Передмова
В основі життєдіяльності організму лежать біохімічні перетворення різних речовин, швидкість і напрям яких визначають ферменти – біокаталізатори, що притаманні лише живим організмам.
Останніми роками ферменти набули широкого застосування у практичній і експериментальній медицині. Завдяки досягненням ензимології було відкрито й виділено ряд нових ферментів, вивчено їх роль у різних ланках метаболізму, стало можливим розкриття патогенезу багатьох захворювань на молекулярному рівні, створення ефективних методів діагностики, профілактики та лікування.
Основні напрями клінічної ензимології охоплюють:
вивчення ферментативних порушень у патогенезі різних захворювань – ензимопатологія;
використання ферментних методів для діагностики – ензимодіагностика;
використання ферментів у терапії – ензимотерапія;
використання ферментів у лабораторній практиці як високоспецифічних аналітичних реактивів.
Успіхи ензимодіагностики значною мірою залежать від таких факторів: найбільш раціонального добору спектра ферментів, вимірювання активності яких характерне для патології певних органів і тканин; диференційованого добору біологічного матеріалу для дослідження ферментів; правильного добору методу для визначення активності ферменту та якість його виконання; правильної інтерпретації отриманих результатів з урахуванням індивідуальних фізіологічних коливань ферментативної активності.
У посібнику подано загальну характеристику ферментів, які мають діагностичне значення, наведено зміни активності ферментів сироватки крові та інших біологічних рідин при різних патологіях, велику увагу приділено ферментативним констеляціям, які найбільш інформативно відображають сутність тих або інших біохімічних порушень.
Список скорочень
ААП – аланінамінопептидаза
АДГ – алкогольдегідрогеназа
АлАТ – аланінамінотрансфераза
АсАТ – аспартатамінотрансфераза
ВЖК – вільні жирні кислоти
ГБДГ – α-гідроксибутиратдегідрогеназа
ГГТП – γ-глутамілтранспептидаза
ГлДГ – глутаматдегідрогеназа
ГПО – глутатіонпероксидаза
ГР – глутатіонредуктаза
Г6ФДГ – глюкозо-6-фосфатдегідрогеназа
ДАО – діамінооксидаза
ІДГ – ізоцитратдегідрогеназа
КК – креатинкіназа
КФ– кисла фосфатаза
ЛАП – лейцинамінопептидаза
ЛДГ – лактатдегідрогеназа
ЛФ– лужна фосфатаза
МАО – моноамінооксидаза
МДГ – малатдегідрогеназа
НАГ – N-ацетил-β-гексозамінідаза
5’-НТ– 5’-нуклеотидаза
ОКТ – орнітинкарбамоїлтрансфераза
ПСА– простатоспецифічний антиген
СДГ – сорбітолдегідрогеназа
СОД – супероксиддисмутаза
ФДФА – фруктозодифосфатальдолаза
Ф-1-ФА – фруктозо-1-фосфатальдолаза
ХЕ – холінестераза
1. Загальна характеристика ферментів. Ізоферменти
Ферменти – це високомолекулярні органічні сполуки білкової природи, що здатні прискорювати перебіг біохімічних реакцій. Вони виробляються клітинами організму, з яких потрапляють у плазму, сечу, травні соки або в результаті фізіологічних процесів, або як наслідок захворювання. Кожен орган виробляє певний набір ферментів, зміна їх умісту в біологічних рідинах є характерною ознакою ушкодження органа. На цьому базується використання визначення ферментів у клінічній лабораторній діагностиці.
Як каталізатори ферменти мають такі властивості: вони діють у найменших кількостях; виходять із реакції незміненими; при збільшенні активності не впливають на стан рівноваги реакції, а лише прискорюють його встановлення. Ферменти мають усі властивості, характерні для білків. Велике значення має лабільність структури ферменту. Її зміна, або денатурація, веде до втрати ферментативної активності. Крім того, стабільність ферментів залежить від температури, концентрації водневих іонів (рН) і концентрації буфера. Білки є полівалентними електролітами та містять здатні до іонізації групи. Іонізаційний стан впливає на активність ферменту і залежить від рН. Будучи електролітами, білки переміщуються в електричному полі: позитивно заряджені молекули рухаються до катода, негативно заряджені — до анода. Чим вищий заряд, тим швидшим є рух молекули. Внаслідок цього суміш білків із різними зарядами можна розділити методом електрофорезу, що і застосовується при розділенні ізоферментів.
Ізоферменти — це субстратспецифічні ферменти, що каталізують одну й ту саму біохімічну реакцію, відрізняються величиною молекулярної маси, амінокислотним складом, електрофоретичною рухливістю, термостабільністю, оптимумом рН, дією на них активаторів та інгібіторів, а також імунологічними характеристиками. Як правило, це олігомерні білки, що утворені різними протомерами, які кодуються різними генами. Часто певна тканина синтезує переважно один із протомерів. Активний олігомерний фермент може бути побудований із таких протомерів у різних комбінаціях, у результаті чого утворюються ізоферментні форми. Таким чином, різні форми ферментів можуть відрізнятися за органом, у якому вони переважно синтезуються (печінка, серце, мозок та ін.), за локалізацією в клітині (мітохондрії, цитоплазма і т. п.), а також за генною структурою індивідуума.
На рисунку 1 наведено комбінації протомерів для ізоферментів КК і ЛДГ.
(а) (б)
Рисунок 1 – Ізоферменти КК (а) та ЛДГ (б)
При ушкодженні тканин ізоферменти надходять у кров та інші біологічні рідини, в результаті чого їх ізоферментний набір стає близьким до тканинного. Цей процес лежить в основі використання ізоферментів у діагностиці та дає можливість із великою достовірністю встановити локалізацію патологічного процесу, що є особливо цінним при нерізко вираженій патології. Дослідження ізоферментів має переваги перед визначенням загальної активності ферментів, оскільки має одночасно більші чутливість і специфічність. Ізоферментні спектри широко використовуються при різних видах патології, перш за все в гепатології, кардіології, при захворюваннях нирок, підшлункової залози, легень, скелетних м’язів, в онкології, гематології та ін.
До ферментів, що існують у вигляді ізоферментів, належать амінотрансферази, лактат-, малат-, глутамат-, алкоголь-, ізоцитратдегідрогенази, альдолаза, амілаза, ліпаза, холінестераза, лужна фосфатаза, креатинкіназа та ін.
Залежно від віку, статі, фізичного стану людини в організмі встановлюється те або інше співвідношення ізоферментів, якому відповідає певний рівень активності в цілому. Зміна співвідношення ізоферментів в організмі або в окремих його органах і тканинах є одним із шляхів регуляції метаболічних процесів.