Главная страница
qrcode

Регуляция активности ферментов. Энзимодиагностика и энзимотерапия


НазваниеЭнзимодиагностика и энзимотерапия
Дата14.09.2020
Размер1.37 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаРегуляция активности ферментов.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#70713
Каталог
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Будучи огорчённой качеством преподавания биохимии в РНИМУ…
Занятие 3. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ. ИЗОФЕРМЕНТЫ.
ЭНЗИМОДИАГНОСТИКА И ЭНЗИМОТЕРАПИЯ.
ПРОСТО ЗДРАВСТВУЙ ПРОСТО КАК ДЕЛА
Давно не виделись!
Продолжим вместе копаться в БХ?)
Дисклеймер:Основано на реальных событиях методе Тимина,
Северине, Википедии и моих псевдознаниях. Ни на что не претендую, просто подумала, что если я скомпоную методу, учебник, интернет и мою маленькую способность доносить материал доступно, я могу кому-то помочь:3
Курина Таня 2.2.15
(@tanissimoo)
2020 год (а вы живы?..)
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
СПОСОБЫ РЕГУЛЯЦИИ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ РЕАКЦИЙ
Ни для кого ни новость, что ни одна реакция в нашем организме не протекает без участия уже полюбившихся нам с прошлой недели ферментов (а особенно полюбились их классы, да?))0) ). Поэтому, чтобы как-то повлиять на скорость протекания реакций метаболического пути необходимо регулировать…*барабанная
дробь*САМИ ФЕРМЕНТЫ ВАУ! Схема такая: кто у нас главные регуляторы биохимических реакций?
Ферменты. Но их же… тоже надо регулировать… А кто их регулирует то тогда? Вот в чём вопрос!
Смотри, в прошлый раз мы с тобой говорили о ферментах в целом, как они могут влиять на субстраты, что у кого и чем окисляют, где что отнимают, в каких случаях что присоединяют и прочая параша. Сегодня же мы разберём, как можно повлиять на САМИ ФЕРМЕНТЫ, ведь как ни крути, условия в нашем организме постоянно меняются (разные физиологические состояния организма, болезни, например) а ферментам надо уметь подстраиваться под них, должным образом реагировать на их изменения, давать ответ на гормональные и иные стимулы ну и просто выживать...
В нашем организме регуляция скорости ферментативных реакций осуществляется на трёх независимых уровнях:
1. изменением количества молекул фермента
2. доступностью молекул субстрата и кофермента
3. изменением каталитической активности молекулы фермента.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ
Начнём с основ.
Вспоминаем гистологию
(мы под надзором Глины, смирись…)
Клетка – это не просто цитоплазма с разбросанными по ней органоидами, внутри неё – сложная,
упорядоченная система. У клетки есть определенные участки, ограниченные мембраной. – компартменты. Они относительно изолированы от других компартментов, т.е. в клетке могут протекать абсолютно противоположные процессы! В одном участке происходит синтез белка, в соседнем – его распад, в ещё одном - лизис чужеродных частиц, ты понял суть, да. Если бы клетка не была поделена на компартменты, то все биохимические процессы внутри неё протекали бы либо крайне медленно, либо вообще не протекали, ибо эта была бы просто каша из ферментов и субстратов с кучей смешанных между собой интермедиатов (промежуточных продуктов различных реакций). Это был бы настоящий биохимический хаос!
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Как органоиды группируются в компартменты, так и
ферменты со своими субстратами
сосредотачиваются в одном определенном месте
(в данном случае – органелле). Есть специализированный комплекс ферментов, выполняющий специализированные функции, присущих определенным органоидам: только митохондриям (дыхательная цепь на внутренней мембране), только ЭПР, лизосомам, пероксисомам, рибосомам (рибозимы рРНК).
Вот такая чёткая группировка ферментов по функциям способствует высокой концентрации интермедиатов внутри органеллы (продукты не рассеиваются) и более эффективному синтезу.
Каждый фермент знает своё место, и на чужую территорию не лезет.
А теперь переходим непосредственно к делу! Разбираем механизмы регуляции активности ферментов.
И первый из них, как ни странно……..
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
ИЗМЕНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ФЕРМЕНТА
Фермент не берётся из воздуха. Он тоже синтезируется (он же белок, там процессы транскрипции, трансляции, фолдинга, помнишь?), и синтезом этого фермента можно управлять. То есть можно синтезировать либо больше, либо меньше фермента. Логично?)
Обычно этим занимаются гормоны, они могут как снижать, как и повышать синтез фермента.
Кто внимательно читал прошлый файл, тот помнит, что при длительном голодании из-за понижения pH в клетках запускаются процессы
глюконеогенеза
– синтеза глюкозы в клетках печени. Глюконеогенез запускается тогда, когда все запасы сахара в организме истощены, а это, несомненно, огромный стресс для нас, кушац всё таки хочеца, а глюкозы нет. Ферменты, специфичные для глюконеогенеза синтезируются под действием кортизола – гормона стресса (ну когда кушац хочешь тут не до веселья, знаешь).
Во время голодания так же изменяется секреция кишечных гормонов, а это как следствие приводит к
исчезновению пищеварительных ферментов (пепсина, трипсина, амилазы и т.д). Как только человек начинает кушац – гормональный фон нормализуется, и ферменты снова могут спокойно синтезироваться.
Как кортизол стимулирует синтез ферментов глюконеогенеза, так и под воздействием лактотропного
гормона в молочной железе при беременности идёт синтез лактозосинтазы (проверь себя и вспомни, что это за класс ферментов).
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
ИЗМЕНЕНИЕ ДОСТУПНОСТИ ФЕРМЕНТА И КОФЕРМЕНТА
Это второй механизм регуляции активности ферментов. Здесь работает закон действия масс – при постоянной температуре скорость химической реакции пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ. Или упрощенно – скорость, с которой вещества реагируют друг с другом,
зависит от их концентрации. Таким образом, изменение количества хотя бы одного из субстратов прекращает или начинает реакцию. Причём концентрация некоторых ферментов играет ключевую,
«пусковую», роль.
Итак, пример: великий могучий ЦТК – цикл трикарбоновых кислот.
Ферментом, который как бы «подталкивает» реакции цикла является
оксалоацетат. Он прямо кричит «
Алло, папаш, я тут, запускай ЦТК!
», и в процессы окисления вовлекаются молекулы ацетил-SКоА.
Именно из-за недостатка оксалоацетата (относительного или абсолютного) при голодании и инсулинзависимом сахарном диабете развивается опасное для жизни состояние – кетоацидоз, т.к. метаболизм ЦТК нарушен и происходит накопление ацетил-SКоА в организме, которые могут трансформироваться в
кетоновые тела. Получаем мы что? Если нет оксалоацетата, то кофермент, соответственно, не сможет вовлекаться в процессы метаболизма, у него просто не будет к нему нормального доступа.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ ПРОТЕОЛИЗОМ.
ПРОФЕРМЕНТЫ ЖКТ. СХЕМЫ АКТИВАЦИИ ПЕПСИНА И ТРИПСИНА
А теперь давай рассмотрим самый обширный и интересный третий механизм. Тут мы уже будем играть с изменением каталитической активности молекулы самого фермента.
Некоторые ферменты синтезируются сначала в
неактивном виде
(например, внеклеточные ферменты – в
ЖКТ и плазме крови). Помним, что ферменты преимущественно состоят из аминокислот, связанных пептидными связями, да? Так вот, чтобы активировать наш неактивный фермент, необходимо
гидролизовать одну или несколько пептидных связей в этом ферменте, то есть отщепить
кусочек от неактивного фермента.
Допустим: целое яблоко – это неактивный фермент, яблоко, которое укусили – активный
То, что осталось от фермента – наше образное откусанное яблоко - претерпевает конформационные изменения и ВАОЛЯ, запускается активный центр, фермент готов к труду и обороне!
Это называется частичным или ограниченным
протеолизом
(частичный, потому что гидролизовались лишь несколько пептидных групп в ферменте) и он необратим.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Давай посмотрим на этот процесс на примере ферментов ЖКТ:
Видим сначала неактивный пепсиноген –
профермент
пепсина.
Здесь интересный случай – гидролиз пептида активируется соляной
кислотой желудочного сока и самим пепсином – происходит
аутокатализ, т.е. молекулы синтезированного
пепсина
активируют и другие молекулы пепсиногена. Видишь, под стрелочкой подошла вода
(гидролиз), а ушёл оторванный пептид. Так происходит активация пепсина из более крупного неактивного предшественника – пепсиногена.
На этой схеме представлен трипсиноген-
профермент
трипсина, выделяемый в поджелудочной железе. Правила игры такие же – под действием фермента эпителия кишечника энтеропептидазы (тоже гидролаза) от трипсиногена отщепляется пептид и образуется
активная, более мелкая (потому что ушло несколько аминокислот из-за гидролиза) форма –
трипсин
. Он, кстати, тоже может осуществлять аутокатализ, а так же активировать остальные протеолитические ферменты панкреатического сока.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Зачем нам вообще нужен протеолиз: т.к. эти ферменты находятся ВНЕ клетки, то есть либо в соках ЖКТ или в плазме крови, то это позволяет сохранить клетки от повреждения или сохранить белок до
наступления определённого момента (протромбин, фибриноген, белки комплемента – на случай кровотечения или реализации иммунного ответа).
РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ПУТЁМ КОВЕЛЕНТНОЙ МОДИФИКАЦИИ.
ГЛИКОГЕНСИТАЗА И ГЛИКОГЕНФОСФОРИЛАЗА. МЕХАНИЗМ
РЕГУЛЯЦИИ
Ковалентная модификация – это ещё один способ регуляции активности фермента путём изменения его каталитической активности (третьего механизма).
Ковалентная модификация - обратимое присоединение или отщепление определённой группы
(чаще всего это фосфорная кислота), благодаря чему изменяется активность фермента. Помимо фосфорной кислоты это могут быть метильные и ацетильные группы, но это встречается реже.
А теперь давай рассмотрим схему регуляции активности фермента путём ковалентной модификации.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Дисклеймер:
кружочек и квадратик на схеме – это всё ферменты. Их деятельность мы пытаемся сейчас регулировать. Чтобы к ним присоединилась или отщепилась фосфатная группа, тоже нужен фермент. То есть ферменты катализируют превращение ферментов, это просто надо понять, чтобы дальше не запутаться. Понял, в чём прикол? Ферменты тоже нуждаются в ферментах. Это ебаный мать его биохимический конвейер.
Ниже я буду называть исходный фермент и продукт-фермент кружочком и квадратиком, а те ферменты, что над стрелочкой, просто ферментами, чтобы не запутаться в этих энзимах совсем.
Глядим в оба.
Реакция ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ
. На кружочек
(это фермент, действие которого мы пытаемся регулировать, понял?), исходя из определения ковалентной модификации, переносится фосфат,
значит реакцию присоединения к ферменту фосфата катализирует класс трансфераз, так ведь? Называются эти ферменты
протеинкиназы
(протеин – белок, киназа – это всегда трансфераза). Донор фосфатной группы – АТФ. Благодаря протеинкиназе к квадратику присоединился фосфат.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Реакция ДЕФОСФОРИЛИРОВАНИЯ
. Мы видим, что процесс обратимый. Только обратная реакция катализируется уже другим классом ферментов - происходит отщепление фосфатной группы гидролитическим путём, а это какой класс? Правильно. Гидролазы.
В данном случае фермент будет называться
протеинфосфатаза
– потому что произошёл гидролиз фосфатной группы, присоединённой к белку. Всё это рабочие названия, учти.
Гликогенфосфорилаза
и
гликогенсинтаза
являются ключевыми ферментами метаболических путей обмена гликогена, активность которых может регулироваться фосфорилированием и
дефосфорилированием, т.е. КОВАЛЕНТНЫМИ МОДИФИКАЦИЯМИ.
Гликогенфосфорилаза
Активная форма –
фосфорелированная
Имеет 2 формы: фосфорилированная – активная,
дефосфорилированная – неактивная. Активация гликогенфосфорилазы происходит под действием протеинкиназы
(активируемой инсулином кста), т.е. это реакция фосфорилирования – присоединения фосфатной группы (путь от кружочка к квадратику, если смотреть на схему)
Гликогенсинтаза
Активная форма -
дефосфоренированная
Обратная ситуация! Дефосфорилированная форма – активная, а
фосфорилированная – неактивная. Активация происходит при помощи протеин-фосфатазы
, т.е. это реакция дефосфорилирования – отщепления фосфатной группы (путь от квадратика к кружочку)
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ АЛЛОСТЕРИЧЕСКИМИ
МЕХАНИЗМАМИ
Скорость нашего метаболизма зависит от концентрации веществ, использующихся и образующихся в данной реакции. Мы можем регулировать активность ферментов при помощи аллостерических
факторов. Давай вспомним, что это такое с прошлой методы.
Аллостерический центр (не у всех ферментов!) - это часть фермента, являющаяся полимерным белком. Он отделён от его активного центра (якорный и каталитический участки) и обеспечивает регуляцию активности
фермента. С аллостерическим центром связывается молекула – ингибитор или активатор, называемые
эффекторами
. Они (эффекторы) присоединяются к аллостерическому центру нековалентно и влияют на конфигурацию самого фермента, а как следствие – на сродство активного центра к субстрату и регулирует
его деятельность.
Главное тут слово для нас – регуляция. Разбираемся.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Аллостерические центры вообще очень важны, так как они быстро реагируют на малейшее изменение внутреннего состояния клетки, участвуют как в анаболических процессах (синтез), так и в катаболических
(распад), регулируют координацию анаболических и катаболических путей и так же параллельно протекающих реакций (например, синтез пуриновых и пиримидиновых оснований, используемых для синтеза ДНК и РНК).
Аллостерические эффекторы могут быть:
1) Ингибиторами(отрицательные эффекторы) – вызывают снижение активности фермента.
2) Активаторами (положительный эффектор) – вызывают повышение активности фермента.
Смотри, есть определенный фермент, который должен связаться с субстратом, да? Деятельность этого фермента регулируется аллостерическим центром, к которому присоединяется эффектор. Если этот эффектор является активатором
, то активность фермента повышается, если ингибитор
снижается, либо вообще реакция взаимодействия фермента и субстрата останавливается.
То есть этот аллостерический центр в зависимости от того, что к нему присоединилось – активатор или ингибитор – говорит ферменту либо РАБОТАЙ, либо ОСТАНОВИТЭС (абьюзер).
Он руководит ферментом, регулирует его активность!
А это как раз то, о чём мы сегодня говорим.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
А сейчас очень внимательно. Мы рассмотрим несколько сценариев взаимодействия аллостерических
центров с эффекторами. Схемы очень логичные, тебе просто надо вникнуть.
Рассмотрим данную цепочку реакций (A,B,C… - субстраты, E – ферменты, катализирующие их превращения)
Есть фермент
E1
, который регулирует превращение стартового вещества A в B. Этот фермент E1 имеет свой
аллостерический центр, который может присоединить ингибитор. Ингибитором для фермента
E1 будет служить последний продукт данного пути – F.
Если концентрация конечного продукта F повышена (в случае, когда его синтез происходит быстрее, чем он успевает расходоваться и возникает его избыток), он, являясь ингибитором, соединяется с аллостерическим центром фермента E1, катализирующего самую первую(!) реакцию в этой цепочке, а значит, все остальные превращения в ней либо останавливаются, либо сильно замедляются.
ТО ЕСТЬ:
Если эта цепочка работает слишком активно и образуется много продукта F, его избыток блокирует
активность начального фермента, подавляя синтез самого себя (конечного продукта реакции).
Такая регуляция называется
отрицательной обратной связью или
реингибированием
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Сценарий номер 2.
Исходные вещества могут быть
активаторами
ключевых ферментов метаболического пути
(метаболический путь это наша с тобой цепочка). При аллостерической активации, как правило,
ключевыми ферментами являются те, которые катализируют заключительные этапы цепочки (превращение E в F). То есть фермент, имеющий аллостерический центр, это
E5
. Без этого фермента завершение метаболического процесса невозможно, поэтому к его аллостерическому центру присоединяется начальный продукт A, являющимся
эффектором
активатором, и фермент E5 может спокойно катализировать превращение E в F.
Ферштейн?
Такая регуляция активности фермента называется
положительной прямой связью.
В качестве примера, уже полюбившийся нам гликолиз (см.ниже)
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
!
Не пугайся этой схемы, читай и параллельно смотри на неё, следи за стрелочками и ты всё поймёшь, правда.
Одним из конечных продуктов данной цепочки является молекула
АТФ. Если его образуется слишком много, он присоединяется к аллостерическим центрам таких ферментов, как пируваткиназа и фосфофруктокиназа и действует как
ингибитор
по принципу обратной отрицательной связи (-) на эти два фермента. Синтез конечного АТФ снижается за счёт того, что промежуточные превращения данного метаболического пути замедленны, ингибированы.
А вот фруктозо-1,6-фосфат наоборот является
активатором
для пируваткиназы. Соединяясь с его аллостерическим центром, фруктозо-1,6-фосфат регулирует (активирует) превращение фосфоенолпирувата в пируват – ты можешь увидеть это не схеме, проследив за стрелкой. Он как бы говорит пируваткиназе: «Вот, я здесь, можешь работать». Это уже пример
положительной
прямой связи.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
!!!
Благодаря такой регуляции процесс метаболического распада глюкозы осуществляется слаженно и его ход можно регулировать
, блокируя или активируя некоторые ферменты (в данном случае фосфофруктокиназу и пируваткиназу).
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
РЕГУЛЯЦИЯ БЕЛОК-БЕЛКОВЫМИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯМИ.
Регуляция активности некоторых ферментов осуществляется при помощи белок-белковых
взаимодействий. Существует 2 механизма:
1) Активация ферментов при помощи регуляторных специфичных белков
2) Изменение каталитической активности ферментов вследствие ассоциации или диссоциации
Давай начнём с белков, с первого механизма. Рассмотрим очередную схему.
Видим клеточную мембрану. На ней сидят
рецептор
, специфичный
неактивный G-белок
и пока что
неактивный фермент -
аденилатциклаза
. Когда к рецептору
присоединяется специфичный гормон (адреналин, глюкагон), происходит изменение конформации Gбелка, его активация. Одна из субъединиц G-белка
альфа-ГТФ, отщепляется от него и идёт к нашему ферменту. Альфа-ГТФ имеет высокое сродство
к аденилатциклазе, и присоединяясь к ней, активирует её. Наш фермент заработал!
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Теперь о втором механизме белок-белковых взаимодействий на примере протеинкиназы А.
Вспоминаем, протеинкиназы – это группа ферментов, катализирующих перенос остатка фосфорной кислоты с АТФ на OH-группы аминокислотных остатков белков (реакция фосфорилирования). Мы с тобой очень подробно это обсуждали с разделе с ковалетными модификациями, кружочек-квадратик там..
Вспоминай, протеинкиназы были ферментами, которые катализировали фосфорилирование других ферментов, регулируя их активность. Но каталитическую активность самих протеинкиназ тоже
необходимо регулировать! Тут то и вступает второй механизм белок-белковых взаимодействий –
ассоциация и диссоциация протомеров.
Протеинкиназа-А состоит из 4 субъединиц:
2 каталитические (C) и
2 регуляторные (R).
Такой комплекс (тетрамер) не обладает никакой каталитической активностью, он
не работает
. Но в его регуляторных (R) участках имеются центры для
связывания цАМФ(циклический аденозинмонофосфат), по 2 на каждую субъединицу, т.е. всего таких центров 4.
Пы.Сы. Будешь умницей, если перемотаешь страницу назад и найдёшь, откуда взялся этот цАМФ)
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Таким образом,
4 молекулы цАМФ связываются с четырьмя регуляторными центрами протеинкиназы А и
изменяют её конформацию – тетрамер диссоциирует на субъединицы, при этом освобождаются 2
активные каталитические субъединицы, являющиеся ферментом –
активной Протеинкиназой А
. В таком несвязанном состоянии они уже могут осуществлять катализ – фосфорилирование белков, не забыл, надеюсь.
Этот процесс обратим. Молекулы цАМФ могут отсоединиться от регуляторных субъединиц R, что приведёт к соединению R и C протомеров. Снова образуется
неактивный комплекс
- тетрамер.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНЫЙ МЕХАНИЗМ АКТИВАЦИИ ФЕРМЕНТОВ
Не пугайся, глядя на эту схему. Всё, что здесь показано – ты уже знаешь. Это оба механизма белок-белковых взаимодействий, которые мы уже разобрали, на одной картинке. Следи за моими словами и параллельно смотри на схему.
Первый механизм – с участием специфичного белка.
Соединение гормона с рецептором (R) вызывает превращения в Gбелке, состоящем из альфа, бета и гамма субъединиц. Под влиянием активированного рецептора, ГТФ (аналог АТФ) в альфа-субъединице белка превращается в ГДФ, это приводит к диссоциации G-белка. Его отделившаяся альфа-субъединица присоединяется к ферменту -
аденилатциклазе
(АЦ), активируя её.
Второй механизм – диссоциация.
Аденилатциклаза
катализирует превращение АТФ в цАМФ, которая в свою очередь являются регулятором диссоциации протеинкиназ, осуществляющих фосфорилирование белков (ковалетные модификации). Всё очень просто, если понять механизм. Я в тебя верю!<3
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Автор снова не сдержался и стал готкой делает перерыв на мемчики….
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
ЭНЗИМОДИАГНОСТИКА
Энзимодиагностика – это исследование активности ферментов плазмы крови, мочи, слюны с целью диагностики тех или иных заболеваний.
Примером может служить фермент лактатдегидрогеназа. Кто хорошо готовился к прошлому занятию и внимательно читал файл, тот помнит, что ЛДГ имеет 5 изоформ – ферментов, катализирующих одни и те же реакции, но отличающиеся первичной структурой белка. Изоформы чаще всего являются
органоспецифичными. Продублирую некоторые моменты из прошлого файла.
ЛДГ состоит из 4х субъединиц двух типов – М(muscule –
мышца) и H(heart – сердце). Определённая комбинация
этих субъединиц как раз и приводит к появлению
изоформ.
ЛДГ1 и ЛДГ2 наиболее активны в сердечной мышце и почках. Значит, они состоят преимущественно из субъединиц H(сердце)
ЛДГ4 и ЛДГ5 – в скелетных мышцах и печени. Значит, больше субъединиц М.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
При инфаркте миокарда происходит разрушение кардиомиоцитов, а их содержимое поступает в плазму крови. Исследуя плазму методом электрофореза, мы обнаружим ЛДГ, да не абы какой, а ЛДГ1 и ЛДГ2, так как они являются специфичными для сердечной мышцы. Аналогично и разрушением клеток
скелетных мышц(может быть, травма), гепатитом – при электрофорезе плазмы мы обнаружим изоформы ЛДГ4 и ЛДГ5.
Фермент α-амилаза участвует в расщеплении крахмала и гликогена до моно и ди-сахаридов.
Увеличение активности α-амилазы в плазме крови и моче наблюдается при воспалительных
процессах в поджелудочной и слюнных железах. При воспалении или закупорке протоков поджелудочной железы, в кровь поступает большое количество фермента, при этом усиливается его
выведение с мочой. В моче в основном содержится панкреатическая амилаза.
Такая же ситуация и с креатинкиназой (КК), катализирующей реакцию образования креатинфосфата.
Она уже состоит из 2х субъединицМ (muscle - мышцы) и В(brain - мозг). Итого мы получаем три возможные изоформы: ВВ, ВМ, ММ.
ВВ - находится преимущественно в головном мозге
ММ – в скелетных мышцах, ВМ – в сердечной мышце.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Они, как и изоформы ЛДГ, имеют разную электрофоретическую активность.
Определение активности КК в плазме крови имеет значение при диагностике инфаркта миокарда
(повышение уровня МВ изоформы). При травмах мышц – ММ формы, а вот уже ВВ не может проникнуть через гематоэнцефалический барьер (мы, конечно, все знаем, что это), поэтому даже при инсультах в крови не определяется.
Инфаркт миокарда так же сопровождается увеличением активности аспартатаминотрансферазы – фермента, главным образом находящимся в клетках сердца и печени.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ. ЕДИНИЦЫ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ
Это ты тоже уже знаешь из прошлой темы. Вспоминаем кинетику! да не ругайся, это не я придумала….
Как мы можем охарактеризовать активность фермента в цифрах? Для этого нужно понять, от чего же эта самая активность зависит, и на прошлой неделе мы с тобой выяснили что это…
*барабанная дробь*
Скорость ферментативной реакции! Она является мерой каталитической активности фермента и обозначается как активность фермента.
ТО ЕСТЬ
– чем более активный фермент, тем быстрее протекает реакция, то есть увеличивается её скорость.
Эта самая скорость определяется уменьшением количества молекул субстрата или увеличением
количества молекул продукта за единицу времени.
ТО ЕСТЬ
– чем активнее протекает реакция под действием фермента, тем быстрее субстрат превращается в продукт.
ТО ЕСТЬ
– концентрация субстрата уменьшается (он же превращается в продукт, он исчезает), а концентрация продукта растёт (он же образуется, значит, накапливается в клетке)
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Донельзя логично, так ведь?)
На практике пользуются условными величинами, характеризующими активность фермента(скорость ферментативной реакции): международная единица активности (ME) соответствует такому
количеству фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоль субстрата за 1 минуту при
оптимальных условиях (температура 37°С, оптимальное значение pH раствора) проведения ферментативной реакции. Эти единицы активности используют в медицинской и фармацевтической практике для оценки активности ферментов:
Для оценки количества молекул фермента среди других белков данной ткани определяют удельную
активность (Уд.Ак.) фермента, численно равную количеству превращенного субстрата (в
мкмолях) за единицу времени одним миллиграммом (мг) белка (фермента, выделенного из
ткани):
По удельной активности судят о степени очистки фермента: чем меньше посторонних белков, тем выше удельная активность.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
ЭНЗИМОТЕРАПИЯ
Энзимотерапия – это использование ферментов в качестве лекарственных средств.
К сожалению, использование ферментов в качестве лекарственных средств достаточно ограничено
вследствие их высокой иммуногенности, но так или иначе они используются.
В заместительной терапии
– если у пациента вырабатывается недостаточное количество фермента
В комплексной терапии
– ферменты используются в сочетании с другой терапией.
Заместительная энзимотерапия эффективна при заболеваниях ЖКТ, связанных с недостаточностью
секреции пищеварительных соков. Например, пепсин используют при гастритах, при дефиците панкреатических ферментов используют препараты, содержащие основные ферменты поджелудочной
железы (Фестал, Энзистал, Мезим-форте и др.).
В комплексной терапии, в качестве дополнительных лекарственных средств часто используют
протеолитические ферменты (трипсин, хемотрипсин). Их применяют для обработки гнойных ран, т.к. эти ферменты расщепляют белок погибших клеток (протеолитические=протео(белок)+ литические(утилизирующие) ). Так же трипсин используют при бронхолёгочных заболеваниях для разжижения густой и вязкой мокроты.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза эффективны в качестве противовирусных препаратов
(капли при конъюнктивите, мази и т.д). Потому что вирусы это что? Правильно, ДНК или РНК, окружённой белковой оболочкой – капсидом. Название этих двух ферментов говорят сама за себя, если ты учил классификацию, конечно. Если нет – здоровья погибшим))0)
Лекарственную форму гиалуронидазы – лидазу – используют для рассасывания контрактур рубцов после ожогов и операций, т.к. гиалуронидаза может образовывать сшивки в соединительной ткани. Её вводят внутримышечно или подкожно.
При тромбозах и тромбоэмболиях стали широко применять препараты, содержащие такие ферменты, как
фимбринолизин, стрептолиазы, урокиназы.
Цитохром С – фермент, участвующий в процессах тканевого дыхания и находящийся на внутренней мембране митохондрий в составе дыхательной цепи. Его используют при асфиксии, астматических
состояниях, сердечной недостаточности и различных видах гепатита.
Фицин используют в качестве добавки к зубным пастам,
Коллагеназу – для ускорения отторжения некротизированных тканей.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Так же ферментные препараты используют в онкологии. В лейкозных клетках был обнаружен дефектный фермент –
аспарагинсинтаза
, катализирующий реакцию синтеза
аспарагина. Так как из-за дефекта в данном ферменте раковые клетки не могут синтезировать аспарагин, они пытаются получить его из плазмы крови. А если мы назначим пациенту аспарагиназу – фермент, расщепляющий аспарагин с образованием аспарагиновой кислоты, лейкозным клеткам уже неоткуда будет брать аспарагин, ведь в плазме его уже больше нет, мы отрезали к нему доступ даже из плазмы. В результате это приводит к нарушению метаболизма раковой
клетки и, возможно, её гибели.
Абзимы
– каталитически активные антитела(иммуноглобулины). Они выступают в роли протеаз и
нуклеаз (разрушение белков и нуклеиновых кислот), осуществляют ОВР, реакции гидролиза. В то же время они могут катализировать реакции, аналоги которых пока не обнаружены в живой природе. С этим связана привлекательность их использования в биотехнологии и медицине, в том числе качестве «каталитических
вакцин», способных разрушать некоторые патогенные факторы, пестициды, наркотики, яды.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
ЭНЗИМОПАТИИ
Энзимопатии – заболевания, в основе которых лежат нарушения функционирования ферментов.
Их делят на
первичные
(наследственные) и
вторичные
(приобретенные).
Приобретенные энзимопатии
встречаются практически при всех болезнях: вирусных инфекциях и т.п., которые так или иначе всё равно приводят к нарушению условий работы ферментов организма или нарушению их синтеза. Так, при заболеваниях печени нарушается синтез мочевины и в крови накапливается опасный аммиак, развивается гипераммонемия (энзимопатия).
Первичные энзимопатии наследуются в основном по аутосомно-рецессивному типу и связаны с
генетическим дефектом. Они относятся к метаболическим болезням, при этом развитие заболевания может протекать по нескольким сценариям.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Вот метаболический путь здорового человека, из вещества А в результате последовательных реакций под действием различных ферментов образуется продукт P.
Что же происходит при энзимопатиях? (как раз те самые сценарии)
1) Нарушение образования конечных продуктов и чёрт это как вариант
В данной цепи мы видим, что присутсвует
недостаток
фермента E3(указан маленькой буквой
- e3). Это неизбежно приводит к
недостатку
конечного продукта P (на схеме тоже указан маленькой буквой p), а это, конечно, приводит к клиническим симптомам, характерным для данного заболевания.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Например,
к альбинизму
, при котором нарушается синтез меланинов. Это связано с недостатком фермента тирозиназы – одного из ферментов, катализирующего метаболический путь меланинов.
Другим примером могут служить
заболевания ЖКТ
, связанные с
недостаточностью
секреции
пищеварительных соков, но, как мы уже выяснили, недостаток этих ферментов можно восполнить заместительной терапией.
Недостаток
витаминов, а точнее их коферментных форм так же является причиной приобретенных энзимопатий. Например, уже известные нам Витамин В3, В2. Их коферментые формы – НАД, НАДФ,
ФМН, ФАД являются акцепторами протонов в реакциях дегидрогеназ (вспомни алкогольдегидрогеназу, сукцинатдегидрогеназу). Естественно, что недостаток этих форм витаминов значительно повлияет на течение многих реакций, которые напрямую зависят от их присутствия.
2) Накопление субстратов предшественников
При
недостаточности
того же фермента E3 происходит
накопление предшествующих соединений( A,B,C). Это приводит к развитию многих заболеваний. Та же самая пресловутая
фенилкетонурия
, связанная с дефектом фенилаланин-4-
монооксигеназы, катализирующей превращение фенилаланина в тирозин.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Из-за того что эта фенилаланин-4-монооксигеназа откровенно хуево работает, в организме накапливаются
аномальные метаболиты фенилаланина
, оказывающие сильный токсический
эффект.
Дефект ферментов метаболизма пуриновых оснований приводит к накоплению мочевой кислоты, вызывая
подагру.
У больных
алкаптонурией
наблюдают
недостаточность
фермента окисления гомогентизиновой
кислотыдиоксигеназы, приводящей к развитию заболевания. В результате возрастает
концентрация гомогентизиновой кислоты и выведение её с мочой, а эта кислота в присутствии кислорода превращается в соединение черного цвета – алкаптон. Поэтому у больных алкаптонурией такая моча приобретает чёрный цвет.
Кроме указанных, распространенными первичными энзимопатиями являются галактоземия, недостаточность лактазы и сахаразы, гликогенозы, наследственные гипераммониемии, различные липидозы.
3) Нарушение образования конечных продуктов и накопление субстратов предшественником.
Кому то очень неповезло)0)) Короче, это микс из двух предыдущих форм, когда одновременно недостаток продукта и накопление
исходных метаболитов вызывают энзимопатии.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Например, при
болезни Гирке
(гликогеоз I типа) нарушено действие фермента глюкозо-6-фосфатазы, что приводит к нарушению распада гликогена в печени и выходом из неё глюкозы в кровь. Одновременно у таких людей увеличивается печень (гепатомегалия), потому что гликоген, который должен был распадаться, теперь не может этого делать и просто накапливается в гепатоцитах.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
ХАРАКТЕРИСТИКА ИНГИБИРОВАНИЯ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ
Мы с самого начала этого долгого разговора говорим о регуляции активности ферментов.
Так вот, иногда скорость синтеза определенных веществ в организме нужно уменьшить, т.е. подавить
активность некоторых ферментов.
Для этого используют
ингибиторы
– вещества, вызывающие специфичное снижение активности фермента. Ключевое слово – специфичное! Потому что такие неорганические соединения, как кислоты и тяжёлые металлы являются инактиваторами, снижающими активность любых ферментов, а не
специфичных, каких-то определенных.
Ингибирование
(по прочности связывания)
Обратимое
Необратимое
Ингибирование
(по отношению к субстрату)
Конкурентное
Неконкурентное
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Рассмотрим классификацию поподробнее.
1. По прочности связывания
Необратимое ингибирование

образование прочных, стабильных ковалентных связей между молекулой ингибитора и фермента. Ингибитор осуществляет связывание или разрушение
функциональных групп фермента, которые необходимы для проявления его активности.
Это могут быть ионы тяжёлых металлов: ртути, серебра, мышьяка, которые блокирую т группы активного центра. При этом субстрат(по факту фермент, просто в данном случае он субстрат) не может подвергаться химическому превращению, а значит, не может катализировать необходимую реакцию.
ПРИМЕР: Диизопропилфторфосфат очень прочно и необратимо связывается с гидроксигруппой серина в ферменте
ацетилхолинэстеразы, гидролизующей
(вызывает распад) ацетил-холин в синапсах. Изза того что активный центр эстеразы теперь
закрыт этой огромной елдой, она больше не может катализировать распад ацетил-холина и
передача сигнала по нерву прекращается.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Обратимое ингибирование

ингибитор связывается с ферментом слабыми нековалентными
связями, которые при определенных условиях легко отделимы.
Обратимое ингибирование может быть конкурентным и неконкурентным, но это уже классификация по отношению к субстрату. Просто запомни, что все следующие виды ингибирования – обратимы.
Конкурентное ингибирование
В таком случае
ингибитор
по своей структуре очень похож на
субстрат
, к которому должен присоединиться ингибитор. Ну это короче как тёлка, которая пытается быть похожей на тебя, чтобы увести твоего парня))0)0)
Это приводит к конкуренции между
ингибитором
и
субстратом
и количество связанного субстрата
уменьшается (ну потому что половину фермента на себя перетянул ингибитор, сука такая). В этом и заключается суть конкурентного ингибирования – замедлить реакцию через изменение
концентрации субстрата.
Возьмём в качестве примера конкурентное взаимодействие этанола и метанола за активный центр
алкогольдегидрогеназы.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Садись поудобнее, ща будет жизненная сказка от Таниссимо….
Ну вот попался тебе парень откровенный гондон (
алкогольдегидрогеназа
), тающий от девочек со светлыми волосами, который бегает от одной тёлки блондинки(
метанол
) к тебе, тоже блондинке (
этанол
). Ведь вы так похожи и он не может определиться (поэтому он и гондон)! Естественно, ты начинаешь ревновать, и между тобой и той шлюхой начинается конкуренция (ну ты, подруга моя, тоже не особо умная… нахрена с гондоном и шлюхой дело иметь…).
По итогу внимания тебе парень-гондон (
алкогольдегидрогеназа
) уделяет намного меньше, ведь у него есть ещё и другая блондинка. Ты страдаешь, рыдаешь по ночам, а та шлюха метанол
ИНГИБИРОВАЛА тебя, снизила твою концентрацию, ослабила твоё влияние на собственного парня! (БРОСАЙ ЕГО ДУРА)
Вот такая драма разворачивается в нашем организме, а ты раньше о ней даже не подозревал…
Вместе с этанолом плакала вся маршрутка…
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Такой же любовный треугольник происходит между ферментом(парнем) сукцинатдегидрогеназой и двумя похожими друг на друга сукцинатом (его девушкой) и малонатом(шлюхой, перетягивающей на себя всё внимание). Парень пытается угнаться за двумя девушками, а бедная сукцинат, которая ему была судьбой
(аж в его названии) предначертана, страдает от дефицита внимания. Получается, что малонат(шлюха) –
ингибитор.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Кинетическая зависимость (дада, это опять константы там всякие, графики…)
Прости, но тебе придётся в этом разобраться. Я помогу.
По графику мы видим, что максимальная скорость
реакции Vmax что с ингибитором, что без – практически не меняется. Потому что у нас фермент как реагировал, так и реагирует, правда уже не только с тобой, но и с той шлюхой ингибитором)
Зато смотри как выросла константа Михаэлиса(Km).
Помнишь, что она отражает? Сродство фермента к
субстрату. Раз константа увеличилась, то сродство уменьшилось. Потребуется бОльшая концентрация субстрата, чтобы произошла реакция. Всё логично.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Неконкурентное ингибирование
В этом случае ингибитор связывается с ферментом не в его активном центре, а в другом месте молекулы.
И ты прекрасно знаешь это место! Аллостерический центр, помнишь?
Неконкурентный ингибитор может связаться либо с аллостерическим центром фермента, либо с уже образованным комплексом фермент-субстрат, вызывая изменения в его конформации и инактивируя его.
Кинетическая зависимость (и снова, это не я придумала…)
Когда реакция протекает как надо, максимальная скорость
реакции( Vmax) очень высокая, константа Михаэлиса(Km), отражающая сродство фермента к субстрату – низкая. Если же в дело вступает неконкурентный ингибитор
, максимальная
скорость значительно снижается, а константа Михаэлиса
увеличивается – значит, снижается сродство фермента и субстрата, реакция протекает оооочень медленно. Такие пироги.
Например, синильная кислота – очень опасный яд - может
связываться с аллостерическими центрами ферментов дыхательной цепи, блокируя клеточное дыхание.
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
Ну и вот для самых ненасытных, использование ингибиторов ферментов в медицине по Тимину. Тут объяснять уже, думаю, нечего. Просто принять к сведению и привести пример на паре, может.
Я это учить не собираюсь, на фарме успею…
На еду моим общажным тараканам: 5469 3900 1275 3412
ВОТ И СКАЗОЧКЕ КОНЕЦ надеюсь, данное мЕтОдИчЕсКоЕ пОсОбИе хотя бы немного тебе помогло желаю тебе получить самый высокий балл и вообще удачи во всех твоих начинаниях! цмок.
Курина Таня
@tanissimoo

перейти в каталог файлов


связь с админом