11. Факторы, влияющие на скорость ферментативной реакции.

1. Повышение температуры: Увеличениие температуры на каждые 10 С скорость реакции увеличивается в 2-4 раза. Ферменты-белки, а у белков при температуре выше 40-50⁰ С начинается денатурация, след скорость увелич до 40С затем снижается.

2. Зависимость от рН среды: существует узкий диапазон измерения pH среды (pH-оптимум). В некоторых случаях сдвиг pH на единицу снижает активность на 80%. Для каждого фермента свое значение рН.

3. Зависимость от концентрации S: При повышении конц S скорость р-ции увеличивается до max скорости, а затем остается на одном уровне. Оказывает влияние на скорость реакции по принципу обратной связи, то есть тормозит. При наполнении продукта вся система блокируется на последней стадии (ретроингибирование). Так, например, накопление молочной кислоты, образующейся при распаде глюкозы, приводит к снижению последней и формированию утомления.

4. Ферменты характеризуются высокой специфичностью:

- Абсолютная: ферменты взаимодействуют и катализируют превращения только одного субстрата.(стереохимическая специфичность)

• групповая специфичность: действуют на группу субстратов, предъявляя требования к типу группы и типу связи – абсолютная групповая специфичность или только к типу связи – относительная групповая специфичность.

Любая хим р-ция хар-ся константой термодинамического равновесия: Кр=[C][D]/[A][B]. Величину обратную Кр называют константой диссоциации F-S комплекса: Ks=[E][S]/[ES]. Чем ниже Ks, тем выше сродство F к S. При низкой конц S зависимость скорости реакции от [S]: V=R’[S], где R’ – константа скорости. При высокой конц S скорость р-ции max и становится постоянной, не зависящей от [S]: V=R’’(р-ция 0го порядка) (график)

Км – константа Михаэлиса – количественно определяет степень сродства Fк S. Чем ниже Км, тем выше сродство и наоборот. Км явл инструментом регуляции метаболит процессов.

Km = 1/2Vmax

12. Регуляция активности ферментов бывает пассивная (с помощью изменения условий среды), то есть существуют постоянные ферменты и непостоянные, которые появляются под действием каких-либо факторов среды под действием температуры) или с помощью ионной силы и рН, {S} и {Е}.

Активная регуляция классифицируется:

1) изостерическая (регуляция с помощью субстрата и продукта)

2) аллостерическая (регуляция активности фермента с помощью веществ, отличных от субстрата и продукта).

Регуляция активности путём изменения количества фермента.

У бактерий хорошо изучен феномен индуцированного синтеза ферментов при выращивании на средах с одним углеводом, например, глюкозой. Замена глюкозы на лактозу приводит к индуцированному синтезу фермента галактозидазы, расщепляющей лактозу на глюкозу и галактозу.

В животных тканях подобный быстрый синтез ферментов наблюдается реже, однако при поступлении в организм некоторых ядов, канцерогенных веществ наблюдается резкое увеличение количества (а значит и активности) гидроксилаз, окисляющих чужеродные вещества в не токсические продукты. С другой стороны, иногда под действием этих гидроксилаз чужеродные вещества превращаются в более токсичные продукты (летальный синтез).

Регуляция активности по принципу обратной связи.

Допустим, в клетке есть многоступенчатый биосинтетический процесс, каждая стадия которого катализируется собственным ферментом.

Е Е Е Е

А-------- Х --------- Б --------- В --------- Г --------- Р

Наполнение продукта Р оказывает мощное стабилизирующее действие на фермент Е.

Аллостерическая регуляция.

Аллостерические ферменты – это ферменты, располагающиеся в начале метаболического потока или на его узловых этапах и управляют этим метаболическим потоком.

Свойства аллостерических ферментов:

1) Являются олигомерами, состоящими из протомеров;

2) Имеют 2 центра: активный центр и центр аллостерической регуляции;

3) Имеют ось симметрии;

4) Протомеры изменяют свою структуру в пределах олигомеров;

5) Изменение конформации олигомеров ограничено локализациями отдельных протомеров.

Существует 2 вида веществ (эффекторы, которые оказывают на фермент двойное действие:

1. активаторы

2. ингибиторы

Аллостерический фермент имеет 2 центра аллостерической регуляции:

1. центр аллостерической активации

2. центр аллостерического ингибирования

При взамодействии аллостерического фермента с аллостерическим активатором резко возрастает степень сродства активного центра к субстрату. При взаимодействии аллостерического ингибитора с аллостерическим ферментом резко снижается степень сродства фермента к субстрату. Наличие двух центров в аллостерических ферментах доказывается путём технической денатурации в мягких условиях (под действием мочевины), следовательно, при этом аллостерический фермент теряет регуляторные свойства (они связаны с центрами аллостерической регуляции), но сохраняют каталитические свойства, связанные с активными центрами.

Регуляция активности с помощью гормонов.

Гормональная регуляция осуществляется на генетическом уровне путём обратимого фосфорилирования. Например, под действием адреналина происходит активация процесса распада гликогена. В ходе этого процесса образуется небелковое соединения – у-АМФ. у-АМФ – внутриклеточный гормон (вторичный посредник) является аллостерическим регулятором большого числа протеинлипаз. у-АМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклаз.

Регуляция активности путём химической модификации.

Химическая модификация- присоединение каких-либо функциональных групп к ферменту, с последующим изменением его активности. Химическая модификация обратима. Так например, ключевые ферменты энергетического обмена - фосфорилаза, гликогенсинтаза контролируются путём фосфорилирования и дефосфорилирования , осуществляемого специфическими ферментами - протеинилазой и фософотазой . И уровень активности ключевых ферментов будет определятся соотношением фосфорилированных и дефосфорилированных форм этих ферментов.

Ограниченный протеолиз.

Все ферменты ЖКТ и поджелудочной железы синтезируются в неактивной форме в виде проферментов. Регуляция в этом случае сводится к превращению их в активную форму. Так, например, активация трипсиногена идёт под действием энтерокиназы и ведёт к отщеплению избыточной последовательности аминокислот. При этом происходит формирование активного центра и третичной структуры трипсина. Это явление получило название ограниченный протеолиз. Его биологическое значение заключается в том, что он исключает самопереваривание органа (аутокатализ), что, например, происходит при активации трипсина в самой поджелудочной железе. Во-вторых, обеспечивается более тонкая регуляция количества фермента.

Ограниченный протеолиз находится под контролем факторов среды, рН, в клетке – под контролем Са.

13. Аллостерические ферменты - это ферменты, располагающиеся в начале метаболического потока или на его узловых этапах и управляют этим метаболическим потоком.

Аллостерический фермент имеет 2 центра регуляции - центр аллостерической активации и центр аллостерического ингибирования.

При ал. F +ал. активатором резко возрастает степень сродства фермента к субстрату, при ал. F +ал. Ингибитор-фермент теряет регуляторные свойства.

Свойства:

1.Являются олигомерами состоящими из протомеров.

2.Имеют как минимум два центра: активный центр и центр аллостерической регуляции.

3.Имеют ось симметрии.

4.Протомеры изменяют свою структуру в пределах олигомеров.

5.Изменение конформации олигомеров ограничено конформациями отдельных протомеров.

14. Скорость ферментативной реакции определяется присутствием в среде эффекторов: активаторов и ингибиторов. Активаторы повышают скорость реакции и иногда модифицируют её, а ингибиторы - тормозят её.

Активаторы: коферменты, ионы Ме, SH- реагенты. Активизирующее влияние связано с оптимизацией структуры белковой молекулы и активного центра фермента. Это улучшает взаимодействие фермента и субстрата.

Активатор панкреатической липазы – желчные кислоты.

Активатор трипсиногена – энтерокиназы.

Активатор хематрипсиногена – трипсин.

Активатор пепсина и амилазы – ионы Са.

В качестве активаторов могут выступать и Ме:

Zn – активатор угольной ангидразы.

Ингибиторами принято называть вещества, вызывающее частичное или полное торможение реакции.

Любые агенты, вызывающие денатурацию фермента, являются ингибиторами. Однако такое ингибирование неспецифично потому, что не связано с механизмом действия ферментов. Гораздо больше специфических ингибиторов, которые оказывают действия на один какой – либо фермент или на группу родственных ферментов. Такие ингибиторы могут дать ценную информацию о природе активного центра фермента. На ингибировании ферментов основан механизм действия многих токсинов и ядов на организм. Так, при отравлении синильной кислотой спазм наступает вследствие полного торможения дыхательных ферментов (цитохромоксидазы).

Типы ингибирования:

1. Обратимое

2. Необратимое

Если молекула ингибитора вызывает стойкие изменения или модификацию активного центра фермента, то такой тип ингибирования называется необратимым.

Обратимое ингибирование встречается чаще, и его делят на конкурентное и неконкурентное, в зависимости от того удаётся или не удаётся преодолеть торможение ферментативной реакции путём повышения {S}. Конкурентное ингибирование возможно при наличии структурного сходства субстрата и ингибитора. Например, торможение активности сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой:

НООС - 2Н НООС

СН -------- СН

СН СДГ СН

НООС НООС

сукцинат фумарат

Если в среду вместо сукцината внести малонат, то в силу его структурного сходства с сукцинатом он будет реагировать с активным центром СДГ. Однако при этом перенос 2Н от малоната не происходит, так как структуры малоната и сукцината всё же несколько отличаются и они будут конкурировать за связывание с активным центром СДГ и степень торможения будет определена соотношением концентраций малоната и сукцината. Особенность этого ингибирования – обратимость за счёт увеличения {S}.

I(+) E + I ------ EI

I(-)

Неконкурентное (частично обратимое, но чаще всего необратимое) ингибирование вызывается веществами, не имеющими структурного сходства с субстратами и по этой причине не конкурирующее с ними за связывание с активным центром, а связывающиеся с ферментом в другом месте. Примером такого ингибирования является действие ядов тяжёлых металлов (Cu, Co, Mo), SH-реагентов, цианидов, угарного газа, синильной кислоты.

I(+)

E + I ------ EI

I(-)

Часто имеет место частично неконкурентное ингибирование, при котором снижение Vmax сочетается с повышением Km. В редких случаях степень торможения активности фермента может повышаться с повышением {S}. Это так называемое бесконкурентное ингибирование. В этом случае возможно соединение ингибитора с комплексом ES, следовательно, образуется неактивный или медленно реагирующий комплекс

ES + I ------ ESI

I(+)

I ( -)

Действие многих лекарств основано как раз на этих всех методах ингибирования. Так, например, сульфаниламидные препараты применяются для лечения некоторых инфекций, которые имеют структурное сходство с ПАБК, которую бактериальная клетка использует в каестве субстрата для синтеза фолиевой кислоты. Благодаря сходству сульфаниламид блокирует действие фермента путём вытеснения ПАБК из комплекса ES , что ведёт к снижению роста бактерий. Это конкурентное ингибирование.

15.В настоящее время известны 2 номенклатуры ферментов:

1) Тривиальная номенклатура (пепсин, трипсин)

2) Рациональная номенклатура (берётся корень из названия субстрата + окончание “ аза “; липид – липаза, протеин – протеаза).

В основу cовременной классификации лежит тип катализирующей реакции (всего 6 классов):

1) Оксидоредуктазы: катализируют ОВР, лежащие в основе биологического окисления. Название даётся по схеме: донор, акцептор. Различают аэробные дегидрогеназы или оксидазы, катализирующие перенос протонов непосредственно на кислород; анаэробные дегидрогеназы, ускоряющие перенос протонов на промежуточный субстрат, но не на кислород; цитохромы – катализируют перенос витаминов. Сюда также относятся каталаза и пероксидаза.

2) Трансферазы: ферменты, катализирующие перенос (внутри – и межмолекулярный) различных групп атомов. Название даётся по схеме: донор – транспортирующая группа.

Оба этих класса ферментов работают при участии коферментов, которые являются водорастворимыми.

3) Гидролазы: ферменты, катализирующие расщепление внутримолекулярных связей при участии молекулы воды. Название даётся по схеме: субстрат – гидролаза. К ним относятся ферменты ЖКТ, в частности эстеразы (гидролиз сложных эфиров), гликозидазы (гидролиз гликозидных связей углеводов), пептидгидролазы (гидролиз пептидных связей).

4) Лиазы: ферменты, расщепляющие С-С, С-N, С-О связи не гидролитическим путём. Название даётся по схеме: субстрат-лиаза. Они обеспечивают отщепление СО, Н₂О, NH₃.

5) Изомераза: ферменты, катализирующие различные типы реакций изомеризации. Сюда же относятся рацемазы и эпимераза, цис- транс- изомераза.

6) Лигазы (синтетаза) – ферменты, катализирующие синтез органических веществ из двух исходных молекул с использованием энергии АТФ. Название даётся по схеме: Х-У- лигаза (Х и У – исходные вещества)

Кроме всего этого все существующие ферменты (более 2000) имеют свой цифровой шифр, который присваивается по четырёхзначному коду. То есть шифр каждого фермента состоит из четырёх цифр, разделённых точками, и составляются по следующему принципу:

1. Первая цифра указывает на номер одного из классов фермента.

2) Вторая цифра означает подкласс, который характеризует тип связи, на которую действует фермент.

3) Третья цифра означает поднадкласс, который характеризует химическую природу донора или акцептора, участвующего в реакции.

4) Четвёртая цифра обозначает порядковый номер фермента.

Изоферменты – это группа родственных ферментов, катализирующих одну и ту же реакцию. Они происходят из одного предшественника за счёт гена с последующей мутацией образуемых аллелей. Они отличаются между собой:

1. скоростью катализа;

2. направлением катализируемой реакции;

3. условиями протекания реакции;

4. чувствительностью к регулятором, фактором среды (более или менее устойчивы к ингибиторам);

5. сродством к субстрату;

6. особенностями структуры молекул, её ИЭТ, Mr, размерами и зарядом.

Изоферменты имеют адаптивное значение, то есть придают специфику метаболизма. Изоферменты обеспечивают межорганную связи.

В миокарде и печени существуют различные изоферменты АДГ, которые обеспечивают метаболизм,

В печени ПВК -------- лактат

В сердце лактат --------- ПВК

АДГ – фермент, состоящий из четырёх субъедениц двух типов:

1) Н( heart ) 2) M ( muscles )

Существует пять изоферментных форм:

НННН НННМ ННММ НМММ ММММ

АДГ₁ АДГ₂ АДГ₃ АДГ₄ АДГ₅

Поскольку Н – протомеры несут более выраженный “-“ заряд, то изофермент Н (АДГ) будет мигрировать при электрофарезе с наибольшей скоростью к аноду. С наименьшей скоростью к аноду будет двигаться М. Остальные изоферменты занимают промежуточное положение. Изоферменты АДГ локализованы в разных тканях:

1. АДГ₁ – мозг, аэробные ткани

2. АДГ₂ – в лейкозных клетках

3. АДГ₃ – анаэробные ткани, печень

Изоферменты появляются на различных этапах онтогенеза и реализуют программу индивидуального развития. Изоферментный профиль меняется в процессе развития. При патологиях имеется существенный изоферментный сдвиг.

Изменение активности в онтогенезе.

Онтогенез человека- развитие по определённой генетической программе.

1. ВНУТРИУТРОБНЫЙ ПЕРИОД.

Характеризуется высокой активностью ферментов синтеза белка, липидов, происходит увеличение массы организма. Плод находится в анаэробнх условиях и для метаболизма характерна анаэробная направленность. Основной источник энергии – жирные кислоты, которые поступают из организма матери; жирные кислоты тоже выполняют строительную функцию. Глюкоза утилизируется анаэробным путём (анаэробный гликолиз) и идёт на развитие ЦНС.

2)ПРЕНАТАЛЬНЫЙ ПЕРИОД.

Характеризуется изменением активности ферментов, происходит подготовка организма к пребыванию в аэробной среде. Изменяется центр гемоглобина и активность митохондриальных ферментов.

3) ГРУДНОЙ ПЕРИОД.

Потребность в глюкозе резко возрастает, она начинает утилизироваться аэробно, но примерно до двух лет основным источником энергии явлется всё же липиды, причиной чего является соматотропин.

4. РАННИЙ ДОШКОЛЬНЫЙ ПЕРИОД.

В этот период ткани начинают питаться углеводами. Происходит стабилизация обмена и интенсивная миелизация нервных волокон.

5. ШКОЛЬНЫЙ И ПУБЕРТАТНЫЙ ПЕРИОД.

Обмен веществ модулируется под действием половых гормонов.

6. ЗРЕЛЫЙ ПЕРИОД.

Происходит стабилизация массы тела, репродуктивного генератора. После 35-40 лет основным иточником энергии являются опять липиды, что связано с ослаблением чувствительности к глюкозе и изменением гормонального фона; гиперстресс (повышенный уровень гормонов) заставляет клетку работать на пределе, то есть использовать в качестве энергии жиры.

16. Качественное обнаружение: цветные р-ции на S или P (крахмал -> глюкоза)

Количественное обнаружение: количественное изменение dS или dP. Количественные цветные р-ции (спекторы поглащения NADH при λ=340нм).

Внесистемная единица активности «U» и определяется как 1 моль/мин

Системная «катал» - 1 моль/сек

Удельная активность – активность в пересчете на объем биологич жид-ти, гр ткани или мл белка

Молекулярная активность(число оборотов) – сколько мол-л субстрата превращаются в секунду в продукт 1 мол-лу фермента и используется для сравнения характеристики различных ферментов.

Клеточные компартменты имеют различную локализацию ферментов: Плазмалемма-Na/К -АТФ-аза, транспортные белки-пермеазы; Цитоплазма-ферменты гликолиза, синтеза ЖК, ПФП;Митохондрии-ферменты ЦТК, бета-окисления ЖК, ферменты начальных этапов ЦСМ; Лизосомы-гидролитические ферменты; Ядро-ферменты обмена НК;Гладкий ЭПР-ферменты обмена ксенобиотиков; ШероховатыйЭПР-ферменты биосинтеза белков.

Маркерные ферменты- принадлежат определенной конкретной органелле. Органоспецефические – катализируют опред метаболич пути присущие опред органу.

17. Медицинская энзимология - раздел клинической биохимии, которая занимается изучением роли ферментов в заболеваниях, использования ферментов как лечебных препаратов и для диагностики. Энзимология имеет пять направлений:

1. Энзимопатология (изучение роли ферментов в развитии патологических процессов); объект изучения - энзимопатии.

2. Энзимодиагностика (изучение способов диагностики заболевания путём определеия активности ферментов) – в биологических жидкостях, тканях.

3. Энзимотерапия (исследование ферментов в качестве лекарственных препаратов).

4. Инженерная энзимология (исследование ферментов в качестве технических и фармацевтических средств, в качестве реагентов) – в пищевой, кожевенной, табачной промышленности.

5. Лабораторная диагностика (выделение ферментов в малых количествах).

Энзимодиагностика базируется на идее органоспецифичности и компартментализации ферментов в клетке. При заболевании увеличивается проницаемость мембран и вследствие нарушения градиента концентраций ферментов между внутриклеточной и мышечной средами, ферменты выходят из клетки и попадают в кровь, мочу.

Наилучшим источником диагностических ферментов является сыворотка крови. Активность ферментов в сыворотке прямопропорциональна поражению органа. Нужно отметить, что все антикоагулянты являются ингибиторами плазменых ферментов. Энзимодиагностика имеет 2 направления:

1) Ранняя диагностика. Так при гепатитах активность трансаминаз (АсАТ, АлАТ) повышается гораздо раньше, чем билирубин проникнет в ткани и вызовет желтуху.

2) Дифференциальная диагностика. Так например, заболевания печени делятся на 3 группы. Кроме этого нужно отметить, что АлАТ и АсАТ одинаково представлены в печени и миокарде, поэтому при повреждении и того и другого активность их повышается в два раза. Но при заболевании сердца (инфаркт) преобладает активность АСаТ, а при остром гепатите - активность АЛаТ. В клинике для дифдиагностики используется коэффициент Даритаса:

АсАТ

---------- = 1,5-2 ммоль/л

АлАТ

Для оценки степени тяжести заболевания также определяется активность ферментов. Так, при лёгких формах гепатита сначала повышается активность фермента цитоплазмы гепатоцита дегидрогеназы. При тяжёлых формах - повышается активность митохондриального фермента глуаматдегидрогеназы.

Этим же путём можно дифференцировать гепатит и некроз печени. При гепатите наблюдается высокая активность билирубина и АлАТ, а при некрозе – высокая активность билирубина и низкая АлАТ.

Следует отметить, что при заболеваниях может наблюдаться 3 состояния ферментов:

1) Гипоферментемия (снижение активности в плазме) наблюдается при поражении того органа, в котором синтезируется данный фермент (при гепатите снижается активность холинестераз, синтезируемых в гепатоцитах).

2) Нормоферментемия может сопровождаться дисфункцией ферментов, что характерно для текущих процессов (цирроз печени).

3) Гиперферметемия встречается чаще всего.

Ферменты, которые обнаруживаются в норме в плазме крови, делятся на три группы:

1) Секреторные (они синтезируются в печени и выделяются в плазму крови: ферменты гемостаза, холинэстераза).

2) Индикаторные (клеточные). Одни из них локализованы в цитоплазме (лактатдегидрогеназа), другие – в митохондриях (гуанозиндегидрогеназа), третьи – в лизосомах (кислая фосфатаза). Большая часть индикаторных ферментов в плазме определяется лишь в следовых количествах, и только при поражении каких-либо тканей их активность резко повышается в три раза.

3) Экскреторные (щелочная фосфатаза) синтезируются, главным образом, в печени и выделяются с желчью. При патологических процессах их выделение с желчью нарушается и активность в плазме увеличивается в два раза.

ПРИНЦИПЫ ДИАГНОСТИКИ ЭНЗИМОПАТИЙ.

1) Определение концентрации в биологических жидкостях, тканях субстрата и продуктов тех ферментов, активность которых снижена.

2) Определение активности фермента, который вызывает энзимопатию.

3) Определение концентрации метаболитов.

1. Клиническая диагностика: симптоматика, внешний вид.

18. Энзимопатия – заболевание, в основе которого лежат генетические и другие изменения активности ферментов.

По классификации академика Покровской энзимологии делятся на:

1) Наследственные (генетически детерминирована); причины: точечные мутации, хромосомные

абберации (серповидноклеточная анемия).

2. Алиментарные (связаны с пищевыми факторами); причины: гипо- и авитаминозы, несбалансированное питание, употребление недоброкачественной пищи (красители, консерванты).

3. Токсические (связана с ингибированием ферментов пестицидами, гербицидами, лекарствами).

По современной классификации энзимопатии делятся на:

1. первичные (временные, наследственные)

2. вторичные (приобретённые, алиментарные, токсические)

Причины первичных энзимопатий:

1. Точечные мутации гена, кодирующего фермент.

2) Наличие ингибитора или отсутствие активатора при синтезе фермента.

3) Генетические дефекты синтеза кофермента.

4. Нарушение процессинга белка.

5. Патология или отсутствие матрицы ДНК и РНК.

Причины вторичных энзимопатий:

1. Нарушение энергообеспечения;

2. Недостаток аминокислот (белковое голодание);

3. Отсутствие или недостатки витаминов, нарушение ресорбции витаминов в ЖКТ;

4. Все причины гиповитаминозов;

5. Клеточная диструкция разного генеза.

Все инфекционные болезни (вирусные, бактериальные) протекают с растройством ферментных систем, что связано с выделением экзо- и эндотоксинов, блокирующих ряд ферментов. Другой причиной является гипо- и гиперфункция эндокринных желез. Также причиной может быть резкое изменение условий среды, в которой работает фермент (ацидоз или алкалоз).

Примеры энзимопатий:

Гиперурикемия – повышение содержания мочевой кислоты в крови, вызванное недостаточностью аденозинфосфорибозил- и изанозинфосфорибозилтрансфераз.

Доброкачественная желтуха новорождённых связана с понижением активности глюкурон – N – трансферазы. Злокачественная желтуха новорождённых обусловлена резким дефектом данного фермента.

Гемофилия А – дефицит 8-го фактора свёртываемости крови, В – 9-го и С – 10-го фактора свёртываемости.

В основе всех ферментопатий лежит увеличение концентрации субстрата для фермента, активация путей метаболизма, приводящих к образованию токсических веществ, вызывающих вторичные патологические блоки:

E

1S-----X-----p1

А дефицит продукта выражается снижением интенсивности последующих реакций.

Степень проявления энзимопатий:

2. Бессимптомно, неимеющие ни каких проявлений (фруктоземия).

3. Слабо выраженные – проявления средней тяжести, лёгкие формы (сахарный диабет, генетические дефекты в-структур гемоглобина, гипоксия).

Ярко выраженные – не совместимые с жизнью (заболевание проявляется с первых дней жизни – болезнь “кленового сиропа”).

19. Энзимотерапия – это способ лечения с помощью ферментов. Применяется заместительная терапия при недостаточности ферментов ЖКТ (желудочный сок, продукты поджелудочной железы, стимулирующие выделение соляной кислоты, аллахол - стимулятор липазной активности).

Ферменты применяются для местных аппликаций, ингаляций при гнойных заболеваниях лёгких.

Ферменты РНК-азы, ДНК-азы, гиалуронидазы, эластазы используются для обработки ран, воспалительных очагов, для устранения ожогов, гематом.

Для лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы применяется стрептоделаза (ведёт к уменьшению зоны инфаркта миокарда).

В последнее время широко используются иммобилизованные ферменты, то есть фиксированные на чём либо. Такие ферменты обладают повышенной стабильностью, сниженной антигенностью и более длительным действием в организме. В настоящее время открыт новый способ введения иммобилизованных ферментов, при помощи липосом. Липосомы – мелкие частицы эмульгированного жира, содержащие ферменты и окружённые фосфолипидными оболочками. Липосомы – хорошие носители лекарств, не вызывают иммунологических реакций, с их помощью можно вводить ферменты внутрь клетки. С помощью липосом были введены ферменты, растворяющие мельчайшие шарики, необходимые для трансферации эндотелия в месте образования тромба. Предпринимались попытки применения ферментов для лечения злокачественных опухолей (например, для лечения лимфогранулематоза).

20. Применение ферментов. Фосфатаза - фермент, который не имеет выраженной субстратной специфичности к орга­ническим эфирам фосфорной кислоты. По рН-оптимумам различают кислую и щелочную фосфатазы. Высокой активностью кислой фосфатазы отличается предстательная железа. При раке предстательной железы активность этого фермента увеличивается в сыворотке крови. Щелочная фосфатаза находится во многих органах, особенно в костной ткани и печени. При нарушении оттока желчи (желчекаменная болезнь, опухоль) часть фосфатазы всасывается в кровь. Энзимодиагностическое исследование кислой фосфатазы используется для дифференциальной диагностики жел­тух. Такая диагностика важна для врача при выборе методов лечения. Дело в том, что раз­ные типы желтух требуют разного лечения: хирургическое - в случае закупорки желчного протока и консервативное - при паренхиматозном повреждении печени. Активность щелочной фосфатазы повышается при патологических процессах в костной ткани. При паренхиматозных заболеваниях печени, расстройстве функции желчевыделительной системы в сыворотке крови повышается активность глутамилтранспептидазы.

21.Обмен веществ и энергии - закономерный порядок превращения вещества и энергии в живых организмах, направленный на их самосохранение и самовоспроизведение. Обмен веществ и обмен энергии тесно связаны между собой и представляют собой единство. Вся совокупность химических реакций, протекающих в живых организмах, включая усвоение веществ, поступающих из вне (ассимиляция) и их расщепление (диссимиляция) вплоть до образования конечных продуктов, подлежащих выделению, составляет сущность и содержание обмена веществ.

Ассимиляция - одна из сторон обмена веществ. Ассимиляция включает огромное количество химических превращений, приводящих к использованию органических и неорганических веществ, поступающих из внешней среды, для построения специфических для данного организма белков, липидов, углеводов. Процесс ассимиляции обеспечивает рост, развитие, обновление организма и наполнение запасов, используемых в качестве источника энергии.

Диссимиляция – противоположная ассимиляции сторона обмена веществ: разрушение органических соединений с превращением их в простые вещества.

Промежуточный обмен – превращение вещества в организме с момента поступления их в клетку до образования конечных продуктов. Попав внутрь клетки, питательные вещества метаболизируются – претерпевают ряд химических изменений, катализируемых ферментами. Определённая последовательность таких химических изменений называется метаболическим путём, а образующиеся промежуточные продукты – метаболитами. Различают 2 стороны промежуточного обмена – анаболизм и катаболизм .

Анаболические реакции направлены на образование и обновление структурных элементов клеток и тканей. Эти реакции преимущественно восстановительные, сопровождаются затратой свободной энергии.

Катаболические превращения – процессы расщепления сложных молекул, как поступивших с пищей, так и входящих в состав клетки, до простых компонентов. Эти реакции обычно окислительные, сопровождается выделением свободной энергии.

Обе стороны промежуточного обмена тесно взаимосвязаны во времени и пространстве.

22. Биологическое окисление – это совокупность биохимических реакций, приводящих к образованию полезной энергии за счёт деградации компонентов пищи. Принципиальной особенностью биологического окисления является то, что оно протекает постепенно, через многочисленные промежуточные стадии, то есть происходит многократная передача протонов и электронов от донора к акцептору. Тканевое дыхание - один из процессов диссимиляции, по сути это и есть биологическое окисление в тканях и клетках организма.

В организме существует 3 пути потребления и утилизации кислорода:

1 путь - 90-95% O2 идет на митохондриальное окисление.

2 путь - 5-10% идет на микросомальное окисление (в печени при поступлении больших количеств токсинов - 40%).

3 путь - перекисное окисление (2-5%).

Современные представления о биологическом окислении базируются на сущности трактовки окислительно – восстановительных процессов, а также на общих знаниях термодинамики:

1 закон: закон сохранения энергии, то есть энергия никуда не исчезает, а только переходит из одной формы в другую, то есть сохраняется.

2 закон: все тела и химические процессы стремятся к минимальной энергии и состоянию покоя и беспорядка, то есть к энтропии.

С термодинамической точки зрения организм человека - антиэнтропийная машина, открытая система, которая обменивается с окружающей средой веществом и энергией. Основа её жизнедеятельности - обмен веществ (метаболизм).

Субстраты биологического окисления.

Субстратом биологического окисления любое вещество, способное поставлять электроны и протон, энергия которых трансформируется в полезную конвертируемую форму. Субстраты биологического окисления – метаболиты, восстанавливающие НАД и ФАД, служащие предшественниками субстратов, зависящих от дегидрогеназ.

СХЕМА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА.

1) В ЖКТ происходит деполимеризация сложных соединений:

крахмал и гликоген -------- до глюкозы

дисахариды и олигосахариды -------- до моносахаридов

белки -------- до пептидов и аминокислот.

2) С момента поступления мономеров в клетку начинается цитозольный этап: происходит дальнейший распад мономеров и унификация субстратов, превращение их в общие соединения.

3) Митохондриальный: унификация субстратов продолжается в митохондриальном матриксе; тут вещества подвергаются окислению путём вовнесения в цикл Кребса, который снимает с них электроны и протон и трансформирует их энергию в конвертируемую форму АТФ.

Схема образования субстратов биологического окисления (схема БУЖ).

Этапы биологич окисления.

1 стадия: Б,Ж,У расщепляются на относит небольшое количество мономеров. Некоторое кол-во белков превращ в 20АК. Происходит в ЖКТ.

2 стадия: полученные строительные блоки превращаются в метаболиты(ПВК, ацетил КоА и др.)

3 стадия (митохондриальная): катаболизм до СО2 и Н2О с выходом полезной конвертируемой энергии.

23. Роль АТФ – хранение биологической энергии.

В одной молекуле АТФ имеется две макроэргические связи. При их расщеплении ется 32 кДж

энергии. АТФ присутствует в клетках в диссоциированной форме. То есть, всякая работа в клетке сопровождается образованием Н, который эахватывается буферами. На это есть несколько причин:

1 – ая причина макроэргичности: так как концентрация АТФ, АДФ и Ф_н одинакова, а концентрация Н меньше, то по закону действующих масс равновесие сдвинуто вправо.

2 – ая причина: в структуре АТФ имеется три фосфатных и две ангидридных связи, за счёт этого на хвосте молекулы АТФ создаётся конформационная напряжённость, возникает сила электростатического отталкивания, и АТФ отдаёт молекулу фосфата, при этом она переходит в более выгодное состояние АДФ + Ф_н, которое более устойчиво.

В клетках АТФ присутствует в виде магниевой соли. Существует точка зрения, что уровень Mg отражает уровень АТФ.

В 1940 – 41 году была создана концепция АТФ – азного цикла: в процессе фото- или хемосинтеза энергия депонируется в форме АТФ. Синтез АТФ происходит из АМФ:

осмотическая работа

АТФ транспорт

фото электрическая работа

синтез химическая работа

хемо тепловая работа

АДФ +Ф_н механическая и световая

работа

Синтез АТФ в организме происходит из АМФ:

АМФ + Фн ------> АДФ -------> АТФ

24. Митохондрия друмембранная органелла. В печени 67% общего белка М хнах в матриксе, 21% во внутренней мембране, по 6% в межмембранном пространстве и 6 % на наружной мембране.

Внутр мембрана:

- складчатая

- высокоселективная проницаемасть

- Кардиолипин - много

- Фосфоинозитол - мало

- Холестерин – мало

- СДГ и компоненты

Внешняя мембрана:

- гладкая

- низкоселективная проницаемость

- Кардиолипин мало

- Фосфоинозитол - много

- Холестерин – много

-МАО, ферменты синтеза ЖК

Межмембранное пространство: в нем активны аденилаткиназа и нуклеозиддифосфаткиназа.

В процессах старения генома митохондрии мигрируют в ядро, т. е. возникают летальные мутации, связанные с деформацией митохондриальных белков генерирующих АТФ.

Цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонной кислоты был открыт Гансом Кребсом в 1937 г. Он брал измельченные мышцы голубя, добавлял на них трикарбоновые кислоты и определял скорость дыхания, те трикарбоновые кислоты, которые составляют цикл Кребса усиливают дыхание.

Цикл Кребса - исходный субстрат ацетил КоА, который взаимодействует с ЩУК под действием фермента цитратсинтетазы.

За один оборот цикла Кребса происходит полное окисление одной молекулы ацетил-КоА. Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление ацетил-КоА, а коферменты НАД и ФАД должны снова окисляться. Это и происходит в ДЦ.

Освобождающаяся при окислении ацетил-КоА энергия, расходуется на образование макроэргических связей АТФ.

Из 4 пар атомов водорода, 3 пары переносятся через НАД и одна пара через ФАД. На каждую пару атомов водорода в системе БО образуется 3АТФ (1НАДН2 = 1АТФ). Следовательно, всего 9АТФ; одна пара атомов попадает в систему БО через ФАД, - в результате образуется 2АТФ. Кроме этого в ходе сукцинаткиокиназной реакции образуется 1ГТФ = 1АТФ. Поэтому в целом, в ходе цикла Кребса образуется 12АТФ.

Биологическое значение ЦТК.

ЦТК - универсальный компонент БО, который образуется на принципе унификации, что имеет огромное значение, потому что организм не может точно дозировать потребность в каждом субстрате. Унификация позволяет уравновешивать и оптимизировать соотношение основных субстратов, т. е. если имеется избыток углеводов, то часть их перекачивается в липиды, если избыток белка, то тоже - в липиды и углеводы.