Например, пируват - декарбоксил - аза, сукцинат - дегидроген - аза
Классификация ферментов.
В принятой классификации ферменты объединены в группы по типу важнейших биохимических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности любого организма. По этому принципу все ферменты делят на 6 классов.
1. Оксидоредуктазы - ускоряют реакции окисления - восстановления.
2. Трансферазы - ускоряют реакции переноса функциональных групп и молекулярных остатков.
3. Гидролазы - ускоряют реакции гидролитического распада.
4. Лиазы - ускоряют негидролитическое отщепление от субстратов определенных групп атомов с образованием двойной связи (или присоединяют группы атомов по двойной связи).
5. Изомеразы - ускоряют пространственные или структурные перестройки в пределах одной молекулы.
6. Лигазы - ускоряют реакции синтеза, сопряженные с распадом богатых энергией связей.
7.Эти классы и положены в основу новой научной классификации ферментов.
Каждому ферменту присваивается индивидуальный номер (шифр). Например, шифр уреазы выражается цифрами 3.5.1.5. Это означает, что уреаза относится к 3-му классу (первая цифра) ферментов, все представители которого катализируют реакции гидролиза. Вторая цифра (5) говорит о том, что уреаза принадлежит к 5-му подклассу этого класса, куда зачислены все ферменты, ускоряющие гидролиз С - N-связей, не являющихся пептидными. Третья цифра шифра (1) указывает на принадлежность уреазы к подподклассу 5-го подкласса, члены которого ускоряют гидролиз линейных амидов, а последняя цифра (5) - порядковый номер уреазы в этом подподклассе.
Таким образом, шифр абсолютно точно указывает место фермента в общем списке. В настоящее время принято в научных публикациях при первом упоминании фермента указывать в скобках его шифр.
4. ЛОКАЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ В КЛЕТКЕ
В клеточном содержимом ферменты распределены не хаотически, а строго упорядоченно. С современной точки зрения клетка представляется высокоорганизованной системой, в отдельных частях которой осуществляются строго определенные биохимические процессы. В соответствии с приуроченностью их к определенным субклеточным частицам или отсекам (компартментам) клетки в них локализованы те или иные индивидуальные ферменты, мультиэнзимные комплексы, полифункциональные ферменты или сложнейшие метаболоны.
Разнообразные гидролазы и лиазы сосредоточены преимущественно в лизосомах. Внутри этих сравнительно небольших (несколько нанометров в диаметре) пузырьков, ограниченных мембраной от гиалоплазмы клетки, протекают процессы деструкции различных органических соединений до тех простейших структурных единиц, из которых они построены.
Сложные ансамбли окислительно-восстановительных ферментов, такие, например, как цитохромная система, находятся в митохондриях. В этих же субклеточных частицах локализован набор ферментов цикла дикарбоновых и трикарбоновых кислот. Ферменты активирования аминокислот распределены в гиалоплазме, но они же есть и в ядре. В гиалоплазме присутствуют многочисленные метаболоны гликолиза, структурно объединенные с таковыми пентозофосфатного цикла, что обеспечивает взаимопереключение дихотомического и апотомического путей распада углеводов.
В то же время ферменты, ускоряющие перенос аминокислотных остатков на растущий конец полипептидной цепи и катализирующие некоторые другие реакции в процессе биосинтеза белка, сосредоточены в рибосомальном аппарате клетки. Нуклеотидилтрансферазы, ускоряющие реакцию переноса нуклеотидных остатков при новообразовании нуклеиновых кислот, локализованы в основном в ядерном аппарате клетки. Таким образом, системы ферментов, сосредоточенные в тех или иных структурах, участвуют в осуществлении отдельных циклов реакций. Будучи тонко координированы друг с другом, эти отдельные циклы реакций обеспечивают жизнедеятельность клеток, органов, тканей и организма в целом.
ЭНЗИМОЛОГИЯ – МЕДИЦИНЕ
Нарушения структуры какого-либо фермента, ведущие к снижению его активности, приводят к нарушению метаболических путей, в которых участвует этот фермент. Такие нарушения почти всегда проявляются как болезни.
Повреждения ферментов бывают двух типов: наследственные дефекты строения фермента и повреждения, вызванные попадающими в организм токсическими веществами, ингибирующими фермент.
Нарушение синтеза фермента может привести к энзимопатиям, при которых недостаток одного фермента в метаболическом пути может вызвать нарушение образования конечного продукта. В силу взаимозависимости метаболических путей дефект одного фермента часто приводит к целому ряду нарушений в обмене веществ. Если фермент полностью отсутствует, то цепь реакций в таком месте разрывается. Существует вероятность, что избыточно накопленный субстрат может перейти на побочный путь метаболизма с образованием необычного и часто токсичного вещества.
Отдельные примеры энзимопатий (дисахаридозы, гликогенозы, агликогенозы, фенилпировиноградная олигофрения) будут рассмотрены при изучении следующих разделов.
Некоторые ферменты применяюткак лечебные препараты:
— при их отсутствии или недостатке (наследственном или приобретенном), например, ферменты пищеварительного тракта (пепсин, трипсин, липаза) входят в состав лекарств, улучшающих переваривание;
— для специфического разрушения некоторых продуктов обмена (например, мочевины), тромбов, участков омертвевшей ткани на ранах.
Ферменты используют в клинико-диагностических лабораториях для измерения в крови концентрации глюкозы, жира, холестерина, активных форм кислорода и других веществ.
Такой анализ занимает несколько минут, при этом используется всего 10 мкл плазмы крови.
Для анализа часто используют иммобилизованные ферменты, которые искусственно связаны с нерастворимым в воде носителем, что повышает их стабильность.
В клинических лабораториях применяют готовые наборы реактивов, в состав которых входят ферменты, составляющие буфер соли, а также кофакторы. При использовании иммобилизованных ферментов для определения концентрации компонента крови достаточно нанести образец сыворотки на индикаторную пластинку и сравнить интенсивность окраски с эталоном.
В табл. 2 представлены основные направления и некоторые примеры использования ферментов в медицине.
В основе энзимодиагностики лежат следующие особенности состава и распределения фермент организме человека:
— Состав ферментов и их тканевое распределение у взрослого человека в основном постоянны, но могут измениться при болезнях.
— Для каждой ткани (органа) характерен свой качественный и количественный состав белков, что определяет функциональные особенности каждой ткани.
— Однако метаболические пути в разных тканей очень похожи, и есть лишь несколько тканеспецифических ферментов (например, кислая фосфатаза предстательной железы и гистидаза печени)
— Более специфичным для тканей является соотношение разных ферментов и изоферментов.
Почти все ферменты организма функционируют внутриклеточно. Исключение составляют пример, ферменты пищеварительного тракта, также ферменты свертывающей системы и ферменты межклеточного матрикса.
При повреждении тканей внутриклеточные ( появляются в сыворотке крови. Обнаружение тканеспецифических ферментов, специфических изоферментов или характерное количественное увеличение активности неспецифических ферментов воротке могут помочь поставить и уточнить диагноз.
Таблица 2. Применение ферментов в медицине.
| Область применения | Фермент | Примеры использования |
| Диагностика | Лактатдегидрогеназа (изофермент ЛДГ-1) | Инфаркт миокарда |
| Аспартатаминотрансфераза | Инфаркт миокарда | |
| Аланинаминотрансфераза | Заболевания печени (например, гепатит), инфаркт миокарда | |
| a - амилаза | Заболевания поджелудочной железы | |
| Лечение | Гиалуронидаза | Рассасывание рубцов |
| Нуклеазы | Ринит, гнойный бронхит | |
| Аспарагиназа | Лечение некоторых злокачественных образований | |
| Использование ферментов в качестве аналитических реактивов | Глюкозооксидаза | Определение концентрации глюкозы в крови |
| Холестеролоксидаза | Определение холестерина в крови | |
| Липаза | Определение триацилглицеринов в крови | |
| Уреаза | Определение мочевины в крови |
Литература:
Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами /под редакцией Е. С. Северина и А.Я. Николаева – М.:ГЭОТАР-МЕД, 2001.- 448 с. 2. Гринстейн Б., Гринстейн А. Наглядная биохимия: Пер. с англ. – М.:ГЭОТАР-МЕД, 2000.- 119 с.- («Экзамен на отлично»); Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача // Екатеринбург: Уральский рабочий, 1994, 384 с.;