Локализация ферментов в организме и клетке

Большинство ферментов обнаруживается во всех клетках орга­низмов. В плазме крови также содержатся ферменты, но их концентрация значительно ниже; чем в клетках. Ряд ферментов, необходимых для жиз­необеспечения и деления самих клеток, содержится в клетках всех орга­нов и тканей. Но наряду с такого рода ферментами в клетках различных органов и тканей встречаются специфические ферменты. Например, уроканиназа содержится только в печени, гистидаза - в печени и коже, креатинфосфокиназа - в мышечных клетках, ферменты, синтезирующие сте­роидные гормоны, вырабатываются только клетками коры надпочечников и так далее.

Клетка имеет сложное строение (рис. 21), в клетке любого орга­на и ткани можно обнаружить клеточную или плазматическую мембрану, ядро, митохондрии, лизосомы, рибосомы, систему канальцев и пузырьков - эндоплазматический ретикулум, пластинчатый комплекс, различные вакуоли, внутриклеточные включения и другие. Главную по массе не­дифференцированную часть цитоплазмы клетки составляет гиалоплазма, или цитозоль.

Рис. ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ

а. Растительные 10-100 мкМ; б. Животные 5-30 мкМ

Внутри клетки, ферменты содержатся как в растворимой части цитоплазмы, так и в субклеточных структурах. Принадлежность различ­ных ферментных систем определенным участкам клетки называется компартментализацией.

Установлено, что в ядре локализованы РНК - полимеразы, катализирующие образование мРНК; ферменты, участвующие в репли­кации ДНК, и некоторые другие.

В митохондриях находятся ферменты цепи биологического окисления (тканевого дыхания) и окислительного фосфорилирования; ферменты пируватдегидрогеназного комплекса, цикла трикарбоновых кислот и другие.

В лизосомах в основном содержатся гидролазы, оптимально действующие при рН =5.

В рибосомах обнаружены ферменты белкового синтеза, здесь происходит транслирование мРНК и связывание аминокислот в полипептидныё цепи с образованием молекул белка.

В эндоплазматической сети локализованы ферменты синтеза лилидов и ферменты реакций гидроксилирования.

Плазматическая мембрана содержит АТФ-азу, транспортирую­щую ионы Na⁺ и К⁺, аденилатциклазу и другие.

В цитозоле локализованы ферменты гликолиза, пентозофосфатного цикла, синтеза жирных кислот и мононуклеотидов, активирования аминокислот, ферменты глюконеогенеза.

Применение ферментов

Ферменты находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности (хлебопечение, виноделие, сыроварение, пи­воварение, кожевенное и меховое производство, кулинария и так далее).

В настоящее время развивается новая отрасль - промышленная энзимология, которая использует выделенные из биологических объектов ферменты для получения продуктов питания из целлюлозы, нефти; син­теза ряда аминокислот, лекарственных препаратов; для создания про­мышленных штаммов микроорганизмов - источников витаминов и неза­менимых аминокислот и так далее.

Отдельной отраслью промышленной энзимологии является ме­дицинская энзимология, которая развивается по трем главным направле­ниям.

Первое - энзимопатология - исследует ферментативную актив­ность в норме и при патологии. Многие наследственные болезни, как ока­залось, являются следствием дефекта какого-либо фермента.

Второе направление - энзимодиагностика. Ферменты используют в качестве избирательных реагентов для определения содержания хими­ческих веществ в крови, желудочном соке, моче и других физиологиче­ских жидкостях. Кроме того, выявляют и определяют количественное содержание самих ферментов прежде всего в сыворотке крови при пато­логии. Полученные данные используют для диагностики болезней и для контроля эффективности лечения. Установлено, например, что при диабете, злокачественном поражении поджелудочной железы, болезнях печени резко увеличивается уровень липазы, амилазы, трипсина, химотрипсина. При инфаркте миокарда - повышается уровень аминотрансфераз, креатинкиназы и лактатдегидрогеназы и так далее. Из­менение содержания ферментов в клетках и за их пределами вследст­вие болезни называется энзимопатиями, которые бывают наследствен­ные и приобретенные.

Третье направление - энзимотерапия - использование фермен­тов в качестве лекарств. Например, при желудочных заболеваниях, со­провождающихся снижением содержания пепсина в желудочном соке, для улучшения пищеварения применяют пепсин и его производные. Нуклеазы используют при лечении некоторых вирусных заболеваний. Протеолитические ферменты используют очень часто для лечения тромбозов. Аспарагиназу применяют для лечения некоторых форм лей­козов. Она разрушает аспарагин, необходимый для роста лейкозных клеток и содержащийся в плазме крови; в результате лейкозные клетки погибают.

Таким образом, очевидно, что развитие медицинской этимоло­гии имеет огромнейшее значение для предупреждения, выявления и лечения различных заболеваний.