Регуляция активности ферментов

В процессе метаболизма активность ферментов постоянно регулируется, то-есть фермент никогда не работает монотонно. Существуют разные пути регуляции активности ферментов:

1) может меняться количество фермента (то-есть либо усиливаться, либо снижаться синтез фермента). Это происходит за счет изменения экспресии генов.

2) Может меняться химическая модификация фермента (под действием активаторов, ингибиторов, при изменении рН). Это частичный протеолиз, фосфорилирование и дефосфорилирование, сульфирование и т.д.

3) Меняется активность ферментов при действии гормонов (различные механизмы).

4) На активность фермента может влиять сам субстрат или продукт реакции (являясь либо активатором либо ингибитором ).

5) В клетках отмечается и явление компартментализациии, то-есть с помощью биологических мембран разграничены ферменты и те субстраты, которые эти ферменты могли бы разрушить, но это не нужно клетке (например, ферменты лизосом-протеиназы, фосфотазы и т.д. отделены от веществ, расположенных в цитоплазме) Или разделяются с помощью мембран взаимонесовместимые в одно и тоже время метаболические процессы (например, синтез жирных кислот идет в цитоплазме, а распад жирных кислот - митохондриях). Не все ферменты подвержены регуляции. Но в цепи ферментативных реакций есть ключевые ферменты, которые и активируются или ингибируются.

Принципы выделения ферментов.

Для обнаружения ферментов используется их свойство специфичности. Берут определенный (специфичный) субстрат, подбирают оптимальные условия (рН, температура) и, добавляют фермент, смотрят идет ли реакция, при этом концентрация субстрата уменьшается, образование продукта повышено. Количественная оценка ферментов дается по их активности (поскольку ферменты содержаться в ничтожных количествах ), то-есть определяется скорость ферментативной реакции. Активность ферментов определяют при постоянной температуре (25 или 37 градусах по Цельсию), создавая оптимум рН. Пи этом концентрация субстрата должна быть достаточно высокая. В этих условиях скорость реакции напрямую зависит от концентрации фермента \/ = К[F]. За единицу активноости фермента принимается то его минимальное количество, которое в оптимальных условиях вызывает превращение одного мкмоль субстрата за одну минуту.

Удельная активность – это ферментативная активность, отнесенная на один мг белка. Согласно рекомендациям комиссии Международного биохимического союза по номенклатуре ферментов, предложено для выражения ферментативной активности использовать катал. 1 катал – это каталитическая активность, способная осуществлять реакцию со скоростью равной один моль в одну секунду.

ОСНОВЫ КЛИНИЧЕСКОЙ ФЕРМЕНТОЛОГИИ.

1) Энзимопатология – это изучение различных нарушений активности ферментов при развитии тех или иных заболеваний с целью наиболее глубокого понимания сущности соответствующего заболевание то-есть изучает каковы ферментативные основы того или иного заболевания. Почти все заболевания имеют в своей основе нарушение активности ферментов, то-есть это энзимопатии. В зависимости от причины различают основные виды энзимопатий:

а) врожденные (отсутствие или малая активность фермента);

б) токсические (снижение активности ферментов под действием каких-то ядов);

в) алиментарные (следствие нарушения питания);

г) регуляторные (в следствии нарушения регуляции) и т.д. Например при фенилкетонурии, сопровождающийся расстройством психической деятельности, клетки печени способны синтезировать фенилаланингидроксилазу – фермент, катализирующий переход фенилаланина в тирозин. Развитие алкаптонурии сопровождается повышением экскреции с мочой, до 0,5 г. в сутки гомогентизиновой кислоты, отложением пигмента в тканях, потемнением носа, ушей, склер. Это связывают с врожденным отсутствием в почках и печени оксидазы гомогентизиновой кислоты. При гипераммониемии (накопление ионов аммония в крови) отмечается недостаточность любого из ферментов цикла образования мочевины. При развитии галактоземии отмечается отсутствие уредилтрансферазы (происходит накопление галактозы-1-фосфата).

2) Энзимодиагностика – изучение активности ферментов для диагностики заболеваний. В ряде случаев в крови, моче, других биологических жидкостях и тканях отмечают наличие органоспецифических ферментов, хотя, правильнее сказать, что абсолютной органоспецифичности нет, есть большее количество фермента. Например, для печени органоспецифичен фермент глюкоза – 6 – фосфатаза, для поджелудочной железы – трипсин, химотрипсин и т.д. , для костной ткани – щелочная фосфатаза. Часто для диагностики важны не только органоспецифические ферменты, но и те, количество которых при определенных заболеваниях значительно возрастает (например, аминотрансферазы переносят аминогруппы, при ИБС поражениях печени их активность резко возрастает). Определение активности этих ферментов используют и для дифференциальной диагностики. Например, при инфаркте миокарда их активность увеличивается, а при стенокардии не увеличивается.

Некоторые заболевания характеризуются изменением изоферментного спектра. Используют метод электрофореза. Различные ткани содержат различные изоферменты. Например креатинкиназа – катализирует реакцию между креатином и АТФ – имеет две пептидных цепи (В и М). Могут быть три комбинации (ВВ, ВМ, ММ). ВВ встречаются в мозге, ММ – в скелетных мышцах, ВМ – только в сердечной мышце - миокарде). Допустим ВМ обнаружили в крови (в норме - нет), ясно что имеет место поражение миокарда.

Вообще же энзимодиагностика позволяет:

а) Проводить диагностику какой-либо патологии.

б) Проводить дифференциальную диагностику.

в) Уточнять место локализации патологического процесса.

г) Определять степень тяжести патологического процесса.

д) Строить прогноз развития заболевания.

е) Способствует правильному и адекватному назначению лекарственных веществ.

3) Энзимотерапия – использование ферментов в лечебной практике. Особенно часто используют литические ферменты, которые наносят на рану, ожоговую поверхность, вводят в плевральную полость и т.д. Заместительная терапия (например, при недостатке вводят пепсин, противовоспалительная терапия и т.д.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ.

Обмен веществ и энергии – закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение. По сути, постоянный обмен веществ является важнейшим свойством жизни, с прекращением которого прекращается и жизнь. Итак, обмен веществ – существенный и обязательный признак жизни. Сущность обмена веществ составляет вся совокупность химических реакций, протекающих в живых организмах, включая усвоение веществ, поступающих извне (ассимиляция) и их расщепление до конечных продуктов, подлежащих выделению (диссимиляции). Процессы ассимиляции и диссимиляции, будучи тесно связаны и переплетены друг с другом, в целом и составляют лежащий в основе жизни обмен веществ. Ассимиляция, в широком смысле этого слова, включает огромное количество химических превращений, приводящих к использованию органических и неорганических веществ, поступающих в организм из внешней среды, для построения специфических для данного организма белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов и т. д. Соответственно, диссимиляция – это разрушение органических соединений с превращением белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов (в том числе введенных в организм с пищей) в простые вещества. Основные конечные продукты диссимиляции – вода, углекислый газ и аммиак. Большая часть этих продуктов выделяется наружу, а меньшая используется для различных биосинтетических процессов. Интенсивность ассимиляции, ее соотношение с диссимиляцией значительно варьирует как у различных организмов, так и одного организма в течении жизни. Например, наиболее интенсивно процессы ассимиляции протекают в период роста. На интенсивность обмена веществ и, соответственно, процессы ассимиляции и диссимиляции существенным образом влияют факторы внешней среды (климат, возраст, характер питания и т.д.).