wikiscript

Ферменти є каталізаторами біохімічних процесів, що відбуваються в живих організмах, і тому їх часто називають біокаталізаторами. Оскільки вони є речовинами білкової природи, вони утворюються, як і інші білки, шляхом протеосинтезу, який регулюється відповідно до вимог клітини та організму. Ферменти розщеплюються протеїназами і мають свій біологічний період напіввиведення. Молекули ферментів мають визначене просторове розташування - конформацію. Це дозволяє певним бічним ланцюгам амінокислот зближуватися один з одним і утворювати так званий. активне місце фермент. Субстрат (S) (речовина, що підлягає перетворенню) прив’язується до цього місця, утворюється лабільний проміжний продукт - ферментний комплекс. субстрат (ES), який мимовільно розкладається на продукт (P) реакції та фермент (E). Ферменти прискорюють стабілізація реакція хімічної рівноваги за рахунок зменшення енергії активації - Ea (Рис. 1).

Ферменти часто також містять небілковий компонент, протезна група або коферменту (Рис. 2). Білковий компонент ферменту (голофермент) називається апоферментом. Коензим слабо зв'язується з апофермент і може відмежуватися від цього. Протетична група не звільняється від апоферменту, але міцно прикріплюється до неї. В даний час часто використовується більш загальний термін кофактор, що не розрізняє способу зв’язування.

Фермент (голофермент) = апофермент + кофактор (протезна група, кофермент)

Зміст

  • 1 Поділ та каталітична активність ферментів
    • 1.1 Вираз активності ферментів
  • 2 Кінетика ферментних реакцій
    • 2.1 Визначення Км
    • 2.2 Види пригнічення активності ферментів
  • 3 Фактори, що впливають на швидкість ферментної реакції
    • 3.1 Концентрація субстрату
    • 3.2 Концентрація ферменту
    • 3.3 Вплив температури на активність ферментів
    • 3.4 Вплив рН на активність ферментів
  • 4 Ферменти в клінічній діагностиці
    • 4.1 Ізоформи ферментів
    • 4.2 Ферменти в крові
    • 4.3 Фактори, що впливають на активність ферментів у крові
    • 4.4 Діагностично важливі ферменти
    • 4.5 Розподіл діагностично важливих ферментів у тканинах

Розподіл та каталітична активність ферментів редагувати джерело]

У наступній таблиці (табл. 1) чітко перераховані окремі класи ферментів та схематично показані їх ефекти (тип реакції, яку окремі ферменти каталізують). У таблиці також наводяться приклади кількох конкретних кофакторів.

Вираз активності ферментів редагувати джерело]

Активність ферментів виражається в одиницях згідно з рекомендаціями Systeme International d'Unides (SI) та IFCC (Яміжнародна Fвивільнення C.лінічний C.хімія). Одиницею вираження ферментної активності в системі СІ є катал (кішка), яка найчастіше використовується на літр біологічної рідини.

Визначення: 1 кішка - це ферментна активність, яка перетворює 1 моль субстрату за 1 с.

У професійній біохімічній, а також медичній практиці ми все ще зустрічаємо Міжнародну одиницю U, яка офіційно використовувалася до 1980 року. Міжнародну одиницю U визначали як активність ферменту, який перетворює 1 мкмоль субстрату за 1 хв при 25 ° С. Оскільки він все ще використовується, ми представляємо основне взаємне перетворення цих одиниць:

Кінетика ферментних реакцій редагувати джерело]

Постійна Майкеліса (Km) визначається як концентрація субстрату, при якій швидкість каталізованої ферментом реакції зменшується вдвічі. Km - основна кінетична константа, яка характерна для кожної пари фермент-субстрат за певних умов (рН, температура, склад реакційної суміші тощо). Це виражається відношенням модифікованого рівняння Майкеліса-Ментена:

Визначення Км редагувати джерело]

Км можна визначити (рис. 3):

  • з графічного зображення залежності швидкості реакції від концентрації субстрату, з деякими труднощами, спричиненими визначенням максимальної швидкості з достатньою точністю
  • коригуючи рівняння Майкеліса-Ментена, в якому гіперболічна залежність перетворюється на лінійну, ми отримуємо більш точне співвідношення для розрахунку Км. Найбільш поширеним є регулювання за Lineweaver та Burke, в якому оцінюються перевернуті значення швидкості та концентрації основи.

(Vmax - максимальна швидкість, км - постійна Майкеліса - припущення полягає в тому, що [E] = постійна.)

Види пригнічення активності ферментів редагувати джерело]

Ферменти характеризуються високою специфічністю до субстрату (субстратна специфічність) і типом каталізованої реакції (специфічність ефекту). Їх діяльність може швидко змінюватися залежно від потреб клітини і всього організму. Активатори стимулювати і інгібітори пригнічують швидкість ферментативних реакцій. Гальмування може бути оборотним і незворотним. Зворотне інгібування, на відміну від незворотного інгібування, є нековалентним зв'язуванням інгібітора з відомим конкурентним, неконкурентним та неконкурентним інгібуванням. На фіг. 4 показує різницю між конкурентним та неконкурентним інгібітором.

На наступному малюнку (рис. 5) показано вплив концентрації субстрату (S) на швидкість (v) ферментної реакції в залежності від інгібітора та залежності Km від типу інгібування:

(синя лінія без інгібітора, червона з інгібітором - конкурентоспроможна ліворуч та неконкурентна праворуч)

Фактори, що впливають на швидкість ферментної реакції редагувати джерело]

У живій клітині ферменти розташовані так, що окремі реакції плавно слідують одна за одною, тому вони часто утворюють т. Зв мультиферментні комплекси. Порівняно з неорганічними каталізаторами, ферменти набагато ефективніші, але також більш чутливі до зовнішніх впливів (температури, рН тощо). Реакції, каталізовані ферментами, протікають у живому організмі (навіть у пробірці) з різною швидкістю, яка залежить від:

  • концентрація субстрату
  • концентрація ферменту
  • температури
  • реакційне середовище (рН)
  • наявність активаторів та інгібіторів

Концентрація субстрату редагувати джерело]

Концентрація субстрату, при якій швидкість реакції ферментованої ферментом реакції відповідає половині значення максимальної швидкості, називається Константа Михеліса - км фермент даної реакції (рис. 3).

Концентрація ферменту редагувати джерело]

Для швидкості Vmax ферментна реакція при високій концентрації субстрату:

Всі експерименти для визначення впливу концентрації ферменту на швидкість реакції необхідно проводити з надлишком субстрату, де реакція вже не залежить від впливу його концентрації.

Вплив температури на активність ферментів редагувати джерело]

Іншим важливим фактором, який впливає на каталітичну активність ферменту, є температури (Рис. 6). Зі збільшенням температури активність ферментів збільшується (приблизно 20-50 ° C) приблизно вдвічі. При більш високих температурах швидкість реакції поступово зменшується в міру денатурації ферментів (за деякими винятками - наприклад, ферменти термостабільних бактерій). Викликається температура, при якій фермент проявляє максимальну активність оптимальний температурний режим фермент. Для більшості ферментів оптимальний температурний режим знаходиться в межах 35-45 ° С. При температурах навколо точки замерзання реакції майже не відбуваються. Глибоке заморожування до −20 ° C використовується для зберігання біологічного матеріалу, коли ферментні реакції повністю припиняються.

Вплив рН на активність ферментів редагувати джерело]

Одним з факторів, який суттєво впливає на активність ферменту, є значення рН навколишнє середовище. Застосування сильнокислих або сильно лужних розчинів може спричинити денатурацію ферменту і, таким чином, втрату біологічних властивостей. Менш різкі зміни рН середовища впливають на активність, змінюючи ступінь дисоціації функціональних груп ферменту та субстрату, або змінюючи конформацію молекули ферменту. Це змінює здатність субстрату зв'язуватися з ферментом. Більшість ферментів демонструють максимальну активність у діапазоні рН 5-8, і ця область промивається оптимальним рН. Звичайно, є винятки, і деякі ферменти мають рН-оптимум при суттєво різних значеннях, наприклад для пепсину - рН 1,5–2,5, а для лужної фосфатази 9,5–9,7. Графічно виражена залежність швидкості реакції від рН зазвичай має форму кривої дзвоника з піком при оптимальному рН (рис. 7).

На каталітичну активність ферменту впливає також зміна іонної сили розчину та складу буфера, окисно-відновних умов, іонізуючого випромінювання або додавання інгібіторів або активаторів.

Ферменти в клінічній діагностиці редагувати джерело]

Ферменти в клітинах впливають на біологічні процеси, беручи участь у регуляції обмінних та функціональних процесів. Пошкодження клітин може призвести до зміни активності ферментів, а після пошкодження клітин ферменти можуть виділятися в кров. З точки зору самих біохімічних методів, необхідно оцінювати динаміку виявлених змін у пацієнта і не можна покладатися лише на оцінку одного досліджуваного параметра.

Ізоформи ферментів редагувати джерело]

Визначення ізоферментів є важливим для підвищення діагностичної специфічності. Ми розрізняємо справжні ізоферменти, які кодуються різними структурними генами та псевдоізоензимами, які мають однакову генетичну основу, але відрізняються посттрансляційними модифікаціями (посттрансляційні варіанти, наприклад, ALP - псевдоізоферменти жовчні протоки, клітини пухлини). Утворюються справжні ізоферменти:

  • модифікуючи гени в різних локусах (однакові у всіх людей, що виникли в процесі еволюції), напр. ізоферменти AST - мітохондріальні, цитоплазматичні або ALP - кишкові, тканини неспецифічні (печінка, кістки, нирки), плацентарні, плодові;
  • модифікуючи гени в одному локусі, різні алелі (вроджені варіації генів), напр. глюкоза-6-β-дегідрогеназа була виділена з еритроцитів різних людей у ​​понад 150 ізоформах;
  • як т. зв гібридні ізоферменти шляхом поєднання щонайменше 2 субодиниць, кодованих різними структурними генами, напр. лактатдегідрогеназа (LD, рис. 8), що містить субодиниці H (серце) та L (м’яз) або креатинкіназу (CK, рис. 9), що складаються з субодиниць B (мозок) та M (м’яз).

Використання визначення сироваткових ізоферментів

Ізоферменти каталізують ту саму реакцію, але їх молекули відрізняються за своїми фізико-хімічними, кінетичними та імунологічними властивостями. Ці відмінності можуть проявлятися, наприклад, у взаємозв'язку ізоферментів з інгібіторами, у специфічності каталізованих реакцій, у різній стійкості до денатуруючих ефектів, мають різні оптимуми рН та відрізняються білковим компонентом.

Ферменти в крові редагувати джерело]

Визначення активності ферментів у сироватці крові разом з іншими методами клінічної біохімії є одним із важливих тестів, який допомагає лікарю визначити або підтвердити діагноз та повідомити про перебіг захворювання. Для правильної інтерпретації значень активності ферментів необхідно знати фактори, що впливають на їх сироваткову активність і які також визначають придатність тестування певних ферментів протягом перебігу захворювання.

Фактори, що впливають на активність ферментів у крові редагувати джерело]

Походження та роль ферментів

Ферменти, що знаходяться в плазмі, можна розділити на таємно a стільниковий. Секреторні ферменти викидаються в навколишнє середовище і їх можна розділити на:

  • функціональні ферменти плазми - їх роль полягає в каталізації реакцій, що відбуваються в крові. До них належать, наприклад, ферментні комплекси, що беруть участь у згортанні крові. Деякі з цих ферментів виробляються в печінці, і тому їх активність у плазмі зменшується при її пошкодженні.
  • функціональні ферменти GIT (специфічні) - каталізують реакції, що відбуваються в ШКТ, і таким чином дозволяють перетравлювати та всмоктувати компоненти їжі. До цієї групи належать напр. ферменти підшлункової залози (наприклад, амілаза, ліпаза, трипсин). Якщо існує непрохідність шляхів надходження цих ферментів до травного тракту, або якщо клітини, в яких вони утворюються, більше пошкоджуються, активність цих ферментів у сироватці збільшується.

Клітинні ферменти вони представляють велику групу ферментів, які відіграють певну роль у метаболізмі клітин і потрапляють у кров, коли вони руйнуються або пошкоджуються. Їх активність у сироватці значно зростає, коли пошкоджуються органи, з яких вони походять. Сюди входить напр. транамінази, креатинкіназа, глутаматдегідрогеназа. Невелика частина цих ферментів викидається в кров навіть у фізіологічних умовах.

Діяльність окремих ферментів у клітинах Конкретні ролі органів і клітин тісно пов’язані з їх метаболізмом. Тому різні органи та клітини також містять різну кількість ферментів (табл. 2). Різна активність ферментів в органах є одними з основних факторів, від яких також залежить зміна їх сироваткової активності. Завдяки постійному перебудові органів ми можемо довести їх активність у сироватці навіть за фізіологічних умов.

Вкладка. 2 Діяльність вибраних ферментів

У наступній таблиці перераховані вибрані клінічно значимі ферменти.

Розподіл діагностично важливих ферментів у тканинах редагувати джерело]

Наступна таблиця показує розподіл вибраних клінічно значущих ферментів.

Фермент ACP ALP AMS ALT AST CK GMT CHS LD LPS
Еритроцити ** * *
Кістки * **
Скелетні м’язи * * ** *
Міокард * ** *
Нирки * * * *
Підшлункова залоза ** * ** ***
Печінка * * *** *** *
Простати ***
Жовчовивідні шляхи **

LD є прикладом ферменту, який зустрічається не тільки в тканинах, здатних до анаеробного обміну (еритроцити, м’язи), але і в органах, в яких лактат окислюється за допомогою пірувату та ацетилКоА (серце, нейрони) або глюконеогенезу (печінка). Підвищений рівень LD у плазмі крові може свідчити про пошкодження такого органу, який можна використовувати для діагностики. CK в сироватці крові отримують із 96% скелетних м’язів та 4% міокарда. При пошкодженні скелетних м’язів загальна активність КК збільшується. При підозрі на інфаркт міокарда важливо виключити пошкодження скелетних м’язів.