10. Компартменталізація – регуляція хімічних перетворень відбувається за допомогою біомембран. Наприклад: мембрани лізосом обмежують активність лізосомальних гідролаз.

Основні напрямки медичної ензимології

Роль ферментів у розвитку захворювань, їх діагностиці та лікуванні розглядаються в самостійному розділі біохімії – медичній ферментології. Виділяють три основні напрямки медичної ензимології: ензимодіагностика, ензимопатологія, ензимотерапія.

Ензимопатологія – це спадкові захворювання, які пов’язані із порушенням біосинтезу білків-ферментів. Так, галактоземія – хвороба, при якій спостерігається висока концентрація галактози в крові внаслідок дефекту синтезу гексозо-1-фосфат- уридилтрансферази, яка перетворює галактозу на глюкозу. Альбінізм характеризується відсутністю пігментів в шкірі, волоссі, сітківки. Меланоцити втратили здатність утворювати меланін внаслідок порушення синтезу тирозинази.

Фенілпіровиноградна олігофренії виникає як наслідок спадкового порушення синтезу фенілаланінгідроксилази – ферменту, що гідроксилює фенілаланін у тирозин. Це призводить до накопичення фенілаланіну в організмі, він розпадається з утворенням і накопиченням токсичних сполук (фенілпірувату, феніллактату, фенілацетату), що порушують обмін речовин в організмі, особливо в мозку. У дітей гальмується розумовий розвиток, виявляються психічні відхилення.

Ензимотерапія – це використання ферментів як фармакологічних засобів. Лікування ферментами проводиться, в основному, при їхній недостатності в організмі (заміщувальна ензимотерапія), а також як допоміжних засобів в комплексній терапії різних захворювань.

Ферменти пепсин, трипсин, хімотрипсин, амілаза, ліпаза та інші застосовуються при шлунково-кишкових захворюваннях. Трипсин використовується зовнішньо для очистки гнійних ран і внутрішньом’язово як протизапальний засіб при остеомієлітах та гайморітах; фібринолізин рекомендують для розсмоктування тромбів судин, цитохром с вживається при отруєнні чадним газом та деякими отруйними сполуками, які пригнічують тканинне дихання. Препарати типу тромбіну використовують для запобігання кровотечі або її зупинки. Нуклеази використовують під час лікування вірусних хвороб. Наприклад, очні краплі з ДНК-азою застосовують для лікування вірусного кон’юктивіту.

Аспарагіназу застосовують для лікування деяких форм лейкозів. Лікування основане на тому, що амід аспарагінової кислоти – аспарагін- є необхідним для синтезу білків у лейкозних клітинах, однак він не синтезується в цих клітинах, і повинен надходити із плазми. Введена в кров хворого аспарагіназа руйнує аспарагін, синтез білків у лейкозних клітинах припиняється – клітини гинуть.

Препарати лідаза, ронідаза тощо, які каталізують розщеплення цементуючої речовини сполучної тканини – гіалуронову кислоту, використовуються разом із іншими лікарськими засобами, що значно прискорює їх всмоктування та зменшує біль. Гіалуронідазу також застосовують для розсмоктування гематом при крововиливах, ексудатів у плевральній і черевній порожнинах, рубців та ін.

Ензимодіагностика – використання ферментів у діагностиці захворювань. Кожен орган або тканина має характерний для них спектр ферментів, поява яких у крові надає змогу діагностувати патологію. Так, для серцевого м’язу найспецифічнішими є креатинкіназа (КК), аспартатамінотрансфераза (АСТ) і лактатдегідрогеназа (ЛДГ). У печінці переважають аланінамінотрансфераза (АЛТ), ЛДГ, лужна фосфатаза (ЛФ); у скелетних м’язах – ЛДГ, КК і меншою мірою АСТ: у кістковій системі – ЛФ; у передміхуровій залозі – α-амілаза. Для ізоферментів також визначеа їх локалізація. При інфаркті міокарда визначається суттєве збільшення активності АСТ, КК, ЛДГ1, при хворобах печінки – АЛТ, альдолази, ЛДГ4,5; при запальних процесах у підшлунковій залозі - α-амілази; при пухлинах у кістковій системі – ЛФ; рак простати супроводжується збільшенням КФ.

Коферменти

Коферменти – це низькомолекулярні небілкові компоненти складних ферментів, які виконують роль каталізаторів біохімічних процесів.

Класифікація коферментів.

І.За хімічною природою:

∙вітамінні,

∙вітаміноподібні,

∙невітамінні.

ІІ.За механізмом дії:

∙переносники атомів Н, е- та Н+.

∙переносники окремих хімічних груп.

	Коферменти І групи:
А. Невітамінні:	В. Вітамінні:
- гем,	- аскорбінова кислота (АК),
- глутатіон.	- НАД та НАДФ,
Б. Вітаміноподібні:	- ФАД та ФМН,
- убіхінон (КоQ),	- 5-дезоксиаденозил-кобаламін.

-ліпоєва кислота (ЛК),

-тетрагідробіоптерин (ТГБП),

-хінонові коферменти.

		Коферменти ІІ групи:
–	А. Невітамінні:	Б. Вітамінні: ТДФ, КоА, ПАЛФ, Біоцитин,
	фосфати нуклеозидів	ТГФК, матилкобаламін, вітаміни К й А
–	фосфати вуглеводів.
	Характеристика невітамінних коферментів І групи

1. Гем. В основі лежить суперкільце протопорфірину ІХ із 4 пірольних кілець, з’єднаних метиновими (-СН=) групами, 4х метильних (-СН3) груп, 2х вінільних груп та 2х залишків пропіонової кислоти. В центрі знаходиться атом Fе2+ Механізм дії: транспортує електрони, так як залізо може змінювати валентність:

Біологічна роль: входить до складу гемвмісних ферментів: цитохромів (ферменти тканинного дихання та мікросомального окислення), каталази та пероксидази. Останні руйнують пероксид водню:

2. Глутатіон (G-SH) – трипептид, транспортує атоми водню. Молекула G-SH складається із залишків 3х амінокислот глутамінової, цистеїну та гліцину:│

Механізм дії: активним центром є SН групи цистеїну,

Біологічна роль: входить як кофермент до складу ферментів:

∙глутатіонпероксидази та глутатіонредуктази (атиоксидантних ферментів);

∙глутатіонтрансферази, яка знешкоджує токсичні ксенобіотики;

∙глутатіондегідрогенази,що інактивує інсулін;

∙здійснює активацію віт.В12 і його перехід в коферментні форми;

∙приймає участь в синтезі глюкози з ацетону;

∙підтримує у відновленому стані SH-групи білків.

Характеристика невітамінних коферментів ІІ групи 1.Фосфати нуклеозидів: АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ, ТТФ.

Механізм дії: транспортують фосфатні залишки. Біологічна роль: входять до складу ферментів:

-кіназ (фосфорилують речовини частіше за участю АТФ)

-трансфераз, приймають участь в активації речовин шляхом приєднання нуклеотиддифосфатів: активна форма глюкози (УДФ-глюкоза), холіну - (ЦДФ-холін)

2.Фосфати вуглеводів:

Механізм дії: транспортують фосфатні залишки. Біологічна роль: входять до складу ферментів: глюкозофосфатізомерази, фосфогліцератмутази.

Вітаміноподібні коферменти I групи

Убіхінон (коензим Q) – ліпідорозчинний хінон. Транспортує атоми водню (протони та електрони). Входить до складу дихального ланцюга.

Ліпоєва кислота (ЛК-SН) приймає участь в реакціях окислювального декарбоксилювання α-кетокислот (пірувату та α-кетоглутарату). Входить до складу мультиферментних

комплексів: ПДГ (піруватдегідрогенази) та α-КГДГ (α-кетоглутаратдегідрогенази).

Вітамінні коферменти. Аскорбінова кислота (АК)

Біохімічні властивості аскорбінової кислоти пов’язані з її здатністю вступати в окисновідновні реакції. Основні перетворення, що йдуть за участю АК належать до типу окисновідновних реакцій. АК переносить атоми водню та електрони;

Основні функції АК:

1.АК - кофактор реакцій гідроксилювання:

∙дофаміну

∙пара-гідроксипірувату в гомогентизинову кислоту

∙триптаміну в 5-окситриптамін

∙проліну в гідроксипролін та лізину в гідроксилізин в колагенових білках

∙гідроксилювання кортикостероїдів (найбільша концентрація АК в наднирниках)

2.Антиоксидантні функції.

Оскільки АК легко приймає участь в реакціях одноелектронного переносу, то вона і так само легко взаємодіє з іншими вільними радикалами, інактивуючи їх.

Аскорбінова кислота для небагатьох видів (примати, людина, морська свинка, кажани (летючі миші) є вітаміном. Всі інші види здатні синтезувати її з глюкози.

Клініка дефіциту вітаміну С:

Прояви дефіциту АК обумовлені порушенням функції мезенхімальних клітин. Цинга характерізується ураженням ясен, розшатуванням зубів, ламкістю капілярів (підшкірними крововиливами), а також набряками, біллю у суглобах, анорексиєю та анемією. Зараз це захворювання зустрічається дуже рідко.

Причиною більшості цих змін є порушення синтезу колагену та хондроітинсульфату. Колаген, що утворюється, бідний на оксипролін. А порушення головної речовини сполучної тканини призводить до деполімерізації та розчиненню базових структур останньої.

Добова потреба АК - не перевищує 100 мг. Основні джерела - зелені овочі, цитрусові, свіжа картопля. В останні роки є тенденція використовувати гіпердози АК (профілактика простудних захворювань та раку за Полінгом). Але більшість дослідників схиляються до думки про небезпечність ( утворення каменів у сечовивідних шляхах), чи в усякому разі про відсутність корисної дії.

Нікотинамідні коферменти

Це важлива група коферментів І групи, яка використовується ферментами оксидоредуктазами.

Найбільш відомими коферментами є НАД+ (нікотинамідаденіндинуклеотид) та НАДФ+ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат),

Основна функція НАД та НАДФ полягає в оборотному переносі атомів водню та електронів. Безпосередню в переносі протонів та електронів приймає участь нікотинамідна частина молекул цих коферментів.

За участю НАД та НАДФ відбуваються такі процеси:

∙гліколіз (аеробний, анаеробний)

∙декарбоксилювання α-кетокислот

∙пентозофосфатний цикл (в ньому йде синтез НАДФН2)

∙циклі трикарбонових кислот

∙β-окислення та синтез жирних кислот

∙синтез та гідроксилювання холестерину та стероїдів

∙гідроксилування ксенобіотиків.

Ворганізмі НАД і НАДФ утворюються з ніацину - вітаміну РР ( нікотинова кислота та нікотинамід) через стадії приєднання фосфорибозилпірофосфату та АТФ і при необхідності через амінування нікотинової кислоти в нікотинамід.

Недостатність вітаміну РР проявляється клінікою пелагри – діарея, деменція,

дерматит. Частково ніациновий дефіцит пов'язаний з нестачею триптофану в їжі (60 мг триптофану еквівалентні 1 мг ніацину). В білку кукурудзи мало триптофану.

Джерело ніацину – печінка, м'ясо. Антипелагрічну дію молока і яєць, які майже не містять НК, пояснюють відносно високим вмістом в них триптофану.

Флавінові коферменти

Ці коферменти І групи містять рибофлавін, що має жовтий колір, тому вони були названі жовтими коферментами. Головними коферментами є ФМН (флавінмононуклеотид) та ФАД (флавінаденіндинуклеотид). Дієва частину коферменту – флавін. Механізм дії ФАД і ФМН пов’язаний з йх здатністю переносити протони і електрони

ФАД і ФМН входять до складу ферментів, що каталізують велику кількість різних типів реакцій. Виділяють три головних типи реакцій:

1)оборотна реакція дегідрування (відщеплення - приєднання протонів) від субстрату;

2)перенос електронів і протонів від відновлених нікотинамідних коферментів (в процесі біологічного окислення),

3)участь у вільно-радикальних реакціях.

До флавопротеїнів відносяться: альдегідоксидаза, ксантиноксидаза, оксидаза D-

амінокислот, моноаміноксидаза. Беруть участь в окисленні спиртів, альдегідів, глюкози, β- окисленні жирних карбонових кислот, амінів (адреналіну), гліцерину, пуринових нуклеотидів (ксантину, гіпоксантину, 6-метилпуріну), похідних нікотину, хіноліну. Можуть окислювати НАДН і НАДФН, амід ліпоєвої кислоти, альфа-кетокислот. Складові ЦТК, тканинного дихання, окислення ксенобіотиків.

Якщо акцептором протонів у реакції, що каталізує флавопротеїн, буде кисень, то ці ферменти - оксидази (аеробні дегідрогенази) – МАО, ксантиноксидаза.

Попередником ФМН та ФАД є вітамін В2 (рибофлавін). Перетворення рибофлавіну в ФМН включає фосфорилювання за участю АТФ, а прєднання до ФМН аденілового нуклеотиду з АТФ веде до утворення ФАД

Добова потреба – 1,7 мг. Харчові джерела: практично всі тваринні і рослинні продукти (дріжжі, хліб, зернові, яйця, молоко, м’ясо). Особливо молоко.

Недостатність: зупинка росту, випадіння волося, запальні процеси слизової оболонки язика, губ (глосіт, хейліт), загальна м’язева слабкість. Пошкодження рогівки ока (кератит, може виникнути катаракта).

Тіаміндифосфат