Структура и механизм действия ферментов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Типы изменений активности ферментов при различных заболеваниях

2. Методы исследования активности ферментов

3. Энзимопатии

Список использованной литературы

Введение

Ферменты, или энзимы, - это катализаторы белковой природы, образующиеся и функционирующие во всех живых организмах. Происхождение терминов связано с тем, что первоначально ферментативные процессы были открыты и изучены в бродильном производстве. В каждой клетке имеются сотни различных ферментов. С их помощью осуществляются многие химические реакции, которые могут с большой скоростью идти при температурах, подходящих для данного организма, т.е. в пределах от 5 до 400 С. Чтобы эти реакции с той же скоростью протекали вне организма, потребовались бы высокие температуры и резкие изменения некоторых других условий. Для клетки это означало бы гибель, так как вся работа клетки строится таким образом, чтобы избежать любых сколько-нибудь заметных изменений в нормальных условиях ее существования. Следовательно, ферменты можно определить как биологические катализаторы, т.е. как вещества, ускоряющие реакции. Они абсолютно необходимы, потому что без них реакции в клетках протекали бы слишком медленно и не могли поддерживать жизнь. Совокупность биохимических реакций, катализируемых ферментами, составляет сущность обмена веществ, являющегося отличительной чертой всех живых организмов. Через ферментативный аппарат, регуляцию его активности происходит и регуляция скорости метаболических реакций, их направленности.

Специфичность - очень высокая избирательность ферментов по отношению к субстрату. Специфичность фермента объясняется совпадением пространственной конфигурации субстрата и субстратного центра (стерическое совпадение). За специфичность фермента ответственен как активный центр фермента, так и вся его белковая молекула. Активный центр фермента определяет тип реакции, который может осуществить данный фермент. Различают три вида специфичности: абсолютную, относительную, стереохимическую.

Абсолютная специфичность. Такой специфичностью обладают ферменты, которые действуют только на один субстрат. Например, сахараза гидролизует только сахарозу, лактаза - лактозу, мальтаза - мальтозу, уреаза - мочевину, аргиназа - аргинин и т.д.

Относительная специфичность - это способность фермента действовать на группу субстратов с общим типом связи, т.е. относительная специфичность проявляется только по отношению к определенному типу связи в группе субстратов. Пример: липаза расщепляют сложноэфирную связь в жирах животного и растительного происхождения. Амилаза гидролизует а-гликозидную связь в крахмале, декстринах и гликогене. Алкогольдегидрогеназа окисляет спирты (метанол, этанол и др.).

Стереохимическая специфичность - это способность фермента действовать только на один стереоизомер. Например: 1) L, B-изомерия: L- амилаза слюны и сока поджелудочной железы расщепляет только L-глюкозидные связи в крахмале и не расщепляет D-глюкозидные связи клетчатки; 2) L и В-изомерия: В нашем организме превращения подвергаются только L-аминокислоты, т.к. эти превращения осуществляются ферментами L-оксидазами, способными реагировать только с L-формой аминокислот; 3) Цис-, транс-изомерия.

1. Типы изменений активности ферментов при различных заболеваниях

Печень в организме человека выполняет целый ряд важнейших функций. В печени протекает большое количество разнообразных биохимических реакций, за что её называют "биохимической фабрикой организма". Следовательно, в печени синтезируется либо работает большое количество ферментов, по активности которых можно судить и о состоянии всего органа. Определение активности ферментов, которые связаны с работой печени, называется энзимодиагностика заболеваний печени.

Существует три основных типа изменения активности ферментов, характерные для всех видов общепатологических процессов в организме:

1. повышение активности ферментов, постоянно присутствующих в крови

2. понижение активности ферментов, постоянно присутствующих в крови

3. появление в крови ферментов, которые в норме отсутствуют

Состояние печени можно оценивать по показателям следующих ферментов:

· аминотрансферазы (АСТ и АЛТ)

· лактатдегидрогеназа (ЛДГ)

· щелочная фосфатаза (ЩФ)

· глутаматдегидрогеназа (ГлДГ)

· сорбитолдегидрогеназа (СДГ)

· г-глутамилтрансфераза (ГГТ)

· фруктозо-монофосфат-альдолаза (ФМФА)

Высокая чувствительность энзимодиагностики объясняется тем, что концентрация фермента в клетках печени (гепатоцитах) в 1000 раз выше, чем в крови. Энзимодиагностика имеет важное значение для выявления печеночных повреждений, протекающих без желтухи (например, лекарственные повреждения, безжелтушная форма вирусного гепатита, хронические заболевания печени).

2. Методы исследования активности ферментов

Определение активности ферментов наиболее широко используется при диагностике, как первичных врожденных ферментопатий, так и вторичных, т.е. развивающихся в результате патологических нарушений на клеточном и субклеточном уровнях.

Изменение активности одних и тех же ферментов может наблюдаться при самых различных заболеваниях и, следовательно, не является специфичным для какой-либо патологии. В связи с этим определение активности ферментов имеет диагностическую значимость только при сопоставлении с изменениями других показателей и клинической картиной заболевания в целом.

Чаще всего для определения активности ферментов в клинико-диагностических лабораториях используют плазму. Ферменты, выявляемые в плазме, условно делятся на три группы:

- собственные ферменты плазмы, выполняющие свои функции только в сосудистом русле (ферменты свертывания крови, холинэстераза, церулоплазмин);

- экскреторные ферменты, попавшие в плазму из секретов (дуоденального сока, слюны);

клеточные ферменты, попавшие в плазму из поврежденного органа.

Появление, степень, длительность сдвига ферментативной активности ферментов в плазме или сыворотке крови обусловлены несколькими причинами: размерами и степенью повреждения клеток, величиной молекул фермента, его внутриклеточной локализацией, прочностью связей со структурными элементами клеток, влиянием разных факторов на активность и скорость деградации фермента в клетках.

Каждый орган в организме имеет определенный спектр ферментов. Его характеристикой может быть более или менее типичная группа ферментов, типичная энзиматическая констелляция. Это позволяет с помощью определения группы органоспецифических ферментов получать сведения о функциях отдельных органов организма. Обычно ферментодиагностика - это определение ряда ферментов. Моноорганоспецифических ферментов практически не существует.

Измеряемая в сыворотке крови активность ферментов - результат совместной и согласованной работы клеточных структур (процессов синтеза и распада ферментов), функции мембран, скорости инактивации. Кроме того, на активность ферментов в крови значительное влияние оказывает продолжительность жизнедеятельности. Для основного числа ферментов период полураспада составляет от 10 до 120 ч. При этом ферменты с коротким периодом полураспада лучше отражают процессы, протекающие в органе.

Определение активности ферментов в сыворотке или плазме крови начато с 1954 г., когда было выяснено диагностическое значение нарастания активности ACT и АЛТ. Последующие годы подтвердили, что ряд заболеваний (в первую очередь инфаркт миокарда) вызывает преходящий подъем активности ряда ферментов плазмы и сыворотки крови. Каждый фермент в процессе заболевания отличает время первоначального появления в сыворотке и плазме; достижение максимальной активности; инактивация. По мере развития патологического процесса в органе происходит прогрессирующее нарушение целостности клеточных стенок и утечка ферментов. В плазме или сыворотке накапливается добавочное количество ферментов, набор которых характеризует их состав в пораженном органе. Абсолютное повышение активности определенного фермента связано со степенью повреждения ткани, его активность зависит от молекулярной массы и количества фермента в органе. Длительность периода полураспада ферментов является главным фактором, определяющим период времени, когда активность фермента повышена в плазме или сыворотке крови.

3. Энзимопатии

Энзимопатии - общее название болезней, развивающихся вследствие отсутствия или снижения активности тех или иных ферментов - белков, выполняющих функцию специфических катализаторов превращения веществ в организме. Выделяют наследственные и приобретенные энзимопатии.

Наследственные

Наследственные энзимопатии связаны с генетически обусловленной недостаточностью одного или нескольких ферментов. Особенностью течения наследственных Энзимопатий является наличие скрытого периода, когда болезнь не имеет выраженных клинических симптомов, но может быть заподозрена или установлена на основании исследований крови, мочи или кала. Со временем в связи с ферментативным дефектом в организме накапливаются промежуточные продукты обмена веществ, нарушающие функцию тех или иных органов, что обусловливает появление клин. признаков болезни. Обычно первые клин. симптомы наследственных Энзимопатий обнаруживаются в раннем детском возрасте, однако в ряде случаев болезнь клинически проявляется у детей более старшего возраста или у взрослых. Проявления зависят от характера нарушения того или иного вида обмена веществ. фермент печень энзиомопатия плазма

На основании особенностей нарушений обмена веществ условно выделяют несколько групп наследственных Энзимопатий. Наследственные болезни обмена аминокислот, напр., фенилкетонурия (дефект ферментов, превращающих фенилаланин в тирозин) и гистидинемия (недостаточность фермента, расщепляющего гистидин), характеризуются нарушениями функции центральной нервной системы, что проявляется изменением мышечного тонуса, судорогами, отставанием в психомоторном развитии, слабоумием и др.

К наследственным болезням углеводного обмена относят гликогенозы, галактоземию, нек-рые формы диабета сахарного и др. Наследственные болезни обмена липидов включают липидозы сыворотки крови, характеризующиеся повышением содержания в крови липидов, холестерина или липопротеинов, и липидозы с внутриклеточными включениями. К последним относят болезнь Тея-Сакса (ранняя детская амавротическая идиотия, проявляющаяся на первом году жизни прогрессирующим снижением зрения вплоть до слепоты, задержкой психического развития, центральными параличами, повышенной чувствительностью к звуковым раздражителям), Ниманна- Пика болезнь, Гоше болезнь и др.

Наследственные болезни пуринового и пиримидинового обмена включают некоторые формы подагры, синдром Леша-Найхана (возникает при недостаточности гипоксантинфосфорибозилтрансферазы и характеризуется накоплением мочевой к-ты в тканях, повышенным выведением ее с мочой, развитием умственной отсталости) и др. Выделяют также наследственные болезни стероидного обмена, напр. адреногенитальный синдром; обмена билирубина, напр. синдромы Криглера-Найяра, Жильбера- Мейленграхта и др., проявляющиеся желтухой; обмена металлов - гемохроматоз, гепатоцеребральная дистрофия; порфиринового обмена.

Наследственными болезнями обмена соединительной ткани являются мукополисахаридозы, Марфана синдром, хондродистрофия; наследственными болезнями крови и кроветворных органов - гемофилия, микросфероцитарная гемолитическая анемия.

Наследственные болезни обмена могут быть обусловлены дефектом ферментов канальцев почек с нарушением транспорта различных веществ - рахитоподобные заболевания: гипофосфатазия, фосфат-диабет, болезнь де Тони-Дебре-Фанкони и др.; дефектом ферментов желудочно-кишечного тракта: целиакия, кишечная форма муковисцидоза и др.; дефектом синтеза белков плазмы (напр., анальбуминемия, характеризующаяся отсутствием альбуминов) и иммуноглобулинов (напр., агаммаглобулинемия).

Для выявления наследственной патологии обмена веществ необходим тщательный генеалогический анализ и целенаправленное углубленное клинико-лабораторное обследование. Основное значение в диагностике наследственных Энзимопатий имеют биохимические методы исследования (определение активности ферментов, продуктов обмена веществ), особенно в тех случаях, когда болезнь клинически не проявляется. Все шире внедряются скрининг-тесты, т. е. простейшие методы для массовых исследований; напр. для ранней диагностики фенилкетонурии у новорожденных используют тест Гатри, позволяющий ориентировочно судить о количестве фенилаланина в крови (по степени воздействия крови исследуемого на рост чувствительных к фенилаланину штаммов микроорганизмов).

С целью коррекции метаболических нарушений из рациона питания исключают продукты, содержащие вещества, метаболизм к-рых нарушен в связи с дефицитом соответствующего фермента; создаются специальные пищевые продукты с низким содержанием этих веществ. Заместительную терапию назначают в основном при недостаточности ферментов желудочно-кишечного тракта. При ряде наследственных Энзимопатий используют средства, индуцирующие синтез ферментов: напр., барбитураты при нарушении обмена билирубина, высокие дозы витамина D при рахитоподобных заболеваниях. Разрабатываются методы генетической инженерии. Эффективность лечения и прогноз во многом зависят от своевременности диагностики и начала комплексной терапии. В семьях, где имеются больные с Энзимопатией, показано медико-генетическое консультирование.

Приобретенные энзимопатии.

Одним из наиболее частых вариантов приобретенных Энзимопатий являются алиментарные Энзимопатии - патологические состояния, обусловленные стойкими нарушениями активности ферментов в связи с характером питания. Собственно алиментарные Энзимопатии могут быть обусловлены длительным дефицитом белка в питании (напр., при квашиоркоре), нарушением биосинтеза коферментов при витаминной недостаточности, угнетением синтеза металлоферментов при низком содержании в рационе соответствующих минеральных веществ. Кроме того, они могут возникать при несбалансированном питании в целом, напр. при нарушении соотношения аминокислот, жирных кислот, водо- и жирорастворимых витаминов или отдельных минеральных веществ. К развитию собственно алиментарных Энзимопатий может приводить также нарушение поступления пищевых веществ из желудочно-кишечного тракта в кровь при длительных поносах, атрофии слизистой оболочки кишечника и др. К алиментарным Энзимопатиям относят и так наз. токсические Энзимопатии, связанные с угнетением активности или биосинтеза отдельных ферментов и с неспецифическим угнетением синтеза белка различными естественными компонентами пищевых продуктов (ингибиторы протеолитических ферментов, антивитамины и др.) или чужеродными веществами (напр., пестицидами), содержащимися в них.

Клинические проявления приобретенных Энзимопатий зависят от вида фермента, функция которого нарушена, и характеризуются нарушениями того или иного вида обмена веществ. Лечение собственно алиментарных Энзимопатий основано на введении в рацион питания недостающих пищевых веществ - белков, витаминов, минеральных веществ и др. В необходимых случаях проводят диетическую или лекарственную коррекцию обмена веществ, процессов пищеварения и всасывания в желудочно-кишечного тракте. При токсических Энзимопатиях необходимы устранение повреждающего фактора и симптоматическая терапия.

Рациональное сбалансированное питание, обеспечивающее физиол. потребности организма в пищевых веществах и энергии, является основой профилактики алиментарных Энзимопатий. Гигиеническая регламентация состава пищевых продуктов и организация системы предупреждения загрязнения их вредными чужеродными веществами обеспечивают профилактику токсических Энзимопатий. К профилактическим мероприятиям следует отнести и адекватную технологическую и кулинарную обработку пищевых продуктов, способствующую сохранению витаминов и других питательных веществ, а также разрушению или инактивации вредных естественных компонентов.

Список использованной литературы

1. Власова З.А. Биология. Справочник школьника. М., Всероссийское сло-во, 1995 г.

2. Хомченко Г.Л. Химия для поступающих в ВУЗы. Учебное пособие. М., Высшая школа, 1993 г.

3. Биологический энциклопедический словарь. Под ред. Гилярова М.С. М., Советская энциклопедия, 1987 г.

4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник.- М.: Медицина, 1990.- с.115

5. Основы биохимии: Учебник для студ. биол. спец. ун-тов/под ред. А.А. Анисимова.- М.: Выс.шк., 1986. - с.133-140

6. Фёршт Э. Структура и механизм действия ферментов.- М.: Мир., 1980.- с. 373-388

Размещено на Allbest.ru