Ферменты

РУДН

Аграрный факультет

Ветеринарная фармакология

доклад

«Ферменты»

Сергеевой Л.С

Группа СВ-31

Москва

2006

ФЕРМЕНТЫ – биологические катализаторы, органические вещества белковой природы, которые синтезируются в клетках и во много раз ускоряют протекающие в них реакции, не подвергаясь при этом химическим превращениям. Ферменты иногда называют энзимами.

Все внутриклеточные и внеклеточные метаболические процессы осуществляются в организме при непосредственном участии ферментов. В большинстве своем ферменты – это сложные вещества, состоящие из белковой и простетической частей (апофермента). Апоферменты представляют собой коферменты (фосфорилированные витамины) и кофакторы (БАВ, макро- микроэлементы)

Изучением химических свойств ферментов и катализируемых ими реакций занимается особая, очень важная область биохимии – энзимология.

Структурные особенности ферментов, необходимые для их функционирования, легко утрачиваются. Так, при нагревании происходит перестройка белковой цепи, сопровождающаяся потерей каталитической активности. Важны также щелочные или кислотные свойства раствора. Большинство ферментов лучше всего «работают» в растворах, pH которых близок к 7, когда концентрация ионов H⁺ и OH^- примерно одинакова. Связано это с тем, что структура белковых молекул, а следовательно, и активность ферментов сильно зависят от концентрации ионов водорода в среде.

Коферменты и субстраты. Многие ферменты с большой молекулярной массой проявляют каталитическую активность только в присутствии специфических низкомолекулярных веществ, называемых коферментами (или кофакторами). Роль коферментов играют большинство витаминов и многие минеральные вещества; именно поэтому они должны поступать в организм с пищей. Вещество, подвергающееся превращению в присутствии фермента, называют субстратом. Ферменты имеют активный центр, которым он присоединяется к ферменту. Активный центр представляет собой уникальное сочетание аминокислотных остатков, обеспечивающих непосредственное взаимодействие и специфичность фермента субстрату. Каждый фермент имеет один или несколько активных центров, с которыми и связывается субстрат. Эти центры высокоспецифичны, т.е. «узнают» только «свой» субстрат или близкородственные соединения. Кроме активного центра в молекуле фермента имеется аллостерический центр. При соединении этого центра с субстратом изменяется конформация молекулы фермента, в том числе активного центра, что обуславливает повышение или понижение каталитической активности Субстрат присоединяется к ферменту, который ускоряет разрыв одних химических связей в его молекуле и создание других; образующийся в результате продукт отсоединяется от фермента. Этот процесс представляют следующим образом:

Продукт тоже можно считать субстратом, поскольку все ферментативные реакции в той или иной степени обратимы. Правда, обычно равновесие сдвинуто в сторону образования продукта, и обратную реакцию бывает трудно зафиксировать.

Механизм действия ферментов. Скорость ферментативной реакции зависит от концентрации субстрата [S] и количества присутствующего фермента. Эти величины определяют, сколько молекул фермента соединится с субстратом, и именно от содержания фермент-субстратного комплекса зависит скорость реакции, катализируемой данным ферментом. Зависимость скорости (v) ферментативного превращения субстрата от его концентрации [S] описывается уравнением Михаэлиса – Ментен:

где K_M – константа Михаэлиса, характеризующая активность фермента, V – максимальная скорость реакции при данной суммарной концентрации фермента. Из этого уравнения следует, что при малых [S] скорость реакции возрастает пропорционально концентрации субстрата. Однако при достаточно большом увеличении последней эта пропорциональность исчезает: скорость реакции перестает зависеть от [S] – наступает насыщение, когда все молекулы фермента оказываются занятыми субстратом.

Ферменты выполняют множество функций в организме. Они катализируют разнообразные реакции синтеза, включая образование тканевых белков, жиров и углеводов. Для синтеза всего огромного множества химических соединений, обнаруженных в сложных организмах, используются целые ферментные системы. Для этого нужна энергия, и во всех случаях ее источником служат фосфорилированные соединения, такие, как АТФ.

Все ферменты, образующиеся в организме были классифицированы на 6 классов в зависимости от того, какую реакцию они катализируют: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы.

Ферменты и пищеварение. Ферменты – необходимые участники процесса пищеварения. Только низкомолекулярные соединения могут проходить через стенку кишечника и попадать в кровоток, поэтому компоненты пищи должны быть предварительно расщеплены до небольших молекул. Это происходит в ходе ферментативного гидролиза (расщепления) белков до аминокислот, крахмала до сахаров, жиров до жирных кислот и глицерина. Гидролиз белков катализирует фермент пепсин, содержащийся в желудке. Ряд высокоэффективных пищеварительных ферментов секретирует в кишечник поджелудочная железа. Это трипсин и химотрипсин, гидролизующие белки; липаза, расщепляющая жиры; амилаза, катализирующая расщепление крахмала. Пепсин, трипсин и химотрипсин секретируются в неактивной форме, в виде т.н. зимогенов (проферментов), и переходят в активное состояние только в желудке и кишечнике. Это объясняет, почему указанные ферменты не разрушают клетки поджелудочной железы и желудка. Стенки желудка и кишечника защищает от пищеварительных ферментов и слой слизи. Некоторые важные пищеварительные ферменты секретируются клетками тонкого кишечника.

Большая часть энергии, запасенной в растительной пище, такой, как трава или сено, сосредоточена в целлюлозе, которую расщепляет фермент целлюлаза. В организме травоядных животных этот фермент не синтезируется, и жвачные, например крупный рогатый скот и овцы, могут питаться содержащей целлюлозу пищей только потому, что целлюлазу вырабатывают микроорганизмы, заселяющие первый отдел желудка – рубец.

Ферменты и их препараты очень широко используют в ветеринарной медицине не только в качестве средств, улучшающих пищеварение, но и как средства вспомогательного и самостоятельного назначения при многих болезнях. Синтетическим путём были получены ферменты протеолитического действия:

• улучшающие пищеварение (пепсин, химотрипсин, абомин) при заболеваниях ЖКТ

• обладающие фибринолитическими свойствами (фибринолизин, стрептолиаза) применяют при тромбозах и тромбофлебитах

• вещества, уменьшающие вязкость гиалуроновой кислоты (лидаза, ронидаза) применяют при контрактурах сухожилий, рубцах после ожогов, операций, при гематомах. При пониженной подвижности суставов после воспалений;

• литические (антимикробные препараты)) лизосубтилин, лизоцим), лизирующие стенки бактерий и вызывающие их гибель

• Препараты, применяемые при гнойно-некротичеких процессах (трипсин, коллагеназа) – ируксол, олазоль.

1. Ферментные препараты микробного происхождения в основном добавляют в премиксы и комбикорма. Получают при культивировании микробов и грибов. Под их влиянием улучшается усвояемость питательных веществ, особенно кормов растительного происхождения; нормализуется состав кишечной микрофлоры, поскольку некоторые из них обладают противомикробным свойством; активизируется рост молодняка и профилактируются некоторые болезни ЖКТ. По степени очистки бактериальные ферменты делят на очищенные (спиртом и высаливанием) и технические (высушенные). Получают ферменты при глубоком или поверхностном культивировании. Препараты: Амилорозин и Пектаваморин из гриба аспергиллус; Протосубтилин бактериальная протеаза, Кислая протеазаиз гриба аспиргиллус.

2. Литические ферменты используют при лечении животных с инфекционными заболеваниями. Эти ферменты лизируют компоненты стенки бактерий, которая состоит в основном из (гетероизомо)пептидогликана. Лизис осуществляется с помощью ферментов амилазы, гликозидазы, протеазы.

В гинекологической практике для лечения больных фолликулярным вестибулитом, эндометритом, трихомонозом используют лизоцим. При инфекционной патологии, где этиологическим фактором является стафилококк, применяют ферментативный препарат Лизостатин, при микозных поражениях родовых путей (кандидомикоз, аспиргиллёз) назначают Копран, Болбит препараты низших грибов. При лечении гнойно-некротических процессов используют протеолитические препараты Профензим, Имозин.

Лизосубтилин – порошок, растворимый в гранулах. Литическая активность измеряется в ЕД. применяют при лечении эндометритов у коров. Растворяют в дистиллированной воде и вводят в матку. Для профилактики диареи у телят добавляют в молоко, молозиво.

Лизоцим – порошок, растворённый в воде вводят внутрь с кормом и водой. Применяют при откорме бройлеров, назначают при комплексной терапии при бронхопневмонии, диарее, остеодистрофии.

Пепсинорм – ферментно-бактериальный препарат. Выпускают как раствор, так и порошок. Нормализует пищеварение, устраняет дисбактериоз, применяют для лечения болезней ЖКТ молодняка.

3. Ферменты, применяемые при гнойно-некротических процессах.

Трипсин – получают из панкреатической железы КРС. В виде порошка или раствора. Это эндогенный протеолитический фермент, расщепляющий пептидные связи в белках. Применение основано на свойстве расщепления некротизированных тканей и фибринозных образований, разжижении вязких экссудатов, сгустков крови. Применяют внутримышечно при лечении и профилактике бронхопневмоний у телят, в виде аэрозолей при болезнях дыхательных путей для разжижения экссудата. Наружно в виде капель, примочек применяют при ожогах, язвах, гнойных поражениях, пролежнях. Нельзя вводить в вену, кровоточащие полости, злокачественные опухоли.

Химотрипсин- получают из поджелудочной железы КРС, применяют как трипсин.

Коллагеназа- из поджелудочной железы КРС, имеет вид пористой массы. Обладает протеолитическим действием, осуществляя лизис коллагеновых волокон, способствует расплавлению струпов и некротизированных тканей. Применяют местно при ожогах, обморожениях,, язвах с целью ускорения отторжения омертвевших участков тканей

Мазь «Ируксол»

4. Ферментные препараты, улучшающие пищеварение.

Пепсин- порошок, растворимый в воде. Железами желудка продуцируется неактивная форма пепсина – пепсиноген, который превращается в желудке под действием соляной кислоты в активную форму пепсин. Выпускают таблетки ацидо-пепсин, состоящие из 1 части пепсина и 4 частей солянокислого бетаина в желудке бетаин гидролизуется с выделением соляной кислоты и активизирует пепсиноген. Назначают при расстройствах пищеварения, ахилии, гипо и анацидных гастритах. Диспепсиях.

Натуральный желудочный сок- прозрачная жидкость кислого вкуса, со специфическим запахом. Получают от собак, лошадей при мнимом кормлении по Павлову. Применяют внутрь при гипофункции желудка,ахилии.

Абомин- содержит сумму протеолитических ферментов, применяют при различных нарушениях процессов пищеварения и понижения уровня кислотности желудочного сока (гастритах, гастроэнтеритах, энтероколитах)

Панкреатин (Мезим)- получают из панкреатической железы КРС. Выпускают порошок, таблетки, растворимые в кишечнике. Основные ферменты: трипсин, амилаза, липаза, расщепляющие белки, углеводы, жиры. Применяют при нарушениях пищеварения, обусловленных гипофункцией поджелудочной железы, при ахилии, хронических панкреатитах, гастритах анацидных, гипоацидных энтероколитах. Вводят в корм и с водой, добавляют щелочной раствор (соду) Одновременно не применяют желудочный сок, не вводят соляную кислоту и пепсидил.

Ораза- содержит протеолитический и амиилолитический ферменты, порошок. В желудке не разрушается, каталитическую активность сохраняет в кишечнике. Применяют при расстройствах пищеварения, связанных с пониженной функцией пищеварительных желёз. При анацидном и гипоацидном гастрите, при гепатохолецистите, панкреатите остром и хроническом, язвенной болезни желудка, колите, сопровождающимся запором.

5. Разные ферментные препараты

Лидаза – содержит гиалуронидазу. Получают из семенников КРС. Выпускают порошок и лиофилизированную массу. Вводят п/к, в\м и ингаляционно в виде аэрозолей. Субстрат для гиалуронидазы – гиалуроновая кислота, являющаяся мукополисахаридом. Она обладает высокой вязкостью и является цементирующим соединением в соединительной ткани. Гиалуронидаза вызывает распад гиалуроновой кислоты и уменьшает её вязкость с одновременным увеличением проницаемости тканей и облегчением циркуляции жидкости в межклеточном пространстве. Применяют при контрактурах сухожилий, рубцах после ожогов, операций, при гематомах. Вводят п/к с новокаином или под рубцово-измененные ткани.

Ронидаза- показания к применению те же + тугоподвижность суставов после воспалений.

Цитохром С- из сердечной мышцы КРС, раствор, таблетки, растворимые в кишечнике. Относится к антигипоксическим средствам, применяют для улучшения внутриклеточного дыхания при асфиксии новорожденных, хронической пневмонии, сердечной недостаточности, ишемической болезни сердца и других состояниях, сопровождающихся нарушением окислительных процессов в организме, при повышенных нагрузках для предупреждения недостаточности тканевого дыхания.

6. Ингибиторы ферментов. Многие ингибиторы связываются с активным центром фермента – тем самым, с которым взаимодействует субстрат. У таких ингибиторов наиболее важные структурные особенности близки к структурным особенностям субстрата, и если в реакционной среде присутствуют и субстрат и ингибитор, между ними наблюдается конкуренция за связывание с ферментом; при этом чем больше концентрация субстрата, тем успешнее он конкурирует с ингибитором. Ингибиторы другого типа индуцируют в молекуле фермента конформационные изменения, в которые вовлекаются важные в функциональном отношении химические группы.

Пантрипин- из панкреатической железы КРС, порошок, растворимый в воде. Имеет полипептидную структуру, обладает антипротеолитической активностью в отношении ферментов поджелудочной железы (трипсина, химотрипсина, калликреиа. Введенный пантрипин ингибирует каталитически активные ферменты, образующиеся при остром и хроническом пакреатите и других патологиях, при которых ферменты уже в самой железе приобретают каталитическую активность и переваривают её (опухоли, травмы, инфекции новообрахзования). Вводят в/в капельно.