змінюється і діяльність відповідних ферментів. Ось чому визначення активності ферментів крові має важливе значення в діагностиці, а використання ферментів в якості ліків відкриває новий розділ в медицині.

Крім того, ферменти широко використовуються і в промисловості. З допомогою ферментів розшифрована структура білків і нуклеїнових кислот, одержаний ряд ферментативних препаратів, вітамінів.

Ферментологія має довгу і багату відкриттями історію. В її розвитку приймали участь вчені світу, серед них гідне місце займають вітчизняні вчені І.П. Павлов, С.Є. Северин, В.Н. Орехович, Ю.А. Овчинников.

2. Номенклатура ферментів

Назва у ферментів досить складна і складається з декількох частин.

I. Назва субстрату (тобто речовини, на яку діє фермент).

II. Назва типу ферментативної реакції, що каталізує фермент.

III. Назва продукту реакції (Р) та її учасників.

IV. До назви фермента додають закінчення -аза. Наприклад, у печінці є фермент, що каталізує розщеплення глюкозо-6-фосфату на вільну глюкозу та фосфатну кислоту.

Глюкоза-6-фосфат-фосфогідролаза

В цій назві:

I. Назва субстрату - глюкоза - 6 - фосфат.

II. Назва продукту реакції - фосфорна кислота.

III. Тип реакції - гідроліз.

IV. Додається закінчення - аза.

В практиці збереглись і другі назви ферментів, що називаються тривіальними: пепсин, амілаза, трипсин. До них відносяться гідролітичні ферменти ШКТ.

3. Особливості ферментативного каталізу

Каталіз - процес прискорення хімічної реакції під впливом каталізатора, який приймає участь у даному процесі, але до кінця реакції залишається хімічно незмінним. Каталізатори бувають органічні та неорганічні. Органічні каталізатори - це ферменти.

Між молекулами, які вступають в реакцію, існують сили притягування і відштовхування.

При недостатньому запасі енергії молекули необхідно активізувати, тобто додати їм необхідну кількість енергії, що називається енергією активізації. Активація молекул відбувається різними шляхами: нагріванням, опроміненням, підвищенням тиску і за допомогою каталізаторів.

Суть дії каталізаторів заключається в тому, що вони в нормальних фізіологічних умовах викликають перебудову субстрату за рахунок внутрішньо молекулярної перебудови. Це призводить до зниження енергії активізації і молекули можуть взаємодіяти без залучення додаткової енергії. Крім того, активовані молекули взаємодіють набагато швидше.

Характеристика ферментативного каталізу.

Ферменти є природними біологічними каталізаторами, і тому мають подібні властивості з неорганічними каталізаторами.

Суть ферментативної реакції характеризується слідуючими рівняннями.

Е + S ЕS Е + Р

Е - фермент, S - субстрат, Р - продукти реакції. ЕS - фермент субстратний комплекс.

Але ферменти відрізняються від неорганічних каталізаторів рядом параметрів. Ферменти на відміну від неорганічних каталізаторів є високомолекулярними полімерами, мають високу специфічність, низький оптимум температури (35-45ºС) фізіологічний діапазон рН, діють при атмосферному тиску і мають зворотність дії і велику швидкість ферментативної реакції.

Е субстрат ЕS Е + Р

фермент активний центр фермент-субстратний фермент продукти реакції

комплекс

Ферментативна реакція може йти як у прямому так і в зворотньому напрямку.

Активність ферментів може змінюватися в залежності від статі, віку, фізіологічного стану організму. Це не властиво неорганічним каталізаторам.

Розмір молекули ферменту не відповідає розміру молекули субстстрату. Фермент є по своїй природі білком і має велику молекулярну масу в порівнянні з низькомолекулярним субстратом. Крім того, було відмічено, що навіть після відщеплення від молекули ферменту деякої кількості амінокислот, він зберігає свої властивості. Все це дає підстави стверджувати, що фермент діє не всією молекулою, а деякою ділянкою, розташованою на поверхні ферменту. Ця ділянка відповідає структурі субстрату і називається активним центром. Він складається з різноманітних функціональних груп, що представляють радикали амінокислот, утворюючих первинну структуру ферменту.

4. Хімічна природа ферментів

Це білки, що мають велику молекулярну масу рибонуклеаза – 12. 700 в.о., пепсин - 35.000 т. в.о. Ферменти, як і всі білки мають первинну, вторинну, третинну, четвертинну структури.

Первинна структура представляє собою послідовне з’єднання амінокислот і зумовлена спадковими особливостями організму. Саме первинна структура в значній мірі характеризує індивідуальність ферменту.

Вторинна структура представляє α – спіраль.

Третинна - має вид глобули і приймає участь у формуванні активного центру та інших властивостей ферментативної молекули.

Багато ферментів мають четвертинну структуру, що представляє собою об'єднання декількох субодиниць, що мають три рівні організації молекул. Ці субодиниці можуть розрізнятися між собою, як в кількісному, так і в якісному співвідношенні. Це привело до появи груп споріднених ферментів - ізоферментів, що представляють собою ряд форм одного і того ж ферменту. Вони каталізують одну і ту ж реакцію, але розрізняються по місцю локалізації, складу, і тому мають різні фізико-хімічні властивості: швидкості руху в електричному полі, оптиму температури.

Ізоферменти існують більш ніж у 100 ферментів. Наприклад, ЛДГ - каталізує утворення і окислення молочної кислоти. Цей фермент має четвертинну структуру і складається з чотирьох субодиниць, дві з яких представлені типом Н (heat - серце), дві М (muscul - м'язи). За назвою органів де знайдена їх найбільша активність. Різне співвідношення цих субодиниць призвело до появи 5-и ізоферментів ЛДГ.

ЛДГ - 1 (4Н) серце, печінка, мозок.

ЛДГ - 2 (ЗНІМ) нирки, легені.

ЛДГ - З (2Н2М) нирки, легені, мозок.

ЛДГ - 4 (ІНЗМ) - печінка, м'язи.

ЛДГ - 5 (4М) - печінка, м'язи.

Ці ізоферменти позначаються цифрами і в залежності від швидкості руху в електричному полі розділяються методом електрофорезу на 5 фракцій.

Відмінність у хімічному складі ферментів послужила основою для поділу їх на ферменти-протеїни та ферменти-протеїди.

Протеїни складаються тільки з амінокислот. Це в основному гідролітичні ферменти (пепсин, амілаза, ліпаза) ШКТ.

Складні ферменти протеїди мають небілкову частину кофермент і білкову - апофермент.

Коферменти можуть бути представленні мінеральними речовинами, їх називають металоферментами, активними формами вітамінів і нуклеозидтрифосфатами. Присутність вітамінів у складі ферментів визначає їх біологічне значення.

Присутність вітамінів у складі ферментів і визначає їх біологічне значення. Вітамін	Кофермент	Фермент	Тип реакції
Тіамін В1	Тіамінпірофосфат	Декарбоксилаза	Декарбоксилювання (від щеплення СО2)
Піродоксін В6	Фосфопіродоксаль	Амінотрансферази	Перенесення аміногрупи
Вітамін В12	Кобамідні ферменти	Трансметилази	Перенесення метальної гр.

5. Властивості ферментів

Ферменти являються по своїй хімічній природі білками і характеризуються їх властивостями. Це високомолекулярні сполуки здатні утворювати колоїдні розчини мають властивості амфоретних електролітів, термолабільні. Окрім властивостей білків вони мають свої специфічні властивості - зворотність дії та специфічність.

Зворотність дії:

При вивченні дії ферментів біло встановлено, що деякі з них можуть каталізувати як пряму так і зворотну реакцію. Наприклад, ЛДГ забезпечує не тільки розпад молочної кислоти, але і її утворення. Вперше на таку властивість ферментів вказав А.Я.Данилевський (1888 рік), що далі було підтверджено роботами І.П.Павлова, А.І. Опаріна. Слід зазначити, що зворотність дії мають не всі ферменти.

Специфічність

Специфічність це одне з найбільш видатних властивостей ферментів. Ця властивість була відкрита ще в минулому столітті, коли було зроблено спостереження, що близькі по структурі речовини - просторові ізомери, розщеплюються зовсім різними ферментами. В основі специфічності лежить строга відповідність структури субстрату активному центру ферменту. Утворення фермент-субстратного комплексу відбувається слідуючим чином. Як було встановлено у первинному стані структура субстрату і активного центру не точно відповідають один одному. Але при їх взаємодії вони впливають один на одного таким чином, що їх просторові структури змінюються. В результаті, по образному вислову Е.Фішера субстрат підходить до ферменту, як ключ до замка. І стає можливим утворення комплексу субстрата з активним центром ферменту. Цю модель взаємодії називають іще моделлю ключа і замка.

Ступінь специфічності у ферментів різна і поділяється на абсолютну і відносну специфічність.

Відносну специфічність мають ферменти, кожен з яких діє на декілька речовин, що мають один тип зв'язку. Наприклад, протеїнази розщеплюють пептидний зв'язок - NH – СО.

Ферменти, що каналізують перетворення тільки одного субстрату мають абсолютну специфічність. Прикладом цього може бути амілаза, що гідролізує крохмаль до глюкози, сахараза, що розщеплює сахарозу на глюкозу і фруктозу.

6. Кінетика ферментативних реакцій

На швидкість ферментативної реакції впивають концентрація ферменту та субстрату, температура, рН середовища, активатори та інгібітори.

Концентрація ферменту. Величина цього показника прямо пропорційна швидкості реакції.

Підвищення концентрації приводить до одночасного підвищення швидкості реакції при оптимальних умовах (надлишок субстрату, температура рН середовища). Швидкість реакції буде максимальною, коли весь фермент буде зв'язаний у фермент - субстратний комплекс.

Концентрація субстрату. Між швидкістю реакції і кількістю субстрату при оптимальних умовах існує пряма залежність. З підвищенням кількості субстрату швидкість реакції буде підвищуватись.

Температура. Ферменти являється термолабільними сполуками. З підвищенням температури на кожні 10°С швидкість реакції підвищується в два рази. Це проходить до температурного оптимуму. Так називають інтервал температур в якому ферменти проявляють найбільшу активність. Для більшості ферментів це 35-45°С. В організмі людини оптимальна температура для дії ферментів 37°С. Підвищення температури приводить до зниження активності ферменту і швидкості реакції, а при 70-80°С фермент перестає діяти. Це зв'язано з тим, що ферменти мають білкову природу і при підвищенні температури змінюється структура активного центру настільки, що він перестає взаємодіяти з субстратом, тобто відбувається денатурація. При високій температурі структура білка руйнується і руйнується активний центр ферменту.

Зниження температури викликає і зниження швидкості ферментативної реакції, але при цьому фермент зберігає свою структуру і властивості. Якщо температуру підняти до оптимуму, активність ферменту і швидкість реакції відновлюється. Цю властивість застосовують у медицині при хірургічних операціях, наприклад, при проведенні операції на грудній порожнині, організм хворого охолоджують приблизно до 22-25°С, з метою знизити активність ферментів і відповідну швидкість реакцій, тобто обмін речовин в організмі.

рН середовища. Кожний фермент проявляє свою активність тільки при оптимальному рН викликає зниження активності ферменту і зниження швидкості реакції, а при значній зміні реакції середовища фермент інактивується. Це зв'язано з тим, що в утворенні ферменту – субстратного комплексу приймають участь електростатичні зв’язки, які утворюються між протилежно зарядженими функціональними групами субстрата і активного центра ферменту. Такий заряд створюється тільки специфічною рН.

Активатори – являються факторами, що підвищують швидкість ферментативної реакції. Прикладами можуть бути іони хлору, що є активаторами амілази слини Н⁺, які підвищують активність пепсину, жовчні кислоти, що підвищують активність ліпази підшлункової залози. Існує і процес самоактивації. Багато ферментів виробляється в неактивній формі в клітинах в виді проферментів або зимогенів, у яких активний центр заблокований ділянкою пептидного ланцюга.

В результаті цього субстрат не може з'єднатися з активним центром ферменту. Видалення такого додаткового поліпептиду приводить до звільнення активного центру і можливості утворення фермент-субстратого комплексу. Наприклад, проферментом пепсину являється пепсиноген. Відщеплення від його молекули невеликого поліпептидного ланцюга приводить до утворення активного пепсину.

Інгібітори знижують швидкість ферментативної реакції шляхом пригнічення дії ферменту. Даний процес носить назву інгібірування. Інгібірування буває зворотне і незворотне. При незворотному інгібіруванні повністю втрачається активність ферментів, що зв'язано з руйнуванням їх структури. До таких інгібіторів відносяться різні денатуруючі агенти (сильні кислоти, луги, спирти), отрути, фосфорорганічні сполуки.

Зворотне інгібірування проходить тільки в період взаємодії ферменту з інгібітором, видалення якого знову повертає активність ферменту. Воно буває конкурентним і неконкурентним.

Конкурентне має в своїй основі конкуренцію між субстратом і інгібітором за взаємодію з активним центром ферменту. Це можливо тільки тоді, коли структура інгібітора подібна структурі субстрату, інгібітор є структурним аналогом субстрату. Тільки при цій умові інгібітор може взаємодіяти з активним центром ферменту.

Друга особливість конкурентного інгібірування - це строге кількісне співвідношення між субстратом і інгібітором.

Інгібірування може пройти тільки тоді, коли інгібітору буде більше, ніж ферменту.

Неконкурентне - інгібітор не є структурним аналогом субстрату і з'єднується з не активним центром, а з другим центром молекулами, що носить назву алостеричного центру. В результаті цього змінюється структура всього ферменту, в тому числі і активного центру, який уже не може приєднувати субстрат.

Коферменти теж є факторами, що впливають на швидкість реакції, при цьому відмічається пряма залежність між концентрацією коферменту і швидкістю реакції.

7. Класифікація

В основу класифікації покладений тип ферментативної реакції. Ділять на 6 класів.

I. Оксидоредуктази. Каталізують окисновідповідні реакції (ЛДГ, ксинтино-оксидаза, що каталізує синтез сечової кислоти).

II. Трансферази. Ферменти здійснюють міжмолекулярний перенос різних функціональних груп (метилтрансферази транспортують метильні групи, амінотрансферази приймають участь у переносі аміногруп, гексокінази переносять фосфорну кислоту з АТФ на глюкозу).

III. Гідролази. Гідролізують різні сполуки шляхом розриву внутрішньо молекулярних зв'язків (пепсин, трипсин, амілаза, сахараза). При цьому відбувається розпад ефірних зв’язків.

IV. Ліази. Розщеплюють негідролічним шляхом сполуки з подвійними зв'язками. До них відносяться декарбоксилази, ферменти що каталізують відщеплення СО₂ (лізиндекорбоксилаза) знаходиться в товстому відділі кишечнику і каталізує перетворення лізину з утворення кадаверіну. Декарбоксилази, також катілізують утворення з амінокислот біогенних амінів типу тир аміну, гістаміну.

V. Ізомерази. Каталізують взаємне перетворення субстратів. Глюкозо-6- фосфатізомераза забеспечує пряму і зворотну реакції між фруктозо-6- фосфатом і глюкозо-6-фосфатом.

VI. Лігази. Каталізують синтез органічних речовин з двох молекул з використанням енергії АТФ.

В прийнятій класифікації передбачають чотирьох значний код. Перша цифра - номер одного з головних класів, друга - підклас, що характеризує основні субстрати, третя - номер підкласу, який деталізує хімічні групіровки субстрату, четверта цифра являється порядковим номером ферменту, що відноситься до відповідного під-підкласу.

8. Локалізація ферментів

Ферменти локалізуються в органоїдах клітини, де проявляється їх діяльність. Виключення складають ферменти ШКТ, які виділяються у просвіт ШКТ в момент травлення і ферменти системи зсідання крові, що функціонують в кровоносних судинах.

В ядрі клітини знаходяться головним чином ті ферменти, які каналізують обмін нуклеїнових кислот: ДНК-полімерази, ДНК-лігази, РНК-полімерази.

Закономірний розподіл ферментів у різних органоїдах цитоплазми. Наприклад, ферменти тканинного дихання розташовані переважно в мембранах мітохондрій. Каталізатори біосинтезу білку знаходяться переважно в мембранах рибосом, а також в мітохондріях. Ферменти, що каналізують гідролітичне розщеплення органічних речовин (протеїнази, нуклеази, естерази) розташовані головним чином в лізосомах.

Фіксація ферментів в органоїдах клітини сприяє інтенсифікації і впорядкованості біохімічних процесів завдяки направленому контакту між собою, а не випад кованому зштовхуванню.

Клітинна організація ферментів також сприяє надходженню різних речовин в клітини і виведенню продуктів обміну, що є важливою умовою взаємодії біохімічних процесів і їх великої швидкості.

При зміні умов існування організму в процесі адаптації і особливо при патологічних процесах може порушуватися унікальна будова клітини і субклітинних структур, що пояснює відхилення в розподілі і функціях окремих ферментів, а також цілих ферментних систем. Наприклад, при дії іонізуючого випромінювання порушується унікальна структура мембран мітохондрій і в зв’язку з цим послаблюється фіксація на них таких ферментів, як піруватдегідрогеназа і α-кетоглуторатдегідрогеназа, що каналізують процеси декарбоксилування. В таких умовах порушується синтез АТФ, що приводить до стану енергетичного голоду в організмі. Також при променевих враженнях клітини підвищується проникливість лізосом і відбувається їх руйнування, що приводить до переходу в цитозоль гідролітичних ферментів, що підсилюють розщеплення білків нуклеїнових кислот і інших сполук.

Під впливом мікроорганізмів, продуктів їх обміну та обломків клітин також може відбуватися руйнування мембран лізосом. Ці фактори не тільки вивільнюють ферменти з лізосом, а й грають роль індукторів їх біосинтезу. Отже ферменти лізосом не тільки виконують захисну функцію, а і являються важливим механізмом очищення клітин від різних продуктів обміну і деструктивних частинок, а також сприяють самовідновленню клітин.

9. Значення ферментів для медицини

Життєдіяльність любого організму забезпечується постійним і строго послідовним протіканням багатьох тисяч хімічних реакцій, що каталізують ферментами. Ось чому в основі любих порушень функцій організму лежать розлади діяльності ферментів. Механізми виникнення подібних відхилень, роль ферментів у розвитку захворювань, діагностиці і лікуванні – всі ці питання входять в самостійний розділ фітохімії – медичну ферментологію.

Ферментопатії - захворювання, пов'язані з порушенням діяльності ферментів. В залежності від причин, що викликають ці порушення, виділяють декілька видів ферментопатій. По перше, це спадкові ферментопатії, причина яких - порушення синтезу ферментів. Причини цього знаходяться в порушенні генетичного апарату клітин. Виявлено 1500 спадкових ензимопатій, для 100 з них виявлена причина. До них відносяться, наприклад, фенілвиноградна олігофренія, в основі якої лежить порушення синтезу ферменту, що перетворює фенілалинін в тирозин. При цьому в організмі йде накопичення фенілаланіну, який розпадається з утворенням токсичних продуктів, що порушують обмін речовин в організмі, особливо у мозку. У дитини розвивається психічна неповноцінність. Причинами інших ензимопатїй може бути недостатність забезпечення організму незамінними факторами харчування, наприклад, вітамінами, що являються основними частинами ферментів (аліментарні ензимопатії). При дії токсинів, що гальмують діяльність ферментів виникають токсичні ензимопатії.

Велика роль ферментів у діагностиці захворювань. Використання їх з цією метою пов'язана з тим, що ферменти виробляються в клітинах різних органів і тканин і при їх руйнуванні, як в звичайних умовах, так і при патології, поступають у кров, сечу, які використовуються для визначення активності ферментів.

Можливість використання ферментів з діагностичною метою основана на слідуючій характеристиці. Кожний орган має характерний набір ферментів і поява їх у крові дозволяє локалізувати патологію. Так, для серцевого м'яза серед великої групи ферментів найбільш специфічними являються КК (креатинкіназа), АСТ (аспартатамінотрансфераза), ЛДГ (лактатдегідрагеназа). В печінці локалізується АЛТ (аланінамінотрансфераза), ЛДГ, ЩФ (лужна фосфатаза), АСТ. В скелетних м’язах ЛДГ, КК і в меншій мірі АСТ, в нирках, ЛДГ, ЩФ і в значно менше АСТ. В підшлунковій залозі висока активність α-амілази. Крім того різна локалізація ізоферментів в органах і тканинах. Наприклад, ЛДГ-1 переважно локалізується в серці, а ЛДГ-4,5 в печінці. Деякі ферменти виробляється в різних тканинах, тому треба враховувати їх активність і кількісне співвідношення. Так, в серці відмічено більше висока активність АСТ порівняно з АЛТ, в печінці відмічено зворотне співвідношення. У зв’язку з цим для даних ферментів введений, так названий, коефіцієнт де Рітіса – відношення АСТ/АЛТ, яке в серці здорової людини дорівнює 1,33.

Другою причиною, що дозволяє використовувати ферменти в діагностиці являється те, що в організмі здорової людини підтримується стан динамічної рівноваги між процесами катаболізму та анаболізму. Тому вміст в крові ферментів є величиною відносно постійною, а підвищення або зниження активності ферментів свідчить про патологічний процес. Так при інфаркті відмічено суттєве підвищення активності КК, АСТ, АЛТ, ЛДГ, для панкреатиту характерно підвищення α-амілази, для захворювань печінки, перш за все підвищення АЛТ, при злоякісних пухлинах кісток відмічено підвищення активності лужної фосфатази.

Вихід ферментів в кров відбувається не тільки при руйнуванні клітин, а й при підвищені проникливості клітинних мембран. Останнє, як правило, відмічається на самому початку розвитку патологічного процесу, часто до розвитку клінічної картини захворювання.

Цей факт ще більше підвищує значимість ферментативної діагностики. Так КК і АСТ підвищується через 4-6 годин після інфаркту міокарду, активність α-амілаза через 3 години після початку гострого панкреатиту.

Відмічена пряма залежність між активністю ферментів і кількістю зруйнованих клітин. Чим вища активність ферменту, тим більша зона зруйнованої тканини, а зниження активності свідчить про локалізацію некротичного процесу.

Так, при гострому гепатиті, що характеризується дифузним характером запального процесу, активність АЛТ зростає в 50-100 разів порівняно з нормою і підтримується на цьому рівні на протязі 2-3 тижнів.

При інфаркті міокарду, що представляє собою враження невеликої ділянки серцевого м'яза, активність КК і АСТ в крові досягає максимуму на 3-5 добу, після чого знижується.

Визначення активності ферментів використовується для диферентціальної діагностики. Визначення активності АЛТ і АSТ і їх
співвідношення дозволяє провести диференціальну діагностику
інфаркту міокарду і захворювань печінки. В нормі співвідношення АЛТ/АСТ = 1,33 – коефіцієнт де Рітіса. При інфаркті міокарда цей коефіцієнти більше норми, тоді як гепатити характеризуються його зниженням. При паренхіматозних жовтяницях різко зростає активність АЛТ, АСТ, ЩФ, чого не спостерігається при паренхіматозній жовтяниці.

Таким чином, ферменти надають суттєву допомогу в питаннях діагностики, допомагають контролювати лікування хвороби і процес реабілітації. При деяких захворюваннях (спадкові хвороби) ферменти являються основним діагностичним тестом. Так, недостатність фенілаланінгідроксилази завжди свідчить про розвиток фенілпіровиноградної олігофренії.

10. Особливості використання ферментів як лікарських препаратів

Пепсин, ліпази, амілази, панкреатин – знайшли широке використання при недостатній секреторній функції шлунково-кишкового тракту (замісна терапія). Трипсин використовується для очищення гнійних ран і внутрішньом’язово як протизапальний засіб при остеомієлітах і гайморитах. Фібринолізин використовується як фібринолітичний засіб. Для активації діяльності відповідних ферментів використовуються в клініці коферменти. Знання основ ферментології дозволяє створювати ферментативні препарати ціленаправленої дії. Так, сульфаніламідні препарати дають позитивний ефект при коковій інфекції. В основі їх дії лежить конкурентне гальмування ферментативної реакції, так як вони є структурними аналогами субстратів, необхідних для життєдіяльності кокових мікроорганізмів. Нікотинова кислота необхідна для життєдіяльності туберкульозних бацил, а її структурний аналог гідразид ізонікотинової кислоти (фтивазид) являється ефективним засобом для лікування туберкульозу.

Все вищесказане підтверджує важливість і необхідність вивчення ферментів з метою використання їх в медичній практиці.

Специфіка методів дослідження ферментів

Зумовлена перш за все низькою концентрацією ферментів в тканинах. Звичайними методами кількісного аналізу, доступними в лабораторній діагностиці, цю концентрацію визначити неможливо. Тому про концентрацію ферменту судять пропорційно кількості перетвореного субстрату, або по кількості продукту реакції. Тому в біоматеріалі визначається їх активність. Як приклад визначення можна розглянути визначення активності α-амілази. Про активність α-амілази судять по кількості розщепленого крохмалю, що є субстратом для даного ферменту. Ступінь розщеплення крохмалю визначається йодометрично по зниженню зафарбованості розчину.

Одиниці активності ферменту

Активність ферменту визначають за кількістю розщепленого ним субстрату в перерахунку на 1л сироватки крові за одиницю часу. За міжнародну одиницю прийнята така кількість ферменту, яка в оптимальних умовах каталізує перетворення 1 мкмоль субстрату за 1 хвилину (Е= мкмоль/хв). В перерахунку на 1л біологічного матеріалу цю величину можна передавати наступним чином:

Е/л = мкмоль/л • хв.

В міжнародній системі одиниць СИ за одиницю активності ферменту прийнято КАТАЛ, що відповідає кількості ферменту, який перетворює 1 моль субстрату за 1 секунду (кат=моль/сек). В перерахунку на 1л біоматеріалу:

катал=моль/сек • л.

Контрольні питання до теми

1. Що таке ферменти?

2. Яка хімічна природа ферментів?

3. Дайте визначення поняттям „енергія активації”, „енергетичний бар’єр реакції”.

4. Які відмінності мають ферменти від неорганічних каталізаторів?

5. Які основні властивості мають ферменти у порівнянні з білками?

6. Які властивості характерні тільки для ферментів?

7. Які речовини виконують коферментну функцію у складі ферментів?

8. Порівняйте каталітичну активність проферменту і ферменту.

9. Які фактори впливають на швидкість ферментативної реакції?

10. Дайте визначення поняттям „оптимум температури”, „оптимум рН”, „активатори”, „інгібітори ферментів”.

11. Як використовуються ферменти в медицині для діагностики захворювань?

12. Які захворювання відносяться до ензимопатій? Наведіть приклади.

Дата добавления: 2015-07-11