Методичка по биохимии. 1 курс - 1 модуль

Энзимопатии – состояния, связанные с патологическим изменением активности ферментов. Наиболее часто встречается снижение активности и нарушение каких-либо метаболических процессов. В результате энзимопатологии клиническое значение может иметь:

накоплениесубстрата реакции, например: фенилаланина при фенилкетонурии; свободного билирубина прижелтухах новорожденных, некоторых жиров при

болезнях лизосомального накопления (липидозы).

недостатокпродукта, например: меланина при альбинизме, катехоламинов при перкинсонизме,

обе особенности одновременно, как при гликогенозах, сопровождающихся гипогликемией при избытке гликогена в печени.

По характеру нарушения выделяют первичные и вторичны еэнзимопатии.

Первичные(наследственные) энзимопатии связаны с генетическим дефектом и наследственным снижением активности. Например, фенилкетонурия связана с дефектом фенилаланин-4-монооксигеназы, которая превращает фенилаланин в тирозин. В результате накапливаются аномальные метаболиты фенилаланина, оказывающие сильный токсический эффект. Заболевание подагра связано с дефектом ферментов метаболизма пуриновых оснований и накоплением мочевой кислоты.

Кроме перечисленных, распространенными первичными энзимопатиями являются галактоземия, недостаточность лактазы и сахаразы.

Вторичные (приобретенные) энзимопатии возникают как следствие заболеваний органов, вирусных инфекций и т.п., что приводит к нарушению синтеза фермента или условий его работы, например, гипераммониемия при заболеваниях печени, при которых ухудшается синтез мочевины и в крови накапливается аммиак. Другим примером может служить недостаточность ферментов желудочно-кишечного тракта при заболеваниях желудка, поджелудочной железы или желчного пузыря.

Недостаток витаминов и их коферментных форм также является причиной приобретенных ферментопатий.

Применение ферментов в медицине.

Использование ферментов в медицине происходит по четырем направлениям:

энзимодиагностика,

энзимотерапия,

использование ферментов в медицинских технологиях и промышленности.

применение ингибиторов ферментов.

9. Энзимодиагностика.

Энзимодиагностика – это исследование активности ферментов плазмы крови, мочи, слюны с целью диагностики тех или иных заболеваний. Например, по изменению активности одного из изоферментов лактатдегидрогеназы (ЛДГ) в плазме крови определяют где произошло нарушение: сердце, печени, скелетнй мышце. Увеличение активности α- амилазы в крови и моче налюдается при воспалительных заболеваниях в поджелудочной и слюнных железах.

Изоферменты

Изоферменты, или изоэнзимы – это множественные формы фермента,

катализирующие одну и ту же реакцию, но отличающиеся друг от друга по физическим и химическим свойствам, в частности по сродству к субстрату, максимальной скорости катализируемой реакции (активности), электрофоретической подвижности или регуляторным свойствам.

Удивительной особенностью таких ферментов является зависимость активности всего комплекса от способа упаковки отдельных субъединиц. Если

генетически различимые субъединицы могут существовать более чем в одной

форме, то соответственно и фермент, образованный из двух или нескольких типов субъединиц, сочетающихся в разных количественных пропорциях, может существовать в нескольких сходных, но не одинаковых формах. Подобные разновидности фермента получили название изоферментов (изоэнзимов или,

реже, изозимов).

Одним из наиболее изученных ферментов, множественность форм которого детально изучена методом гель-электрофореза, является лактатдегидрогеназа (ЛДГ), катализирующая обратимое превращение пировиноградной кислоты в молочную. Она состоит из четырех субъединиц двух разных типов: Н (сердечный) и М- (мышечный). Активный фермент представляет собой одну из следующих комбинации: НННН, НННМ, ННММ, НМММ, ММММ или Н4, Н3М, Н2М2, НМ3, М4. Они соответствуют изоферментам ЛДГ1, ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4, и ЛДГ5. При этом синтез Н- и М-типов осуществляется различными генами и в разных органах экспрессируется поразному.

Поскольку Н-протомеры при рН 7,0-9,0 несут более выраженный отрицательный заряд, чем М-протомеры, то изофермент Н4 при электрофорезе будет мигрировать с наибольшей скоростью в электрическом поле к положительному электроду (аноду). С наименьшей скоростью будет продвигаться к аноду изофермент М4, в то время как остальные изоферменты будут занимать промежуточные позиции

Рис. 4. Распределение и относительное количество изоферментов ЛДГ в различных тканях.

Для каждой ткани в норме характерно свое соотношение форм (изоферментный спектр) ЛДГ. Например, в сердечной мышце преобладает тип Н4, т. е. ЛДГ1, а в скелетных мышцах и печени – тип М4, т.е. ЛДГ5.

Эти обстоятельства широко используют в клинической практике, поскольку изучение появления изоферментов ЛДГ (и ряда других ферментов) в сыворотке крови может представлять интерес для дифференциальной, топической диагностики органических и функциональных поражений органов и тканей. По изменению содержания изоферментов в сыворотке крови можно судить как о топографии патологического процесса, так и о степени поражения органа или ткани.

Энзимотерапия

Энзимотерапия – это использование ферментов в качестве лекарственных средств. Самыми распространенными ферментативными препаратами являются комплексы ферментов желудочно-кишчного тракта (фестал, Мезим Форте…), содержащие пепсин, трипсин, амилазу…, которые используются для заместительной терапии при нарушении переваривания веществ в желудочнокишечном тракте.

Лидаза (лекарственная форма гиалуронидазы) используется для размягчения рубцов, появления подвижности всустава, рассасывании гематом.

Рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза входят в состав глазных капель для лечения вирусных заболеваний конъюктивитов. При нанесении на рану они разжижают гной, деполимеризуя нуклеиновые кислоты.

Тканевой фермент гиалуронидаза нужна организму для обратимого изменения проницаемости межклеточного вещества, в основе которого находится гиалуроновая килота. Лекарственную форму гиалуронидазы – лидазу - вводят для размягчения рубцов, появления подвижности в суставах, рассасывания гематом.

Цитохром С - G-– белок, участвующий в процессах тканевого дыхания. Его применяют при асфиксии новорождённых, астматических состояниях, сердечной недостаточности, различных видах гепатита и т.п.

Рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза входят в состав глазных капель для лечения вирусных конъюнктивитов. При нанесении на рану они разжижают гной, при ингаляциях уменьшают вязкость слизи, деполимеризуя нуклеиновые кислоты в мокроте.

Трипсин ингалируют при бронхолегочных заболеваниях для разжижения густой и вязкой мокроты.

Фицин используется в фармацевтической промышленности в качестве добавки к зубным пастам для удаления зубного налета.

Коллагеназу применяют для ускорения отторжения некротизированных тканей, для очистки трофических язв.

Использование ферментов в медицинских технологиях

Специфичность ферментов к определенным субстратам широко нашла применение в настоящее время в лабораторной диагностике.

многие лабораторные методы основаны на взаимодействии добавляемого из вне фермента с определяемым соединением. В результате возникает специфичный продукт реакции, после определения содержания которого судят о концентрации искомого вещества (глюкозооксидазный, холестеролоксидазный методы);

иммуноферментные методы - основаны на образовании тройного комплекса фермент-антиген-антитело. Определяемое вещество не является субстратом фермента, но является антигеном. Фермент может присоединять этот антиген вблизи от активного центра. Если в среде есть антиген, то при добавлении антител и формировании тройного комплекса активность фермента изменяется, ее измеряют любым доступным способом.

Использование ингибиторов ферментов

Весьма широко применяются в настоящее время ингибиторы протеаз контрикал, гордокс) при панкреатитах – состояниях, когда происходит активирование пищеварительных ферментов в протоках и клетках поджелудочной железы.

Ингибиторы холинэстеразы (физостигмин, прозерин) приводят к накоплению нейромедиатора ацетилхолина в синапсах и показаны при миастении, двигательных и чувствительных нарушениях при невритах, радикулитах&

Препараты, содержащие ингибиторы моноаминооксидазы (наком, мадопар), повышают выработку нейромедиаторов катехоламинов в ЦНС при лечении паркинсонизма. Подавление активности моноаминооксидазы (разрушающей катехоламины) сохраняет нормальную передачу сигналов в нервной системе.

Ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (каптоприл, эналаприл и т.п.) используются как антигипертензивное средство и вызывают расширение периферических сосудов, уменьшение нагрузки на миокард, снижение артериального давления.

Аллопуринол – ингибитор ксантиноксидазы, фермента катаболизма пуринов, требуется для снижения образования мочевой кислоты и подавления развития гиперурикемии и подагры.

Ингибиторы гидроксиметилглутарил-SКоА-редуктазы (ловастатин, флувастатин, аторвастатин) применяются для снижения синтеза холестерола при атеросклерозе, заболеваниях сердечно-сосудистой системы, дислипопротеинемиях.

Тема: «ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТОБЩИЙ КОНЕЧНЫЙ ПУТЬ ОКИСЛЕНИЯ БЕЛКОВ, УГЛЕВОДОВ И ЛИПИДОВ»

Цель занятия: изучить строение основных метаболитов ЦТК, ферментов, коферментов и последовательность реакций с их участием, знать способы регуляции ключевых ферментов общих путей катаболизма (ОПК).

План

1.Понятие об обмене веществ: анаболические и катаболические процессы и их взаимосвязь (общая схема обмена веществ и энергии в организме человека)

2.Схема катаболизма белков, углеводов и липидов. Специфические и общие пути катаболизма (ОПК). Принципы метаболизма: унификация и конвергенция.

3.Окислительное декарбоксилирование ПВК: локализация, характеристика мультиферментного комплекса, последовательность реакций.

4.Цикл Кребса (ЦТК): локализация, последовательность реакций, ферменты, коферменты.

5.Схема цикла Кребса. Биологическая роль ЦТК

6.ЦТК – амфиболический цикл. Анаболическая функция ЦТК Анаплеротические реакции.

7.Связь ОПК с цепью дыхательных ферментов. Реакции цикла Кребса, ведущие к получению энергии в виде НАДН+Н+ и ФАДН2. Энергетическая функция ЦТК.

8.Регуляция общих путей катаболизма: регуляторные аллостерические ферменты, их активаторы и ингибиторы.

1. Понятие об обмене веществ: анаболические и катаболические процессы и их взаимосвязь

Обмен веществ (или метаболизм) - это совокупность биохимических реакций, протекающих в живых организмах.

Процессы, происходящие в просвете желудочно-кишечного тракта, не входят в понятие метаболизма, поскольку полость желудочно-кишечного тракта рассматривается как часть внешней среды.

Обмен веществ обеспечивает:

жизнедеятельность и самовоспроизведение организмов,

их связь с окружающей средой

адаптацию к изменениям внешних условий.

Рис. 1. Общая схема обмена веществ и энергии

Метаболизм – это двуединый процесс, складывающийся из 2-х частей: катаболизма и анаболизма.

Анаболизм (ассимиляция) представляет собой совокупность химических реакций, в результате которых из простых соединений образуются сложные органические вещества, специфичные для организма (нуклеиновые кислоты, белки и др.). Анаболические реакции протекают с использованием химической

Рис. 2. Этапы катаболизма питательных веществ и извлечения энергии в клетках.

2.2. Стадии катаболизма биомолекул.

При расщеплении биомолекул в организме выделяют 3 стадии, которые являются общими для катаболизма различных биомолекул.

На первой стадии все сложные биомолекулы (полимеры) расщепляются до простых компонентов (мономеров):

полисахариды расщепляются до моносахаридов; липиды (триацилглицеролы) – до жирных кислот и глицерина;

белки – до аминокислот. Реакции этой стадии катализируются гидролазами желудка, и кишечника. На этой стадии высвобождается около 1% химической энергии, которая рассеивается в виде тепла.

На второй стадии мономеры, образовавшиеся в первой стадии, внутриклеточно подвергаются специфическим превращениям с выделением энергии (30%).