Ферменты в медицине

КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ФЕРМЕНТОВ

Аллостерическая регуляция

Химическая модификация фермента

Регуляция активности ферментов путем фосфорилирования-дефосфорилирования. Протекает при участии протеинкиназ по ОН-группам серина и треонина, а в ряде случаев – тирозина. Активным ферментом может быть или фосфорилированная или дефосфорилированная форма.

Регуляция активности путем ассоциации-диссоциации субъединиц в олигомерном ферменте. Например, фермент протеинкиназа в неактивной форме построена как тетрамер. Для активации протеинкиназы необходима диссоциация субъединиц.

Активация ферментов путем частичного протеолиза. Некоторые ферменты синтезируются неактивными и лишь после секреции из клетки переходят в активную форму путем удаления части белковой молекулы. Так происходит активация протеолитических ферментов.

Во многих случаях основным типом регуляции скорости многоступенчатого ферментативного процесса является ингибирование по принципу обратной связи. Конечный продукт подавляет активность фермента, катализирующего первую стадию синтеза, которая является ключевой для данной цепи реакции. Он связывается с аллостерическим центром молекулы фермента. Это ингибирование по принципу обратной связи, или ретроингибирование.

Современные классификация и номенклатура ферментов разработаны Комиссией по ферментам Международного биохимического союза и утверждены на V Международном биохимическом конгрессе в 1961 г. в Москве.

В основу классификации легли 3 принципа:

1. Химическая природа фермента.

2. Химическая природа субстрата, на который действует фермент.

3. Тип катализируемой реакции.

Ферменты делят на шесть классов.

1. Оксидоредуктазы - ферменты, катализирующие реакции окисления—восстановления:

пируват лактат

- аэробные дегидрогеназы, или оксидазы, катализируют перенос протонов (электронов) непосредственно на кислород;

- анаэробные дегидрогеназы ускоряют перенос протонов (электронов) на промежуточный субстрат, но не на кислород.

Наиболее распространены оксидоредуктазы, содержащие в качестве активной группы никотинамидадениндинуклеотид, или НАД⁺. Кроме НАД⁺ пиридинферменты содержат в качестве кофермента никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ⁺). Коферментами оксидоредуктаз являются также флавопротеины (ФП) - флавинмононуклеотид, ФМН, и флавинадениндинуклеотид, ФАД.

2. Трансферазы - ферменты, катализирующие реакции межмолекулярного переноса различных атомов, групп атомов и радикалов.

Фосфотрансферазы- перенос остатка фосфорной кислоты. Фосфорные эфиры органических соединений обладают повышенной химической активностью. Донором фосфатных остатков в большинстве случаев является АТФ.

Аминотрансферазы ускоряют реакцию переноса аминогруппы от аминокислоты на a-кетокислоту.

Протеинкиназы ускоряют перенос остатка фосфата с АТФ на белки,изменяя их биологическую активность.

Гликозилтрансферазы ускоряют реакции переноса гликозильных остатков.

Ацилтрансферазы катализируют перенос ацилов (остатков карбоновых кислот).

3. Гидролазы катализируют расщепление внутримолекулярных связей органических веществ при участии молекулы воды.

Эстеразы катализируют гидролиз сложных эфиров спиртов с органическими и неорганическими кислотами. Например, липаза ускоряет гидролиз триацилглицеринов (жиров):

Фосфатазы катализируют гидролиз фосфорных эфиров:

глюкозо-6-фосфат + Н₂О ® глюкоза + Н₃РО₄

Гликозидазы катализируют гидролиз гликозидов. Из гликозидаз, действующих на полисахариды, наиболее известны амилазы.

Пептидгидролазы ускоряют гидролиз пептидных связей в белках и пептидах.

4. Лиазы - ферменты, катализирующие разрыв связей С—О, С—С, С—N и других, а также обратимые реакции отщепления различных групп от субстратов негидролитическим путем. Эти реакции сопровождаются образованием двойной связи и выделением таких простейших продуктов, как СО₂, H₂O, NH₃ и т. д..

Углерод-углерод-лиазы – декарбоксилазы:

5. Изомеразы - ферменты, катализирующие взаимопревращения структурных, оптических и геометрических изомеров. Мутаротаза ускоряет реакцию превращения α-D-глюкопиранозы в β-D-глюкопиранозу:

6. Лигазы (синтетазы) - ферменты, катализирующие синтез органических веществ из двух исходных молекул с использованием энергии распада АТФ либо других веществ.

Одной из важнейших карбоксилаз является пируваткарбоксилаза:

СН₃-СО-СООН + СО₂ ® НООС-СН₂-СО-ООН

Международная комиссия подготовила Классификацию ферментов (КФ). Код каждого фермента содержит четыре цифры, разделенные точками. Первая цифра указывает номер класса, вторая означает подкласс и характеризует вид субстрата. Например, у трансфераз указывает на природу переносимой группы, у гидролаз - на тип гидролизуемой связи. 3 цифра – уточняет природу участвующих в реакции соединений или групп. Четвертая цифра – номер фермента в данном подподклассе.

Пепсин – пептид-пептидогидролаза; КФ 3.4.4.1.

Ферменты применяют как лечебные препараты:

- при их отсутствии или недостатке (наследственном или приобретенном);

- для специфического разрушения некоторых продуктов обмена.

Фермент	Использование
Пепсин	Нарушение переваривания белков в желудке
Уреаза	Удаление мочевины из организма в аппаратах «искусственная почка»
Гиалуронидаза	Рассасывание рубцов
Стрептокиназа, урокиназа	Предотвращение тромбообразования при операциях

Ферменты используют в клинике в качестве аналитических реактивов.

Для анализа часто используют иммобилизованные ферменты, которые искусственно связаны с нерастворимым в воде носителем, что повышает стабильность белковых катализаторов.

Фермент	Использование
Глюкозооксидаза	Определение концентрации глюкозы в крови
Липаза	Определение концентрации триацилглицеридов в крови
Холестеролоксидаза	Определение холестерина в крови

Анализ кинетики появления и исчезновения ферментов в сыворотке крови используется в диагностике.

Состав ферментов и их распределение в тканях у взрослого человека в основном постоянны и могут измениться при болезнях. Почти все ферменты организма функционируют внутриклеточно. При повреждении тканей внутриклеточные ферменты появляются в сыворотке крови. Такие ферменты называют индикаторными.

По появлению в плазме или сыворотке крови ряда тканевых ферментов в повышенных количествах можно судить о функциональном состоянии и поражении различных органов.

Заболевание	Фермент
Инфаркт миокарда	креатинкиназа, АсАТ, ЛДГ-1
Вирусный гепатит	АлАТ, АсАТ, глутаматдегидрогеназа
Заболевания поджелудочной железы	a-амилаза
Заболевания печени	АлАТ, g-глутамилтрансфераза

Энзимопатии (синоним ферментопатии) - общее название болезней, развивающихся вследствие отсутствия или снижения активности тех или иных ферментов. В силу взаимозависимости метаболических путей дефект одного фермента часто приводит к целому ряду нарушений в обмене веществ.

Выделяют наследственные и приобретенные энзимопатии.

1. Наследственные энзимопатии связаны с генетически обусловленной недостаточностью одного или нескольких ферментов. Известно более 150 наследственных ферментопатий, для которых установлена сущность генной мутации.

Дата добавления: 2014-01-05