59. Ферменты гликозилирования.

Ферменты гликозилирования

ковалентное связывание белковой цепи со сложным олигосахаридом. В результате этого синтезирующийся белок становится гликопротеидом. Процесс присоединения моносахаров с формированием полисахаридных цепочек носит название гликозилирования белков. Гликозилирование белков обычно происходит в просвете органелл секреторного транспортного пути и редко бывает в цитоплазме.

Ферменты транс-гликозидазы переносят олигосахариды в блоке с долихолом (длинноцепочечным изопреноидом) на определенные остатки аспарагиновой кислоты в белке, тем самым осуществляя N-гликозилирование белка. Гликозидазы правильно “подстригают” олигосахариды, отщепляя избыточные остатки глюкозы и маннозы.

Растворимые и мембранные белки, попавшие в эндоплазматическую сеть, подвергаются так называемому гликозилированию, то есть процессу, в результате которого к полипептидных цепочкам присоединяются цепочки полисахаридов. Эту работу совершают специальные ферменты гликозидазы и гликозилтрансферазы. Они вместе с мембранными переносчиками моносахаров, перемещающими моносахара из цитоплазмы через липидный бислой в просвет цистерн аппарата Гольджи, составляют основу белкового состава аппарата Гольджи. Олигосахаридное ядро, состоящее из 14 мономеров моносахаров, присоединяется к той части мембранного белка, которая расположена в просвете эндоплазматической сети и также ко многим гликозилируемым белкам. Ферментов гликозилирования в АГ около 200 штук (200)

60. Медицинская энзимология: энзимопатология, энзимодиагностика и энзимотерапия, наследственные энзимопатии, клеточные ферменты, Секреторные ферменты, Экскреторные ферменты.

Применение ферментов

Ферменты в течение многих лет применяются в различных областях практической деятельности человека: в кожевенной, пищевой, текстильной, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также в медицине, сельском хозяйстве, химическом синтезе. Эффективность действия ферментов многократно выше по сравнению с химическими катализаторами, однако их промышленное применение затруднено из-за неустойчивости при хранении и температурных воздействиях.

Благодаря исключительно высокой физиологической активности и специфичности действия ферменты нашли широкое применение в медицине. В настоящее время можно выделить три основные направления использования ферментов в медицинской практике:

• энзимопатология,

• энзимодиагностика,

• энзимотерапия.

Ферменты можно эффективно использовать для коррекции различного рода метаболических нарушений в организме. Наибольший удельный вес приходится на следующие направления применения ферментов в качестве медикаментозных средств:

1. Заместительная терапия ряда наследственных заболеваний и функциональной недостаточности пищеварительных желез.

2. Тромболитическая терапия (парентеральное применение свободных и связанных форм ферментов для лизиса тромбов в кровеносных сосудах).

3. Терапия воспалительных процессов

4. Лечение онкологических заболеваний.

5. Терапия вирусных заболеваний.

6. Использование ферментов в качестве локальных литических средств для расщепления и удаления из организма некротических масс и экссудатов.

7. Использование ферментов для улучшения биодоступности лекарственных препаратов (ускорения процессов их проникновения).

8. Специфическая модуляция активности ферментов, участвующих в патогенезе заболеваний, а также обеспечивающих детоксикацию ксенобиотиков.

Энзимодиагностика – исследование ферментов в биологических средах организма с диагностической целью.

Нормальные уровни активности ферментов в сыворотке крови отражают соотношение между биосинтезом и высвобождением ферментов (при обычном обновлении клеток), а также их клиренсом из кровотока.

Повышение скорости обновления ферментов, повреждения клеток или индуцирование синтеза обычно приводят к повышению активности ферментов в сыворотке крови. В сыворотке крови выделяют три группы ферментов: клеточные, секреторные и экскреторные.

Клеточные ферменты в зависимости от локализации в тканях делят на несколько групп:

1. Неспецифические ферменты, которые катализируют общие для всех тканей реакции обменов белков, углеводов, липидов и находятся в большинстве органов и тканей. При повреждении мембран клеток и гистогематических барьеров эти ферменты появляются в крови или повышается их количество. Определение повышенного количества этих фер-ментов в крови не позволяет локализовать патологический процесс.

2. Органоспецифические, или индикаторные, ферменты, специфичные только для определенного типа тканей. Как правило, эти ферменты катализируют реакции, обеспечивающие специфические функции органа. В клетках других органов этих ферментов нет или находят следы.

3.Изоферменты – группа или семейство ферментов с четвертичной структурой, которые катализируют одну и ту же реакцию, но отличаются по строению (т. е. первичной структуре) субъединиц и физико-химическим свойствам.

Например, фермент лактатдегидрогеназа состоит из 4-х субъединиц 2-х типов: Н (сердце) и М (мышца). Возможно 5 вариантов, т. е. изоферментов.

В зависимости от физиологического состояния, возраста, особенностей среды обитания организме устанавливаются определенные. соотношения изоферментов, что оптимизирует катализируемые превращения веществ.

Следовательно, изменение соотношения изоферментов во всем организме или в отдельных тканях и органах является способом регуляции действия ферментов. Исследование множественных молекулярных форм ферментов и изоферментов используется в медицине для диагностики поврежденных тканей.

4. Ферменты, локализованные в органеллах клеток (окислительно-восстановительные в митохондриях; кислые гидролазы в лизосомах и лр.), выходя в кровь, сигнализируют о глубоком поражении клетки.

В сыворотке крови активность клеточных Ферментов низкая или вообще отсутствует.

При патологических процессах активность Ферментов этой группы в сыворотке крови зависит от скорости высвобождения из клеток, которая, в свою очередь, определяется скоростью и степенью повреждения клетки.

Секреторные ферменты (псевдохолинэстераза) поступают непосредственно в кровь и выполняют в ней специфические функции. Эти ферменты синтезируются в печени и постоянно высвобождаются в кровь. Их активность в воротке крови выше, чем в клетках или тканях. При нарушении функции печени их активность в сыворотке крови становится ниже нормы.

Экскреторные ферменты образуются органами пищеварительной системы (поджелудочной железой, слизистой оболочкой кишечника, печенью, эндотелием желчных путей). К ним относятся а-амилаза, щелочная фосфатаза. В норме их активность в сыворотке крови низкая и постоянная. Однако при патологии, когда блокирован любой из обычных путей экскреции, активность этих ферментов в сыворотке крови значительно увеличивается.

Для диагностики заболеваний используют также оценку эндогенных ингибиторов ферментов. В тканях и крови человека имеются ингибиторы протеолитических ферментов пептидной природы, например, панкреатический ингибитор трипсина (ингибирует трипсин) или α 1-антитрипсин плазмы крови (ингибирует эластазу, продуцируемую нейтрофилами при поглощении бактерий).

Поэтому α 1-правильнее называть антиэластаза. Оба ингибитора блокируют действие ингибируемых ферментов путем присоединения в непосредственной близости от активных центров.

Заболевание легких эмфизема связана с наследственными дефектами ингибитора эластазы. Курение усиливает вероятность развития эмфиземы, поскольку происходит окисление метионина-358 в той части молекулы ингибитора эластазы, которая необходима для связывания активной формы фермента. Для лечения эмфиземы легких используют рекомбинантный α 1- антитрипсин (2-4 г), полученный генноинженерным путем с помощью эукариотических клеток – дрожжей.

Наследственные энзимопатии

Ряд пороков обмена веществ является результатом наследственного дефицита определенных ферментов. В этом случае диагноз ставится, главным образом, на основе исследования показателей обмена этих ферментативных реакций (биохимический диагноз) (схема 9.1).

Энзимотерапия

Энзимотерапия – использование ферментов и метаболитов в качестве лечебных средств:

1) заместительная терапия ферментами используется при болезнях желудочно-кишечного тракта (пепсин, трипсин, химотрипсин, амилаза, липаза);

2) для очистки ран и воздействия на избыточно разрастающуюся соединительную ткань применяют гиалуронидазу, трипсин, химотрипсин;

3) нашли применение регуляторы (активаторы и ингибиторы) ферментов. Например, ингибиторы моноаминооксидазы используют при нервных и психических заболеваниях; тканевые ингибиторы протеиназ (трасилол, инипрол, контрикал др.) эффективны при лечении панкреатита, энфиземы легких, инфаркте миокарда.

Ингибиторы протеолитических ферментов играют важную роль в медицине. Эти ингибиторы похожи по строению на истинные субстраты ферментов. Например, каптоприл является ингибитором металлопротеазы ангиотензин-превращающего фермента (АПФ, АСЕ) и используется для лечения артериальной гипертензии; криксиван является ингибитором НⅣ-протеазы и используется при лечении СПИДА; ингибитор трипсина животного и растительного происхождения используют при лечении панкреатита.

Для пролонгированного действия используют иммобилизованные ферменты — это ферменты, связанные с твердым носителем или спрятанные в полимерную капсулу. При введении в кровь такие ферменты не разрушают ся, а, накопившись в патологическом очаге (например, у тромба), оказывают эффект. Для получения иммобилизованных ферментов используют многочисленные носители различной природы. Носители должны быть устойчивы к воздействию химических и биологических факторов, иметь высокую проницаемость для ферментов и субстратов, а также переходить в активированное состояние. Органические полимерные носители разделяют на природные и синтетические. К природным носителям относятся полисахариды, белки и липиды. Наиболее часто для иммобилизации на основе полисахаридов применяют агарозу, целлюлозу, декстран и их производные. Нередко для целей иммобилизации используют хитин. Белки как носители представляют наибольший интерес для медицины, однако они обладают высокой иммуногенностью и быстро деградируют при применении in vivo. Наиболее часто для иммобилизации ферментов применяют фибриллярные белки, например, кератин и коллаген.

Для транспорта ферментов наиболее эффективны капсулы из липидов — липосомы. Ферменты внутри липосом транспортируются через клеточные мембраны и оказывают действие в клетке.

К синтетическим полимерным носителям относятся полимеры на основе стирала, производные акриловой кислоты, а также полиамидные носители.