Ферменты

           Треонин  Е₁  x       Е₂   y       Е₃   n       изолейцин

                                          

    

2.5. Изоферменты, иммобилизованные ферменты, значение в медицине.

    Изоферменты – это множественные формы одного и того же фермента. Изоферменты катализируют одну и ту же реакцию, но отличаются по аминокислотному составу и некоторым физико-химическим свойствам (молекулярной массе, электрофоретической подвижности и др.). Например, фермент лактатдегидрогеназа (ЛДГ) существует в пяти формах: ЛДГ₁, ЛДГ₂, ЛДГ₃, ЛДГ₄, ЛДГ₅.

                      

    ЛДГ катализирует реакцию:

     Глюкоза

                                                            ЛДГ _4,5            

                                              ПВК                                     молочная кислота + 2 АТФ

                                                            ЛДГ _1,2

      
 

   СО2 + Н2О + 38 АТФ 

    Каждая  ткань имеет определенный изоферментный  спектр ЛДГ: в сердечной мышце  – ЛДГ_1,2; в печени, скелетных мышцах – ЛДГ_4,5.

    Какова  целесообразность синтеза фермента в нескольких молекулярных формах? В тканях с преимущественно аэробным обменом веществ (сердечная мышца), преобладают формы ЛДГ_1,2, которые обеспечивают ткани большим количеством энергии. В тканях с преимущественно анаэробным обменом веществ (печень, скелетные мышцы) преобладают ЛДГ_4,5, что приводит к образованию молочной кислоты и двух молекул АТФ.

    Определение уровня активности изоферментов в сыворотке  крови имеет важное значение в  диагностике заболеваний. например, повышение активности ЛДГ1,2 наблюдается при инфаркте миокарда; ЛДГ_4,5 – при заболеваниях печени (гепатит, цирроз). 

    Иммобилизованные  ферменты.

    Практическое  использование ферментов столкнулось  с большими трудностями. Первое –  это сложность и дороговизна получения достаточных количеств ферментов в чистом виде. Кроме того, ферменты быстро теряют свою активность под действием различных факторов (изменение кислотности среды, температуры, солевого состава и др.)

    При использовании ферментов возникают осложнения, в первую очередь иммунологические. Также невозможно создать высокую местную концентрацию фермента при локальных поражениях, так как ферменты не обладают способностью к «направленному транспорту».

    Группой под руководством отечественного ученого И. Березина впервые были созданы иммобилизованные ферменты.

    Под иммобилизацией ферментов понимают их физическое (адсорбционное) или химическое (ковалентное) связывание с матрицей носителя, которая защищает фермент  от инактивирующих воздействий, но в минимальной степени влияет на функционирование его активных центров. Материалом для изготовления носителя могут служить неорганические пористые стекла, силикагели, а также природные или синтетические полимеры.

    Разработаны несколько видов иммобилизации.

    Наиболее распространены реакции ацилирования, в которые могут вступать амино-окси- и некоторые другие группы белка, при этом чаще всего реакция протекает по аминогруппам лизиновых остатков.

    Очень распространена реакция образования  азаметиновой связи (оснований Шиффа) между альдегидными группами носителя и аминогруппами белка.

    Относительно  новый способ получения устойчивых терапевтических ферментов –  иммобилизация на соединениях, характерных  для самого организма или даже обладающих собственной биологической  активностью, дополняющих или усиливающих действие связанного с ними фермента. Примером может служить фибринолизин, иммобилизованный на гепарине, урокиназа – на альбумине.

    Наконец, растворимые препараты иммобилизованных ферментов медицинского назначения могут быть получены путем их межмолекулярного слияния. Например, слияние молекул галактозидазы обеспечивает стабилизацию фермента. Одновременно замедляется переваривание фермента и увеличивается время его нахождения в кровотоке.

    Иммобилизованные  ферменты имеют ряд преимуществ. Они обладают достаточно длительным сроком годности, у них снижена аллергичность и иммуногенность за счет частичной или полной блокады антигенных участков белка макромолекулой носителя, они слабо восприимчивы к действию естественных ингибиторов и проявляют терапевтическую активность в течение длительного времени. Носитель, с которым связан фермент, обеспечивает не только устойчивость, но и направленную доставку фермента предпочтительно в зону поражения, т.е. в определенный орган или ткань.

    Область применения иммобилизованных ферментов  очень широка. Они могут быть компонентами аналитических систем для клинического биохимического анализа, могут служить  для модификации внутренних поверхностей, как различного рода протезов, так  и медицинских аппаратов, могут являться компонентами перевязочных и дренирующих материалов, обеспечивающих ускорение заживления и очищения ран.

    Если  фермент служит для лечения местных  поражений (опухолей, тромбов) и его  присутствие в других органах  нежелательно, то создаются биосовместимые и биоразлагаемые производные ферментов в виде микрочастиц, гранул, таблеток.

    Некоторые иммобилизованные ферменты используются для наружного применения, при  включении в состав различных  мазей или кремов. 

Практическое  занятие № 11 (контрольное).

Задание к занятию № 11.

 

Тема: ФЕРМЕНТЫ.

Цель  занятия:

- контроль  приобретенных знаний. 

    Основные  вопросы темы.

1.Что  такое ферменты, биологическая роль  в детском организме? 

2.Номенклатура  и классификация ферментов.

3.Значение  определения активности ферментов в диагнозе и прогнозе заболеваний.

4.Применение  ферментов в качестве лечебных  препаратов.

5.Энзимопатии. 

6.Химическая  природа ферментов.

7.Строение  простых и сложных ферментов.

8.Понятие  об активном центре ферментов.

9.Механизм  действия ферментов.

10.Свойство  ферментов как биологических  катализаторов: термолабильность, влияние  рН среды, специфичность.

11.Механизмы  активирования ферментов. Проферменты,  физиологическое значение образования  их.

12.Ингибиторы  ферментов: специфические и неспецифические.

13.Конкурентное  торможение, значение в изыскании  лекарственных препаратов.

14.Аллостерические  (регуляторные) ферменты.

15.Регуляция  по типу обратной связи (ретроингибирование).

16.Изоферменты,  механизм образования, биологическая  роль.

17.Иммобилизованные  ферменты, значение в медицине.

18.Связь  витаминов с ферментами.

19.Терапевтический  эффект применения сульфаниламидных  препаратов. 

                      Лабораторно-практические  работы.

       1.Определение наличия амилазы  в слюне.

       2.Определение наличия сахаразы в дрожжах.

                        Литература.

1. Материалы  лекций.

2. Николаев  А.Я. Биологическая химия. М.: «Высшая  школа»,  1989.

3.Березов  Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая  химия. М.: «Медицина», 1990.

4.Березов  Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 2004.

5. Кушманова  О.Д., Ивченко Г.М. Руководство  к лабораторным занятиям по  биологической химии. М.: Медицина.