4. Ферменттердің каталитикалық белсенділігін шектеулі протеолизбен реттеу.

Жасушадан тыс кейбір ферменттер (асқазан-ішек жолдарында немесе қан плазмасында) активсіз алғы заттар ретінде синтезделеді, олар бір немесе бірнеше белгілі пептидтік байланыстардың гидролизі нәтижесінде активтенеді,ол молекуланың бір бөлігінің үзілуін тудырады. Белок молекуласының қалған бөлігінде құрылысы өзгеріп, одан ферменттің активті орталығы түзіледі (2.22 -сурет). Шектеулі протеолиз фермент белсенділігі өзгерісінің реттелуінің мысалы болып табылады.

активсіз

активті

2.22-сурет. Шектеулі протеолиз көмегімен пепсиннің активтенуі.

Пепсиногеннің бір немесе бірнеше пептидтік байланыстарының гидролизі нәтижесінде (активсіз молекула) молекуланың бір бөлігі ажырап, пепсин фнрментінің активті орталығы қайтымсыз түзіледі. Осындай ферменттер белок молекуласының өміршеңдігімен анықталатын аз уақыт ішінде қызметін атқарады. Шектеулі протеолиз асқорытудағы протеолитикалық ферменттердің (пепсин, трипсин, химотрипсин, эластаза), пептидтік гормондардың (инсулин), қан ұйыту жүйесіндегі белоктарының және басқа бірқатар белоктардың активтенуінің негізін салады.

2.11. Ферменттердің медицинада қолданылуы

Энзимодиагностика мен энзимотерапия

Медициналық тәжірибеде ферменттер диагностикалық (энзимодиаг-ностика) және терапевтік (энзимотерапия) әдістер ретінде кең қолданылады. Сонымен қатар, ферменттер белгілі бірқатар метаболиттерді анықтауда арнайы реактивтер ретінде қолданылады. Мысалы, глюкооксидаза ферментін қанда және зәрде глюкозаның сандық мөлшерін анықтауға қолданады; уреаза ферментін биологиялық сұйықтықтарда мочевинаның мөлшерін анықтауға; әртүрлі дегидрогеназалар көмегімен сәйкес субстраттардың барлығын, мысалы, пируватты, лактатты, этил спиртін және т.б. анықтауға қолданылады.  

2.11.1. Энзимодиагностика

Энзимодиагностика- адам ағзасындағы биологиялық сұйықтықтардың ферменттердің белсенділігін анықтау негізде аурудың (белгісін) диагнозын қою.

• Энзимодиагностиканың принциптері келесі заңдылықтарға негізделген:

-Қан сарысуында қалыпты жағдайда арнайы қызмет атқаратын ферменттер бар, мысалы, қан жүйесінің ұюына қатысатын. Жасушалық ферменттер зақымданбаған жасушалардан қанға өтпейді. Жасушалық кейбір ферменттер қанда аз мөлшерде анықталуы мүмкін:

-жасуша мембранасы зақымданғанда  (қабыну, некроз) қанда немесе басқа биологиялық сұйықтықтарда (мысалы, зәрде) зақымданған жасушалардың ферменттерінің мөлшері артады, олардың белсенділігін арнайы биохимиялық тестілермен анықтауға болады;

- энзимодиагностикада белгілі бір мүшелерде жинақталған ферменттерді пайдаланады (мүшеліарнайылық);

- бөлінген ферменттің мөлшері тіннің зақымдану дәрежесіне сәйкес және белсенділігін анықтауға жеткілікті болуы керек;

- биологиялық сұйықтықтардағы жасуша зақымданғанда анықталатын фермент белсенділігі қалыпты мөлшерден өзгеше болуы керек және ұзақ уақыт ішінде тұрақтылығын сақтауы керек (тәулік);

- қан плазмасында тек қана цитозольде орналасқан ферменттің пайда болуы қабыну процесінін көрсетеді; митохондриялық немесе ядролық фермент-тердің пайда болуы жасушаның тереңірек зақымдануын көрсетеді, мысалы некрозды.

• Бірдей химиялық реакцияны катализдейтін, бірақ белоктың біріншілік құрылымы әртүрлі ферменттерді – изоферменттер деп атайды. Олар бір-бірінен кинетикалық параметрлерімен, активтену жағдайларымен, апофермент пен кофермент байланыстарымен ерекшеленеді. Изоферменттер дің түзілу табиғаты әртүрлі болады. Бірақ көбінесе түзілу табиғаты осы изоферменттерді немесе олардың суббірліктерін шифрлайтын гем құрылысындағы айырмашылықтармен түсіндіріледі. Изоферменттердің анықтау әдістері олардың физико-химиялық ерекшелігіне негізделген. Изоферменттер көбінесе мүшеліарнайылықты болады, өйткені бір тіндерде изоферменттің бір түрі ғана болады.Сондықтан мүше зақымданғанда қанда изоферменттің оған сәйкес түрі пайда болады. Ферменттердің белгілі изоферменттік формаларын анықтау арқылы аурудың диагнозын қоюға болады.

Мысалы, лактатдегидрогеназа (ЛДГ) лактаттың (сүт қышқылының) пируватқа дейін (пирожүзім қышқылы) қайтымды тотығу реакциясын катализдейді (2.23-сурет). Лактатдегидрогеназа – олигомерлі белок, мол. массасы - 134 000, екі түрлі төрт суббірліктен тұрады - М (ағылш. muscle – бұлшық ет) және Н (ағылш. heart - жүрек). Бұл суббірліктердің қисыдастырылуы арқылы лактатдегидрогеназаның бес изоформасын құрастыруға болады (2.24-сурет, А). ЛДГ₁ және ЛДГ₂ жүрек бұлшық етінде және бүйректе активті, , ЛДГ₄ және ЛДГ₅–қаңқа бұлшық еттерінде және бауырда. ЛДГ изоформалары бір-бірінен электрофоретикалық қозғалғыш-тықтарымен ерекшелінеді, ол ЛДГ изоформаларының тіндік орналасуын көрсетеді (2.24-сурет, Б). Жүрек, бауыр және бұлшық ет ауруларының диагнозын қою үшін қан плазмасында электрофорез әдісімен ЛДГ-нің изоформаларын анықтау қажет. 2.24-сурет, В-сында электрофореграммалар көрсетілген.

2.23 - сурет. Лактатдегидрогеназамен (ЛДГ) катализденетін реакция.

Миокард инфактісі

Сау адам

гепатит

Жүрек

Бүйрек

Бауыр

Бұлшық ет

2.24 – лактатдегидрогеназаның изоформалары:

А –ЛДГ-нің әртүрлі изоформаларының құрылысы; Б –әртүрлі мүшелердегі ЛДГ изоформаларының салыстырмалы мөлшері мен таралуы; В –ЛДГ изоформаларының қан плазмасындағы қалыпты және патология жағдайларындағы мөлшері (оң жақта– электрофореграммалар және сол жақта – фотометриялық сканерлеу) сау адамның, миокард инфарктісімен ауырған, гепатитпен ауырған қан плазмалары. Диагностикалық тест ретінде қан плазмасындағы ЛДГ-нің тін арнайылық изоформаларын анықтау кең қолданылады.

Басқа мысалы ретінде креатинкиназаны атауға болады. Креатинкиназа (КК) креатинфосфаттың түзілу реакциясын катализдейді (2.25-сурет). КК молекуласы екі түрлі суббірліктерден тұратын димер – М (ағылш. muscle – бұлшық ет) және В (ағылш. brain - ми). Бұл суббірліктер изоферменттің үш түрін түзеді: ВВ, МВ, ММ. ВВ изоферменті – бас миында, ММ –қаңқа бұлшық еттерінде және МВ – жүрек бұлшық етінде орналасқан. КК изоформалары әртүрлі электрофоретикалық қозғалғыштыққа ие болады (2.26 -сурет). Қан плазмасында КК белсенділігін анықтау миокард инфарктісін анықтауда маңызды (МВ-изоформасының деңгейі артады). ММ изоформасының мөлшері қаңқа бұлшық еттері жарақаттанғанда және зақымданғанда артады. ВВ изоформасы гематоэнцефалитикалық тосқауылдан өте алмайды, сондықтан, қанда инсульт кезінде анықталмайды және диагностикалық маңызы жоқ.

2.25-сурет. Креатинкиназа (КК) ферментімен катализденетін реакция.

2.26 - сурет. Креатинкиназаның әртүрлі изоформаларының электрофоретикалық қозғалғыштығы және құрылысы

•  Энзимодиагностика әртүрлі мүшелердің ауруларында диагноз қоюда қолданылады. Анализдер жиынтығы нақты биохимиялық зертхананың мүмкіншілігіне байланысты және ылғи жетілдіріліп отырады. Келесі энзимодиагностикалық тесттер жиі қолданылады: .

- жүрек ауруларында (миокард инфарктісі) - лактадегидрогеназа, креатинкиназа, аспартатаминотрансфераза, аланинаминотрансфераза. Миокард инфаркітісінде қанда еңбірінші тропонин белогі пайда болады;

- бауыр ауруларында - аланинаминотрансфераза, аспартатаминотрансфераза, ацетилхолинэстераза, гамма-глутамилтранспептидаза.

- ұйқы безі ауруларында – панкреатиттік амилаза, липаза;

- ер адамдардың жыныс ауруларында –қышқылды фосфатаза.