WWW.GOLKOM.RU   Добавить в Избранное


БИБЛИОТЕКА ПРИРОДЫ
информационный портал

Главная  Новости  Каталог  Книги  КМЭ  Форум

ТУ  Гербарий  Golkom-Balance  Golkom-Post

 
Регистрация:

Краткая медицинская энциклопедия


А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Ферменты

Перейти к следующей статье 'ФЕРМЕНТЫ (дополнение)'Перейти к предыдущей статье 'ФЕРМЕНТНЫЕ ПРЕПАРАТЫ (дополнение)'ФЕРМЕНТЫ (лат. fermentum брожение; син. энзимы) - специфические биологические катализаторы белковой природы, присутствующие в живых организмах и способные во много раз ускорять протекающие в них химические реакции. Благодаря Ф. хим. реакции в клетках составляют единую, строго согласованную систему, называемую обменом веществ и энергии.

Строение и классификация ферментов. Ф. могут быть простыми и сложными белками. Хим. природа небелковой группы в сложных ферментных белках и прочность ее связи с белковой частью молекулы различна. В тех случаях, когда небелковая часть легко отделяется от ферментного белка, ее называют коферментом, а белок - апоферментом. Их комплекс, обладающий полной ферментативной активностью, называют холоферментом. Независимо от прочности связи с белком небелковая группа участвует в ферментативной реакции и вместе с определенным участком белковой части молекулы фермента образует так наз. активный центр, к-рый обеспечивает связь Ф. с субстратом - веществом, превращение к-рого он катализирует.

Во многих случаях небелковой частью молекулы Ф. являются производные витаминов. Так, производное витамина B1 (тиамина) тиаминдифосфат входит в состав ферментов карбоксилаз, катализирующих отщепление СО2 от нек-рых кетокислот. Витамин В2 (рибофлавин) входит в состав ряда окислительно-восстановительных Ф. Ниацин (никотиновая кислота) имеется в составе коферментов большого числа дегидрогеназ, участвующих в процессах освобождения и использования энергии в организме. Производное витамина В6 (Пиридоксина) пиридоксальфосфат является коферментом так наз. пиридоксальфосфатзависимых Ф., в т. ч. аминотрансфераз (трансаминаз), имеющих большое диагностическое значение.

В ферментах, относящихся к простым белкам, активный центр образован хим. группами аминокислотных остатков, из к-рых построен ферментный белок. Такими группами многих Ф. являются сульфгидрильные группы (SH-группы), входящие в состав аминокислоты цистеина. В активных центрах других Ф. важную роль играют гидроксильные группы (ОН-группы) аминокислоты серина. Известны и другие хим. группировки аминокислот, участвующие в образовании активного центра ферментов.

Известно ок. 2000 Ф., к-рые разделены на шесть классов в зависимости от типа катализируемой ими реакции. Это - оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы. Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции; трансферазы - реакции переноса определенных хим. групп с одного соединения на другое; гидролазы - реакции гидролиза, т. е. расщепления молекулы какого-либо вещества с участием воды; лиазы - разрыв различных хим. связей без присоединения воды (в отличие от гидролаз); изомеразы - молекулярные перестройки, т. е. изменения структуры молекулы при сохранении ее элементарного состава; лигазы, или синтетазы, - реакции синтеза, т. е. соединения друг с другом двух молекул. Внутри классов Ф. разделены на подклассы (и более мелкие группы) на основании структуры хим. групп, отличающих субстраты друг от друга.

Специфичность и механизм действия ферментов. Одним из важнейших свойств Ф. является их специфичность, к-рой не обладает большинство неорганических катализаторов. Различают специфичность по отношению к типу хим. реакции, катализируемой Ф., и специфичность по отношению к субстрату. Напр., при действии на одну и ту же аминокислоту оксидаза вызывает отщепление аммиака, декарбоксилаза - отщепление углекислоты, а аминотрансфераза - перенос аминогруппы этой аминокислоты на кетокислоту. Специфичность по отношению к субстрату иногда бывает очень высокой, практически абсолютной; в этом случае Ф. катализирует превращение одного единственного субстрата. К числу таких Ф. относятся, напр., уреаза, катализирующая гидролитическое расщепление мочевины на аммиак и углекислоту, глюкозооксидаза, окисляющая бета-D-глюкозу до глюконовой кислоты, и др. Большинство Ф. обладает так наз. групповой специфичностью по отношению к нескольким субстратам со сходным хим. строением. Стереохим. специфичность Ф. заключается в их избирательном действии на вещества, имеющие соответствующую пространственную конфигурацию молекул.

Действие Ф., как и любого катализатора, сводится к снижению энергии активации катализируемой реакции. Однако молекулярный механизм взаимодействия многих Ф. с субстратом в частностях остается еще неясным. Лишь в отдельных случаях можно описать этот механизм достаточно полно. Взаимодействие Ф. с субстратом для разных типов Ф. индивидуально. Однако существуют нек-рые общие моменты, позволяющие судить о ходе ферментативных реакций. Принята гипотеза, согласно к-рой главным во взаимодействии Ф. с субстратом является образование с очень высокой скоростью так наз. промежуточного фермент-субстратного комплекса, в дальнейшем претерпевающего изменения и в конечном счете распадающегося на продукты реакции, причем Ф. выходит из реакции в неизмененном виде.

Скорость ферментативной реакции и определение активности ферментов. Скорость любой хим. реакции, в т. ч. и ферментативной, пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Зависимость между концентрацией большинства Ф. и скоростью реакции носит прямолинейный характер, т. е. увеличение концентрации фермента в 2, 3, 4 и более раз приводит к увеличению скорости в такое же число раз. Именно на этом основаны все методы определения активности Ф. Но зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата более сложна. При низкой концентрации субстрата даже незначительное ее увеличение дает ощутимый прирост скорости реакции. А при более высокой концентрации субстрата ее дополнительное повышение на скорости ферментативной реакции почти не сказывается, т. к. весь имеющийся фермент насыщен субстратом полностью. Существуют Ф. с иным характером зависимости скорости реакции от концентрации субстрата: увеличение концентрации субстрата выше определенного предела не только не ведет к ускорению ферментативной реакции, но, напротив, подавляет ее. Это явление получило название субстратного торможения.

Для действия Ф. характерен определенный оптимум температуры. Скорость ферментативной реакции возрастает при нагревании. Однако при значительном повышении температуры Ф., как и все белки, денатурируются и теряют ферментативную активность. При понижении температуры скорость реакции замедляется, а при достаточно глубоком охлаждении реакция практически прекращается. Но охлаждение, в отличие от нагревания, не повреждает многие Ф. Даже при температуре жидкого азота (-196°) нек-рые Ф. не инактивируются и после осторожного нагревания до оптимальной температуры проявляют свое каталитическое действие в полном объеме.

Ферменты чрезвычайно чувствительны к реакции среды, от к-рой зависят многие свойства белковых молекул и, в частности, функциональное состояние тех хим. группировок, к-рые определяют электрический заряд молекулы и ее способность реагировать с субстратом. Так, скорость ферментативной реакции наиболее высока при оптимальном для каждого Ф. значении рН (см. Водородный показатель). Ф. способен проявлять свою активность лишь в определенном, часто узком интервале значений рН. Так, пепсин желудочного сока активен только в сильно кислой среде (рН ок. 2), а щелочная фосфатаза печени наиболее активна при рН 10. Однако большинство Ф. обладает максимальной активностью при так наз, физиологических значениях рН, т. е. при рН, близких к 7.

При определении активности Ф. следует учитывать все факторы, влияющие на скорость ферментативной реакции, и проводить реакцию в режимах, обеспечивающих линейную зависимость активности Ф. от его концентрации и времени. Активность Ф. оценивают по количеству субстрата, превращенного им в определенных условиях. Для этой цели определяют либо убыль субстрата, либо накопление продуктов реакции. Для выражения активности Ф. принята единица (Е). равная тому количеству Ф., к-рое при заданных условиях катализирует превращение 1 мкмоль субстрата за 1 мин. В 1972 г. Международным биохим. союзом было предложено выражать активность Ф. в каталах (сокращенно кат); 1 кат представляет собой количество фермента, к-рое превращает 1 моль субстрата за 1 с. Эта величина в 60 ООО ООО раз больше прежней единицы ферментной активности. Однако катал как единица активности Ф. не получил широкого распространения, и в литературе, как правило, продолжает использоваться ранее рекомендованная единица Е.

Когда требуется сопоставить активность разных Ф., пользуются таким понятием, как молекулярная активность Ф., к-рая свидетельствует о том, с какой скоростью повторяется участие одной и той же молекулы Ф. в цикле ферментативной реакции или сколько молекул субстрата может превратить одна молекула Ф. за 1 мин. Это число и представляет собой подлинную меру активности Ф., к-рая прежде называлась числом оборотов Ф. Разным Ф. свойственна разная молекулярная активность. Напр., для одного из наиболее активных Ф. - карбоангидразы она составляет ок. 36 ООО ООО, для каталазы - ок. 5 ООО ООО, для ацетилхолинэстеразы ок. 300 ООО, для трипсина и химотрипсина - ок. 6000 и др.

Подавление активности ферментов. Вещества, способные подавлять активность Ф., называют ингибиторами. К ним относятся и многие яды (в т. ч. пестициды), нек-рые лекарственные средства и др. Избирательность действия ингибиторов объясняется тем, что они реагируют со строго определенной хим. группировкой в активном центре Ф. Напр., соли синильной кислоты (в т. ч. цианистый калий), окись углерода, азид натрия избирательно реагируют с нек-рыми металлами, гл. обр. с железом и медью, и поэтому ингибируют многие железо- и медьсодержащие ферменты, к числу к-рых относятся так наз. дыхательные ферменты - ферменты тканевого дыхания (см. Дыхание тканевое). Соли ртути, препараты мышьяка, йодацетамид и нек-рые другие вещества специфически реагируют с сульфгидрильными группами, угнетая Ф., в состав активного центра к-рых входят SH-группы. Многие инсектициды, а также ядовитые вещества нервно-паралитического действия избирательно взаимодействуют с ОН-группой аминокислоты серина и благодаря этому резко тормозят активность холинэстеразы и нек-рых других эстераз.

Действие ингибиторов может быть обратимым или необратимым. Чем выше сродство молекулы ингибиторов к Ф., тем большее количество молекул Ф. в данных условиях будет связано ингибитором. Если путем разведения раствора или иным способом уменьшить концентрацию ингибитора, то в случае обратимого ингибирования комплекс Ф. с ингибитором начнет диссоциировать, и все большее количество свободного Ф. станет появляться в растворе. В случае необратимого ингибирования возникновение прочной хим. связи между Ф. и ингибитором делает невозможным диссоциацию комплекса фермент-ингибитор.

Клиническое значение ферментов. Известен ряд заболеваний и патол. состояний, в основе к-рых лежит недостаточность тех или иных Ф. Многие из таких нарушений являются наследственными или врожденными (см. Энзимопатии). Широко известна, напр., непереносимость молока, возникающая вследствие низкой активности или полного отсутствия в клетках слизистой оболочки кишечника фермента бета-галактозидазы, в результате чего не может произойти переваривание молочного сахара - лактозы. Примерно у одного из 15-20 тыс. детей наблюдается тяжелое наследственное заболевание, известное под названием "фенилкетонурия", или "фенилпировиноградная олигофрения". Причина его - низкая активность фермента фенилаланинмонооксигеназы, катализирующей превращение фенилаланина в тирозин. Достаточно подробно изучены врожденные болезни, связанные с недостаточностью ферментов, катализирующих расщепление гликогена (см. Гликогенозы).

К числу заболеваний, связанных с нарушением активности ферментов, следует отнести и многие гиповитаминозы (см. Витаминная недостаточность). Так, бери-бери связана с недостатком витамина В1 (тиамина), в результате чего перестает функционировать специфическая декарбоксилаза, в активный центр к-рой входит тиамин. Пеллагра обусловлена отсутствием в пище ниацина, входящего в состав коферментов многих окислительно-восстановительных ферментов. В основе отравления многими ядами также лежит поражение ферментов и ферментных систем (см. Отравления).

Определение активности Ф. в биол. жидкостях и в тканях играет значительную роль в лабораторной диагностике различных заболеваний, так наз. энзимодиагностике. В плазме Ф. не синтезируются. Они образуются в клетках разных тканей, а уже оттуда попадают в кровь, причем разные Ф. проникают через клеточные мембраны с неодинаковой скоростью. Нек-рые Ф. с большим трудом выходят из неповрежденных клеток: активность таких Ф. в плазме крови здоровых людей низка. При заболеваниях проницаемость клеточных мембран может меняться. Повышение проницаемости клеточных мембран неизбежно приводит к повышению (иногда очень значительному) активности Ф., специфичного для данного органа, в плазме крови. Напр., при инфаркте миокарда задолго до того, как наступит некроз участка миокарда, увеличивается проницаемость его клеточных мембран и в плазме крови повышается активность таких специфичных для сердечной мышцы ферментов, как креатинкиназа, аспартатаминотрансфераза, лактатдегидрогеназа и др. Особенно типичным для инфаркта миокарда является значительное повышение активности изофермента MB креатинкиназы и изофермента ЛДГ1 лактатдегидрогеназы (изоферментами, или изозимами, называют те формы Ф., появление к-рых связано с генетически обусловленными различиями в первичной структуре ферментного белка).

Диагностическое значение изменений активности Ф. в плазме крови при вирусном гепатите чрезвычайно велико. Повышение активности ряда Ф. начинает определяться на самых ранних стадиях этой болезни, когда другие ее симптомы еще не выражены. Особенно быстро на поражение печени при гепатите реагируют аминотрансферазы. Установлено, что повреждение лишь одной печеночной клетки из каждых 750 достаточно для значительного повышения активности аланинаминотрансферазы в плазме крови (см. Аминотрансферазы).

При остром панкреатите нарушается проницаемость клеточных мембран поджелудочной железы и выброс пищеварительных Ф. в кровь резко увеличивается. Наибольший практический интерес в этом смысле представляет активность амилазы (диастазы), т. к. методы ее определения просты и чувствительны. Повышение активности амилазы в сыворотке крови является одним из ранних признаков острого панкреатита. С диагностической целью определение активности Ф. производят не только в плазме крови, но и в эритроцитах, лейкоцитах, фибробластах, моче, цереброспинальной жидкости, тканях, полученных при биопсии.

Ферменты нередко используются как реактивы, с помощью к-рых определяют содержание других веществ в жидкостях и тканях организма. Напр., уреазу применяют для определения концентрации мочевины в моче и крови. Широкое распространение в лабораторной практике получил простой и специфичный метод определения концентрации глюкозы в крови и моче с помощью глюкозооксидазы.

Использованием Ф. для целей диагностики не ограничивается их роль в практической медицине. Ф. успешно применяют и для лечения нек-рых болезней. Это направление получило название "энзимотерапии" (см. Ферментные препараты).

В. И. Розенгарт.


Краткая Медицинская Энциклопедия, издательство "Советская Энциклопедия", издание второе, 1989, Москва


Поделитесь в социальных сетях:








Рейтинг@Mail.ru
Главная  Новости  Каталог  Книги  КМЭ  Форум

ТУ  Гербарий  Golkom-Balance  Golkom-Post


Copyright © 2002-2017 "Библиотека природы"
По вопросам размещения рекламы на сайте: info@golkom.ru


Rambler's Top100