Использование ферментов в медицине
В настоящее время медицинская энзимология развивается двумя путями. Один путь – энзимотерапия, другой – энзимодиагностика.
Энзимотерапия – использование ферментов в качестве лечебных средств в терапии, хирургии, гинекологии, урологии, стоматологии и многих других областях медицины. Широко распространена заместительная терапия заболеваний желудочно-кишечного тракта, основанная на использовании пищеварительных ферментов амилазы, липазы, протеиназ: пепсина, трипсина, химотрипсина, коллагеназы, эластазы.
Известно, что протеиназы легко расщепляют белки мертвых клеток, поэтому их применяют для очистки ран, лечения воспалительных заболеваний, сильных ожогов и обморожений. Ферментативный препарат рибонуклеазу используют при лечении вирусных заболеваний, гиалуронидазу применяют для рассасывания рубцов после операций. Ферменты используют в онкологии, в частности, аспарагиназу, катализирующую расщепление аспарагина, для лечения лейкозов.
Энзимодиагностика заключается в уточнении диагноза заболевания на основе определения активности фермента в биологических жидкостях организма. Понижение или повышение активности ферментов в крови, а также появление в крови ферментов, отсутствующих в норме, служит диагностическим критерием при патологии.
Для диагностики органических и функциональных поражений органов и тканей применяются ферментные тесты, характеризующиеся относительно высокой чувствительностью и специфичностью.
Определение активности ферментов в биологических жидкостях в настоящее время является обязательным компонентом диагностики:
- инфаркта миокарда (креатинкиназа, лактатдегидрогеназа и их изоферментный состав);
- заболеваний поджелудочной железы (амилаза сыворотки крови и мочи);
- патологии печени (аминотранасферазы – аланинаминотрансфераза (АЛТ), аспартатаминотрансфераза (АСТ), щелочная фосфатаза, γ – глутамилтрансфераза);
- при карциноме простаты (кислая фосфатаза).
При инфаркте миокарда наблюдают достоверные изменения в крови активности ферментов креатинкиназы (КК) и лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и их изоферментного состава, аминотрансфераз – ACT и АЛТ, которые зависят от времени, прошедшего от начала развития инфаркта и от зоны тканевого повреждения (рис. 13). Обнаружение повышенной активности КК в плазме крови - основной энзимодиагностический критерий инфаркта миокарда. Если у пациента с загрудинными болями не обнаружено изменения в активности КК, диагноз инфаркта миокарда маловероятен.
Рис.13 Изменение активности ферментов в плазме крови при инфаркте миокарда. (Северин Е.С. 2009). Обозначения ферментов даны в тексте.
Креатинкиназа имеет 3 изофермента – ВВ, МВ, ММ. Изофермент ВВ находится преимущественно в головном мозге, ММ – в скелетных мыщцах и МВ – в сердечной мыщце. При инфаркте миокарда происходит повышение количества МВ – изоформы.
Одним из распространенных и часто используемых методов в энзимодиагностике является иммуноферментный анализ (ИФА), в котором ферменты выступают в качестве неотъемлемого компонента тест-системы. Сущность ИФА заключается в специфическом взаимодействии антитела и антигена с последующем присоединением к полученному комплексу конъюгата (антивидового иммуноглобулина, меченного ферментом). Фермент вызывает разложение хромогенного субстрата с образованием окрашенного продукта, который выявляется либо визуально, либо фотометрически.
Получение иммобилизованных (закрепленных) ферментов, значительно расширило сферу применения биокатализаторов. Сущность иммобилизации ферментов — прикрепление их в активной форме к нерастворимой основе или заключение в полупроницаемую мембранную систему за счет чего резко повышается стабильность фермента. Прикрепление фермента к носителю осуществляется адсорбционно, химической связью или путем механического включения фермента в органический или неорганический гель. В медицине иммобилизованные ферменты открыли путь к созданию лекарственных препаратов пролонгированного действия со сниженной токсичностью и аллергенностью. Иммобилизационные подходы способствуют решению проблемы направленного транспорта лекарств в организме. Ряд иммобилизованных ферментов с успехом применяются в медицине:
- использование тампонов, бинтов с иммобилизованными на них протеиназами для заживления ран и ожогов;
- создание протезов кровеносных сосудов и сердечных клапанов из тромборезистентного материала на основе полимеров с иммобилизованными на них тромболитическими ферментами;
- использование иммобилизованных ферментов в экстракорпоральных реакторах (уреазы, фенилаланиламмиклиазы – в лечении соответственно почечной недостаточности, фенилкетонурии).
Иммобилизованная пенициллинамидаза служит для выработки 6-аминопенициллановой кислоты, используемой в синтезе полусинтетическиъх пенициллинов из природного пенициллина, а иммобилизованная β-галактозидаза – для получения диетического безлактозного молока.
Кроме того, ферменты используют, как избирательные реагенты для количественного определения нормальных или патологических компонентов сыворотки крови, мочи, желудочного сока и др. Так, глюкозооксидазу применяют для количественного определения глюкозы в моче, а фермент уреазу для определения мочевины в крови и моче. При определении содержания холестерина в сыворотке крови используют несколько ферментов: холестеринэстераза расщепляет сложноэфирную связь в эфирах холестерина (форма депонирования холестерина), полученный свободный холестерин окисляется холестериноксидазой до кето-формы холестерина и пероксида водорода, последний под действием пероксидазы окисляет фенол до окрашенного соединения (оптическую плотность которого определяют фотометрически).
Вопросы в тестах.
Вашему вниманию предлагаются тесты по теме пособия. Правильные ответы (один или несколько) можно проверить в конце каждого вопроса.
1. Синтез фосфопротеинов катализируют
1 гидролазы
2 трансферазы
3 оксидоредуктазы
4 изомеразы
5 лиазы
/2
2. Фосфат отщепляется от фосфопротеинов в результате действия
1 протеиназ
2 фосфатаз
3 протеинкиназ
4 фосфорилаз
5 оксидаз
/2
4. Ферменты, расщепляющие белки, относятся к классу
1. оксидоредуктаз
2. трансфераз
3. гидролаз
4. лиаз
5. изомераз
/3
5. Активность фермента определяют
1. по массе фермента
2. по изменению концентрации субстрата за единицу времени
3. по изменению концентрации продукта за единицу времени
4. по изменению температуры в ходе реакции
/2,3
6. Конкурентный ингибитор
1. связывается в активном центре
2. связывается обратимо
3. не изменяет максимальную скорость реакции
4. снижает Км
5. повышает Км
/1,2,3,5
7. Для фосфорилирования белков под действием киназ необходимо наличие
1. фосфат-ионов
2. хлорид-ионов
3. АДФ
4. АТФ
/4
8. Фосфопротеины образуются из синтезированных на рибосомах белков в результате
1. ограниченного протеолиза
2. действия протеинфосфатаз
3. действия протеинкиназ
4. метилирования
/3
9. Присоединение воды по двойной связи к молекуле субстрата катализирует фермент из класса
1. оксидоредуктаз
2. трансфераз
3. гидролаз
4. лиаз
5. изомераз
/4
10. Неконкурентный ингибитор
1. связывается в активном центре
2. снижает максимальную скорость реакции
3. не изменяет максимальную скорость реакции
4. повышает Км
5. не изменяет Км
/2,5
11. Ферменты
1. сдвигают равновесие реакции в сторону образования продуктов
2. катализируют как прямую, так и обратную реакцию
3. термолабильны
4. всегда растворимы
5. всегда состоят из нескольких субъединиц
/2,3
12. Название небелковой группы, прочно связанной с белковой частью фермента
1. шаперон
2. холофермент
3. апофермент
4. простетическая группа
/4
13. Общие свойства ферментов и неорганических катализаторов
1. не сдвигают равновесия реакции
2. термолабильность
3. не расходуются в процессе реакции
4. физиологические условия протекания реакций
/1,3
14. Ферменты из класса оксидоредуктаз осуществляют
1. перенос электронов
2. перенос групп атомов
3. реакции гидролиза
4. присоединение групп по двойным связям
5. расщепление по двойным связям
/1
15. Скорость ферментативных реакций зависит от
1. концентрации субстрата
2. концентрации фермента
3. молекулярной массы фермента
4. температуры
/1,2,4
16. Небелковой частью ферментов могут быть
1. липиды
2. углеводы
3. ионы металлов
4. азотистые основания
5. витамины
/1,2,3,4,5
17. Изоферменты – это множественные формы ферментов, которые:
1. катализируют разные реакции
2. катализируют одну и ту же реакцию
3. различаются по физико-химическим свойствам
4. не различаются по физико-химическим свойствам
5. кодируются разными генами
/2,3,5
18. Как ферменты влияют на энергию активации реакции?
1. увеличивают
2. снижают
3. не изменяют
4. сначала увеличивают, а потом снижают
/2
19. Как ферменты влияют на константу равновесия катализируемой реакции?
1. увеличивают
2. снижают
3. не изменяют
4. сначала увеличивают, а потом снижают
/3
21. Реакции образования новых связей, сопряжённые с расходованием АТФ катализируют:
1. оксидоредуктазы
2. трансферазы
3. гидролазы
4. лиазы
5. лигазы
/5
22. Все ферменты содержат
1. простетическую группу
2. аллостерический центр
3. активный центр
4. субстрат-связывающий участок
/3,4
23. Ионы металлов в ходе ферментативной реакции могут
1. поддерживать нативную конформацию фермента
2. участвовать в акте катализа
3. входить в состав субстрата
4. тормозить реакцию
/1,2,3,4
24. Отличия ферментов от неорганических катализаторов
1. ускоряют реакцию
2. снижают энергию активации реакции
3. термолабильны
4. имеют активный центр
/3,4
26. Нуклеиновые кислоты разрушаются под действием
1. оксидоредуктаз
2. трансфераз
3. гидролаз
4. лигаз
5. лиаз
/3
27. При взаимодействии субстрата с ферментом
1. они подходят друг к другу как «ключ к замку»
2. их пространственная структура не изменяется
3. они взаимодействуют как «рука с перчаткой»
4. субстрат связывается в активном центре
/3,4
28. Протомеры это
1. предшественники активных ферментов
2. субъединицы олигомерных белков
3. протеолитические ферменты
4. белки, связывающиеся с НК
/2
29. Катал – это количество фермента, превращающее за 1 сек
1. 1 моль субстрата
2. 1 ммоль субстрата
3. 1 мкмоль субстрата
4. 1 нмоль субстрата
/1
30. Е активности фермента – это количество фермента, нарабатывающее
1. 1 моль продукта за 1 минуту
2. 1 мкмоль продукта за 1 минуту
3. 1 мкмоль продукта за 1 секунду
4. 1 моль продукта за 1 секунду
5. 1 грамм продукта за 1 час
/2
31. Апофермент – это
1. небелковая часть сложного фермента
2. фермент, связанный с субстратом
3. белковая часть сложного фермента
4. инактивированный фермент
/3
32. 1.Удельная активность фермента выражается в
1. U/мг белка
2. моль/(л∙мин)
3. моль/л
4. U/моль фермента
/1
33. Каталитической активностью в организме могут обладать
1. белки
2. РНК
3. антитела
4. углеводы
5. липиды
/1,2,3
34. Срок хранения ферментных препаратов можно увеличить путем
1. лиофилизации ферментов
2. хранения в холодильнике
3.добавления в раствор фермента высоких концентраций сульфата аммония
4. тепловой стерилизации
/1,2,3
36. В организме человека активность ферментов может регулироваться:
1. специфическим гидролизом пептидных связей (прицельным протеолизом)
2. с помощью белков-активаторов или белков-ингибиторов
3. путем отделения регуляторных субъединиц от каталитических субъединиц фермента
4. фосфорилированием молекулы фермента
/1,2,3,4
37. Ретроингибирование ферментов заключается в:
1. связывании отдаленного продукта цепочки превращений с регуляторным центром первого фермента
2. денатурации фермента
3. связывании с ферментом вторичного посредника
4. присоединении ингибитора в активном центре фермента
/1
38. Скорость ферментативной реакции измеряется в
1. мин-1
2. моль/(л∙мин)
3. моль/(л∙сек)
4. моль/л
/2,3
39. Лактатдегидрогеназа относится к классу
1. оксидоредуктаз
2. трансфераз
3. гидролаз
4. лиаз
5. изомераз
6. лигаз
/1
40. Трипсин относится к классу
1. оксидоредуктаз
2. трансфераз
3. гидролаз
4. лиаз
5. изомераз
6. лигаз
/3
41. Амилаза относится к классу
1. оксидоредуктаз
2. трансфераз
3. гидролаз
4. лиаз
5. изомераз
6. лигаз
/3
42. К гидролазам относятся
1. амилаза
2. лактатдегидрогеназа
3. алкогольдегидрогеназа
4. пепсин
/1,4
43. Лактатдегидрогеназа
1. состоит из 4 субъединиц
2. катализирует обратимую реакцию
3. имеет 6 изоферментов
4. используется для энзимодиагностики
/1,2,4
44. Алкогольдегидрогеназа относится к классу
1. оксидоредуктаз
2. трансфераз
3. гидролаз
4. лиаз
5. изомераз
6. лигаз
/1
45. Алкогольдегидрогеназа
1. превращает альдегиды в кислоты
2. относится к оксидоредуктазам
3. имеет широкую субстратную специфичность
4. может окислять ретинол
/2,3,4
46. На графиках изображены 4 типа ингибирования ферментов. Найти соответствие:
1. А. Конкурентное
2. Б. Неконкурентное
3. В. Безконкурентное
4. Г. Смешанное
/1Б/2А/3В/4Г
Список литературы
1. Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия: Учебник. - 4-е издание - М.: Медицина, 2007.
2. «Биохимия. Руководство к практическим занятиям» под редакцией Н.Н. Чернова. М.2009.
3. Н.Н. Чернов «Ферменты в клетке и пробирке» Соросовский образовательный журнал, №5, 1996.
4. Сборник тестов по биохимии: Учебное пособие / Под ред. Н.Н. Чернова. - М.2005. - 92 с.
5. Биологическая химия. Е.С. Северин и др. 2011.
6. Биохимия с упражнениями и задачами. Под ред. Е.С. Северина. М.: Гэотар-мед, 2008. Для студентов, обучающихся по специальности "Стоматология".
7. Биохимия. Под ред. Ф. Н. Гильмияровой, Самара: Офорт, 2008.