Ингибирование ферментов

Ингибитор – это вещество, вызывающее специфичное снижение активности фермента. Таким образом, неорганические кислоты и тяжелые металлы ингибиторами не являются, а являются инактиваторами, т.к. снижают активность любых ферментов, т.е. неспецифично.

1. По прочности связывания фермента с ингибитором ингибирование бывает обратимым и необратимым.

2. По отношению ингибитора к активному центру фермента ингибирование делят на конкурентное и неконкурентное.

Необратимое ингибирование

При необратимом ингибировании происходит связывание или разрушение функциональных групп фермента, необходимых для проявления его активности.

Например, ингибирование ацетилхолинэстеразы в нервных синапсах предотвращает разрушение ацетилхолина в синаптической щели, в результате чего отсутствует дальнейшая передача сигнала по нерву. Вещество диизопропилфторфосфат (ДФФ) прочно и необратимо связывается с гидроксигруппой серина в активном центре ацетилхолинэстеразы. ДФФ относится к нервно-паралитическим ядам, на его основе был создан инсектицид «малатион», превращающийся в организме насекомых в ингибитор АХЭ, а в организме животных и человека разрушающийся до безвредных продуктов.

Конкурентное ингибирование

При таком виде ингибирования ингибитор по своей структуре похож на субстрат фермента. Поэтому он соперничает с субстратом за активный центр, что приводит к уменьшению связывания субстрата с ферментом и нарушению его превращения. Особенностью конкурентного ингибирования является возможность усилить или ослабить ингибирование через изменение концентрации субстрата.

Например,

1. Конкурентное взаимодействие этанола и метанола за активный центр алкогольдегидрогеназы.

2. Ингибирование сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой, структура которой схожа со структурой субстрата этого фермента – янтарной кислоты.

Неконкурентное ингибирование

Данный вид ингибирования связан с присоединением ингибитора не в активном центре, а в другом месте молекулы.

Например, синильная кислота (цианиды) связывается с гемовым железом ферментов дыхательной цепи.

Использование ферментов
и их ингибиторов в медицине

Использование ферментов в медицине происходит по трем направлениям:

· энзимодиагностика

· энзимотерапия

· применение ингибиторов ферментов

Энзимодиагностика

Энзимодиагностика – это исследование активности ферментов лпазмы крови, мочи, слюны с целью диагностики тех или иных заболеваний. Примером может служить фермент лактатдегидрогеназа, определение его активности в плазме крови необходимо при заболеваниях сердца, печени, скелетной мускулатуры. Увеличение активности амилазы плазмы крови и мочи наблюдается при воспалительных процессах в поджелудочной и слюнных железах. Инфаркт миокарда сопровождается увеличением активности лактатдегидрогеназы, креатинкиназы, аспартатаминотрансферазы,

Энзимотерапия

Энзимотерапия – это использование ферментов в качестве лекарственных средств.

Самыми распространенными ферментативными препаратами являются комплексы ферментов желудочно-кишечного тракта (Фестал, Панзинорм форте, Мезим форте, Энзистал и т.п.), используемые для заместительной терапии при нарушениях переваривания веществ в желудочно-кишечном тракте.

Тканевой фермент гиалуронидаза используется организмом для обратимого изменения проницаемости иежклеточного вещества. Лекарственную форму гиалуронидазы – лидазу – вводят для размягчения рубцов, появления подвижности в суставах, рассасывания гематом.

Цитохром с– фермент, участвующий в процессах тканевого дыхания. Его используют при асфиксии новорожденных, астматических состояниях, сердечной недостаточности, различных видах гепатита и т.п.

Рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза используются при вирусных инфекциях, при нанесении на рану разжижают гной, при ингаляциях уменьшают вязкость слизи, деполимеризуют вязкую и густую мокроту.

Коллагеназу применяют для ускорения отторжения некротизированных тканей, для очистки трофических язв.

Использование ферментов
в промышленности

А. Специфичность ферментов к определенным субстратам широко используется в настоящее время в лабораторной диагностике.

· многие «рутинные» методы основаны на взаимодействии добавляемого извне фермента с определяемым соединением. В результате возникает специфичный продукт реакции, после определения содержания последнего судят о концентрации искомого вещества (глюкозооксидазный, холестеролоксидазный методы);

· иммуноферментные методы, основанные на образовании тройного комплекса фермент-антиген-антитело. Определяемое вещество не является субстратом фермента, но является антигеном. Фермент может присоединять антиген вблизи от активного центра. Если в среде есть антиген, то при добавлении антител и формировании тройного комплекса активность фермента изменяется. Активность фермента измеряют любым способом.

Б. В промышленности ферменты используются в различных отраслях:

· глюкозооксидаза в сочетании с каталазой применяется для удаления кислорода из сухого молока, кофе, пива, майонезов, лимонных, апельсиновых и виноградных соков, лекарственных препаратов;

· фицин используется в фармацевтической промышленности в качестве добавки к зубным пастам для удаления зубного налета

Дополнение

Химозин используется при производстве твердых сортов сыра. По старой технологии химозин получали из экстрактов ткани желудка новорожденных телят. В настоящее время метод значительно улучшили. Теперь его получают от трансгенных овец, которые синтезируют химозин в молоке. Небольшое стадо наших овец в России находится на Ленинских Горках под Москвой. Эти овцы синтезируют до 300 мг/л фермента в молоке. Для процесса сыроварения белок можно не выделять, а использовать просто в составе молока.

Амилазы используются в пищевой промышленности для гидролиза крахмала при производстве спирта, вин, в пивоварении, хлебопечении, изготовлении кондитерских изделий и детского питания.

Инвертаза при производство кондитерских изделий. Расщепление густой массы сахарозы, включенной внутрь шоколадной оболочки, приводит к образованию жидкого сиропа глюкозы и фруктозы.

b-Галактозидаза – производство безлактозного молока, освобождение молочной сыворотки от лактозы, приготовление мороженого.

Целлюлазы используются для изготовления растворимого кофе, морковного джема, улучшение консистенции грибов и овощей, обработки цитрусовых.

Пектиназы – необходимы для осветления вин и фруктовых соков, обработка цитрусовых.

Микробные протеазы – обеспечивают сыроварение, ускорение созревания теста, производство крекеров.

Пепсин, папаин используются для осветления пива

Фицин, трипсин, бромелайн нужны для ускорения маринования рыбы, удаления мяса с костей.