- •Раздел 5. Прикладное значение ферментов лекция 5.1. Генетическая инженерия ферментов
- •Использование рекомбинантных ферментов
- •Лекция 5.2 Ферменты в медицине (часть I)
- •Энзимодиагностика Органная специфичность в распределении ферментов
- •Ферменты сыворотки крови
- •Факторы, влияющие на уровень ферментов во внеклеточной жидкости
- •Диагностическое значение снижения ферментативной активности
- •Неспецифическое повышение ферментативной активности
- •Применение ферментов в качестве аналитических реагентов
- •Лактатдегидрогеназа
- •Лекция 5.3 Ферменты в медицине (часть II) Энзимопатии
- •Врождённые (наследственные) энзимопатии
- •Механизм возникновения наследственных энзимопатий
- •Блок обмена веществ
- •Примеры наследственных энзимопатий
- •Приобретённые энзимопатии
- •Энзимотерапия Использование ферментов в качестве лекарственных препаратов
- •Использование ингибиторов ферментов в качестве лекарственных препаратов
- •Библиографический список
Диагностическое значение снижения ферментативной активности
Нужно отметить, что не всегда повышение активности фермента в сыворотке крови отражает тяжесть заболевания. Бывает так, что на наличие заболевания указывает не повышение, а наоборот, снижение ферментативной активности. Так, например, острое повреждение клеток при вирусном гепатите может сопровождаться очень высоким подъёмом активности ферментов, которая падает по мере выздоровления. В то же время, при циррозе печень может быть значительно сильнее вовлечена в патологический процесс, но активность ферментов в сыворотке будет либо незначительно повышена, либо находиться в пределах референтных величин, или же будет ниже нормы. Снижение активности ферментов при циррозе и при других тяжёлых заболеваниях печени может быть обусловлено тем, что при циррозе скорость повреждения клеток печени ниже, чем при других острых заболеваниях и, следовательно, снижается скорость выхода ферментов в сыворотку. Кроме этого, при циррозе имеет место глубокое нарушение способности печени синтезировать белки. Например, при циррозе печени в сыворотке крови резко снижается активность фермента холинэстеразы (ХЭ, ложная холинэстераза). Этот фермент синтезируется в печени, легко переходит в кровь и поэтому его активность в плазме высока. Но при некоторых тяжёлых заболеваниях печени активность ХЭ резко снижается. Это указывает на нарушение способности печени синтезировать белки и служит признаком тяжёлого цирроза. Таким образом, любые результаты по активности ферментов в сыворотке крови должны быть обязательно сопоставлены с другими лабораторными анализами и с клинической картиной заболевания.
Неспецифическое повышение ферментативной активности
При интерпретации результатов анализа следует иметь ввиду, что повышение активности ферментов в сыворотке может быть неспецифическим, то есть может быть связано с наличием неспецифического физиологического или патологического процесса. Так, например, тяжёлая физическая работа, массивные внутримышечные инъекции могут привести к повышению активности КК. Некоторые лекарственные средства, в частности фенобарбитал могут индуцировать синтез микросомального фермента гаммаглутамилтрансферазы (ГГТ) и вызвать его повышение в сыворотке без всякого заболевания. Активность ферментов в сыворотке может меняться в результате агрегации с образование макромолекул, например, при образовании комплексов с иммуноглобулинами, в которые вступают ЛДГ, ЩФ и КК.
Применение ферментов в качестве аналитических реагентов
Высокоочищенные ферменты часто используют в качестве избирательных реагентов для количественного определения (с диагностической целью) нормальных или аномальных химических веществ в биологических жидкостях (моча, кровь, желудочный сок и др.). Так, например, фермент уреазу используют для измерения количества мочевины в моче или в крови. Уреаза – это фермент с абсолютной специфичностью, под её действием мочевина распадается на углекислоту и аммиак:
О ║ |
|
|
уреаза |
|
|
|
NH2 ─ С ─ NH2 |
+ |
H2O |
→ |
2NH3 |
+ |
CO2 |
мочевина |
|
|
|
аммиак |
|
|
Достаточно обработать пробу крови или мочи раствором уреазы и определить количество образовавшегося аммиака, чтобы точно сказать, сколько мочевины содержалось во взятой пробе.
Также в лабораториях широко используют очень простой и точный метод определения глюкозы в крови и моче с помощью фермента глюкозооксидазы. Принцип метода основан на специфическом окислении глюкозы под влиянием глюкозооксидазы (КФ 1.1.3.4), обладающий высокой субстратной специфичностью по отношению к глюкозе.
D-Глюкоза |
|
D-глюконовая кислота |
О ║ C─H Н─C─ОH ОH─C─Н Н─C─ОH Н─C─ОH СН2ОН |
г люкозооксидаза |
CООH Н─C─ОH ОH─C─Н Н─C─ОH Н─C─ОH СН2ОН |
Этот метод позволяет определить содержание глюкозы в крови в присутствии других восстанавливающих веществ. Глюкозооксидаза – флавопротеин, простетической группой которого является FAD+. Окисление глюкозы глюкозооксидазой происходит у первого углеродного атома до глюконовой кислоты через промежуточный продукт δ-глюконолактон. Перенос двух атомов водорода на FAD+ приводит к его восстановлению, а затем FADH2 передает их на кислород с образованием перекиси водорода в эквимолярных количествах. Образовавшийся пероксид водорода определяется по реакции окислительной конденсации хлорпроизводного фенола с 4-аминофеназоном, катализируемой пероксидазой. Интенсивность возникшей окраски прямо пропорциональна концентрации глюкозы.
Обнаружение самих ферментов при поражении органов и тканей
В настоящее время известно более 30-ти ферментов, активность которых в крови увеличивается при повреждении клеток различных органов в период острого или хронического заболевания. Определение активности большинства из этих ферментов в сыворотке крови используется для диагностики многих заболеваний и контроля за лечением (табл. 5.2.1).
Таблица 5.2.1
Некоторые ферменты, используемые в клинике для диагностики
Фермент |
Локализация в клетке |
Заболевания, при которых фермент наиболее активен в крови |
Аланинаминотрансфераза |
Цитозоль |
Гепетиты, цирроз |
Аспартатаминотрансфераза |
Цитозоль, митохондрии |
Инфаркт и другие заболевания сердца, гепатиты, заболевания почек |
Амилаза |
Цитозоль |
Острый панкреатит |
Креатинкиназа(изоферменты) |
Цитозоль, митохондрии |
Инфаркт миокарда, заболевания скелетных мышц |
Лактатдегидрогеназа(изоферменты) |
Цитозоль |
Инфаркт миокарда, гепатиты, рак печени |
γ-глутамилтранспептидаза |
Цитоплазматическая мембрана |
Гепатиты, цирроз, алкогольное поражение печени |
Липаза панкреатическая |
Цитозоль |
Острый панкреатит, рак поджелудочной железы |
Кислая фосфатаза (рН 4,9) |
Лизосомы |
Метастазирующая карцинома предстательной железы, аденома предстательной железы |
Щелочная фосфатаза (рН 10,0) (изоферменты) |
Плазматическая мембрана |
Заболевания костей, цирроз и новообразования печени, закупорка протоков печени |
Фермент |
Локализация в клетке |
Заболевания, при которых фермент наиболее активен в крови |
Глутаматдегидрогеназа |
Митохондрии |
Острые гепатиты (некротические формы), печёночная кома |
Лейцинаминопептидаза |
Цитозоль |
Цирроз, гепатит, рак поджелудочной железы |
5`-нуклеотидаза |
Плазматическая мембрана |
Механическая желтуха, цирроз, метастазы в печени |
Сорбитолдегидрогеназа |
Цитозоль |
Гепатиты, желтухи |
Псевдохолинэстераза |
Цитозоль |
Нефроз, сахарный деабет II типа, алкоголизм |
Гистидаза |
Цитозоль |
Поражения печени |