1.3 Локализация ферментов в клетке, органоспецифические и маркерные ферменты.

Все ферменты и метаболические процессы компартментализованы (разделены и изолированы).

В нормальной клетке находится более 1000 ферментов.

Упорядоченное взаимодействие ферментов достигается путем многоуровневой регуляции и компартментализации. Зная локализацию ферментов в клетке и определяя их активность в крови, можно судить о степени деструкции ткани.

Ядро: локализованы РНК-полимеразы, НАД-синтетаза, ферменты, участвующие в репликации ДНК.

Митохондрии: ферменты тканевого дыхания, окислительного фосфорилирования, ферменты b-окисления ЖК, цикла Кребса, пируватдегидрогеназного комплекса, синтеза мочевины.

Лизосомы: гидролитические ферменты с оптимумом рН в области 5 (пептидазы, эстеразы, нуклеазы).

Рибосомы: ферменты белкового синтеза.

ЭПС: ферменты синтеза липидов, ферменты гидроксилирования, детоксикации (метилирования, ацетилирования), конъюгации.

Мембраны: Na-K-АТФаза, аденилатциклаза, ферменты транспорта субстратов.

Цитоплазма: ферменты гликолиза, ПЦ, активации а/к, ферменты синтеза жирных кислот, ГНГ.

Мультиферментные системы локализуются в структуре органелл таким образом, что каждый фермент располагается в непосредственной близости от следующего фермента данной последовательной реакции.

Благодаря также компартментализации в клетке могут одновременно протекать 2 несовместимых процесса, например: b-окисление ЖК (в митохондриях) и синтез ЖК (в цитоплазме).

Органоспецифические ферменты:

Под органоспецифичностью понимают наличие метаболических путей, присущих только данному органу.

Так вот органоспецифические ферменты - это ферменты, катализирующие определенные метаболические пути, присущие определенному органу.

Хотя органы и имеют различное выражение того или иного метаболического пути, они имеют важное значение для диагностики многих заболеваний, путем определения их активности:

так для печени характерна высокая активность АсАТ, АлАТ, сорбитдегидрогеназы, ГДГ. Причем активность АлАТ выше, чем АсАТ, т. к. АсАТ лучше спрятана во внутриклеточных структурах.

Костная ткань - щелочная фосфатаза.

Простата - кислая фосфатаз

Glandula parotis et pancreas - амилаза.

Миокард - ЛДГ1 и ЛДГ2 , креатинкиназа (ММ и MB-изоферменты).

Мышцы - ЛДГ4,5; ММ.

При нарушении целостности тканей этих органов, ферменты выделяются в сыворотку крови, где их активность резко повышается. В зависимости от того, активность какого фермента повысилась можно судить не только локализации каталитического процесса, но и о степени его тяжести.

Но для более конкретной и точной диагностики заболеваний, для определения интенсивности и глубины повреждения тканей нужны маркерные ферменты. Это ферменты, принадлежащие определенной конкретной органелле:

сукцинатдегидрогеназа - внутренняя мембрана митохондрий;

кислые гидролазы - лизосомы;

ферменты гликолиза - цитоплазма и т. д.

1.4 Регуляция активности ферментов. Роль гормонов, цАмф, активаторов, ингибиторов. Регуляция активности ферментов

Изменение активности фермента – наиболее быстрый путь воздействия на скорость протекания реакции. На активность фермента воздействуют физические факторы (температура, свет, давление и т.д.), действие этих факторов в большинстве случаев неспецифично. Специфически действуют на активность ферментов химические факторы. Здесь можно выделить несколько случаев. Во-первых, фактор может связываться с активным центром фермента, что чаще всего ведет к утрате каталитической активности. Так может действовать сам субстрат в случае отсутствия каких-либо необходимых для протекания реакции факторов, либо активный центр фермента может блокироваться другим агентом в случае конкурентного ингибирования. Во-вторых, может происходить химическая модификация фермента под действием другого фермента.

Наиболее тонким и широко распространенным способом регуляции активности ферментов является аллостерическая регуляция. В этом случае регуляторный фактор связывается не с каталитическим центром фермента, а с другим его участком (регуляторным центром), что приводит к изменению активности фермента. Ферменты, регулируемые таким образом, называются аллостерическими, они часто занимают ключевую позицию в метаболизме. Вещество, связывающееся с регуляторным центром называется эффектором, эффектор может быть ингибитором, а может бытьактиватором.Обычно эффекторами бывают либо конечные продукты биосинтетических путей (ингибирование по принципу обратной связи), либо вещества, концентрация которых отражает состояние клеточного метаболизма (АТФ, АМФ, НАД+ и др.). Как правило, аллостерические ферменты катализируют одну из реакций, с которой начинается процесс образования какого-то метаболита. Обычно эта стадия лимитирует скорость всего процесса в целом. В катаболических процессах, сопровождающихся синтезом АТФ из АДФ, в роли аллостерического ингибитора одной из ранних стадий катаболизма часто выступает сам конечный продукт – АТФ. Аллостерическим ингибитором одной из ранних стадий анаболизма нередко служит конечный продукт биосинтеза, например какая-нибудь аминокислота. Так, например, аллостерическим ферментом является,треониндезаминаза, фермент, катализирующий первую стадию биосинтеза изолейцина из треонина; изолейцин является ингибитором этого фермента (рис. 31). Это типичный пример ингибирования по принципу обратной связи.

Рис. 31. Схема регуляции биосинтеза L-изолейцина по механизму отрицательной обратной связи:

Ф1 – аллостерический фермент треониндезаминаза, Ф2 – Ф5 – ферменты, катализирующие промежуточные стадии биосинеза изолейцина. Стрелка показывает ингибирование треониндезаминазы L-лейцином, конечным продуктом данного биосинтетического пути

Активность некоторых аллостерических ферментов стимулируется специфическими активаторами. Аллостерический фермент, регулирующий одну из катаболических последовательностей реакций, может, например, подчиняться стимулирующему влиянию положительных эффекторов – АДР или АМР и ингибирующему действию отрицательного эффектора – АТР. Известны также случаи, когда аллостерический фермент какого-нибудь метаболического пути специфическим образом реагирует на промежуточные или конечные продукты других метаболических путей. Благодаря этому оказывается возможной координация скорости действия различных ферментных систем.