Медицинская литература |
Популярная медицинская энциклопедияРаздел: Медицина |
|
Основным отличием ферментов от химич. катализаторов является высокая специфичность их действия, т. е. каждый фермент действует на вполне определенное вещество или на химич. связь строго определенного типа. Напр., фермент лак-таза расщепляет только молочный сахар — лактозу с образованием глюкозы и галактозы, а амилаза действует только на полисахариды — гликоген и крахмал (см. Углеводы). Высокая специфичность Ф. играет важную биологич. роль, т. к. благодаря этому свойству ф. в организме происходит последовательное расщепление сложных веществ до более простых, к-рые или всасываются в кишечнике, или выводятся из организма. Напр., белки пищи вначале расщепляются протеолитпческими Ф.— пепсином, трипсином и химотрипсином на крупные фрагменты полипептидной природы. Эти полипептиды в кишечнике под действием Ф. пептидаз расщепляются до аминокислот, к-рые всасываются в кровь и разносятся кровотоком в различные органы, где используются для синтеза белков, специфичных для данного организма. Первый ферментный препарат (экстракт из проростков ячменя, способствующий превращению крахмала в сахар) был получен в 1814 г. академиком Петербургской академии наук К. С. Кирхгофом. Позднее активное начало этого экстракта получило название фермента диастазы или амилазы. Работы К. С. Кирхгофа послужили основой для использования Ф. в пищевой промышленности — получения патоки и глюкозы из крахмала. В течение длительного времени не удавалось выделить Ф. в виде индивидуальных веществ, поэтому химич: природа их была неизвестна. Значительным стимулом к исследованиям в этом направлении явились работы русского биохимика А. Я. Данилевского, к-рый впервые разделил амилазу и трипсин сока поджелудочной железы. Предложенный А. Я. Данилевским метод адсорбции (связывания) Ф. на гидроокиси алюминия послужил основой для дальнейших разработок препаративных методов получения очищенных препаратов индивидуальных Ф. В конце 20-х гг. 20 в. амер. биохимиками Д. Самнером и Д. Нортропом впервые были получены в кристаллич. виде Ф. уреаза и пепсин. Эти работы, окончательно доказавшие белковую природу Ф., послужили началом нового этапа в развитии препаративной химии Ф. В настоящее время известно свыше полутора тысяч Ф., из к-рых более ста получены в крп-сталлич. состоянии, т. е. в наиболее очищенном виде.
Как и все белки, Ф. состоят из 20 аминокислот, соединенных в молекуле каждого Ф. в определенной последовательности в так наз. полипептидную цепь. Порядок чередования аминокислот в полипептидной цепи характерен для каждого данного Ф., именно этот порядок чередования обусловливает первичную структуру белковой молекулы. Полипептидная цепь в свою очередь свернута в виде спирали, форма к-рой определяет вторичную структуру молекулы белка-фермента. Нек-рые Ф., построенные из нескольких полипептидных цепей, имеют четвертичную структуру. В этом случае полипептидные цепи представляют собой отдельные глобулы, так наз. субъединицы Ф., соединенные в единую белковую молекулу химич. связями различных типов. Правильность этих представлений о структуре Ф. была, подтверждена лабораторным синтезом ферментных белков. Часть молекулы Ф., принимающая непосредственное участие в процессе катализа, т. е. в реакции преобразования вещества (или субстрата), на к-рое действует Ф., получила название каталитического участка. Кроме того, на поверхности ф. имеется особый участок, к к-рому прикрепляется субстрат,— так наз. контактная площадка. Каталитический участок и контактная площадка вместе образуют активный центр Ф. Часто в состав активного центра входят ионы различных металлов (у металлоферментов). В зависимости от типа катализируемой реакции в соответствии с рекомендациями Комиссии по номенклатуре ферментов (1972 г.) все Ф. разделены на шесть основных классов. Многие Ф. имеют молекулярные формы (разновидности), так наз. нзофер-менты (изоэнзимы), к-рые характеризуются одним типом субстратной специфичности, но различаются по ряду физ.-хим. свойств. Ф., как и все белки, могут быть простыми н сложными. Молекула сложных Ф. состоит из двух компонентов: белкового (апофермента) и небелкового — простетической группы; в тех случаях, когда простетическая группа легко отделяется от апофермента, она называется кофактором или кофермен-том. Коферментами могут являться углеводы, нуклеотиды, ионы различных металлов н другие соединения, а также витамины или их производные (известно св. 150 Ф., коферментами к-рых являются витамины). При авитаминозах и гиповитаминозах нарушается функционирование многих ферментных систем, что приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности всего организма. Содержание подавляющего большинства Ф. в органах и тканях настолько мало, что делает затруднительным определение их содержания в абсолютных количественных величинах (напр., в миллиграммах). Поэтому о содержании ф. в том или ином органе судят по его активности. За единицу активности Ф. принимается такое его количество, к-рое в одну минуту катализирует превращение определенного количества субстрата- Активность Ф. в биологич. жидкостях, напр, в сыворотке крови, принято выражать в единицах активности на 1 мл жидкости. Действие ф. зависит от ряда факторов, среди к-рых наиболее важны температура и реакция среды (величина рН среды). Температурный оптимум действия Ф. лежит в пределах 38— 60°. При дальнейшем повышении температуры Ф., как правило, денатурируются и в связи с этим инактивиру-ются. Однако нек-рые Ф. (напр., ри-бонуклеаза, миокиназа) выдерживают нагревание до 100°. Для большинства Ф. человека и теплокровных животных оптимум действия наблюдается при 37—38°, т. е. при температуре тела. Широкие границы температурного оптимума для Ф. связаны с приспособительными и защитными функциями организма при состояниях, сопровождающихся повышением общей температуры тела (лихорадка, различного рода инфекции и т. д.). Зависимость активности Ф. от температуры используется в медицинской практике, в частности в хирургии, для управления ходом химических реакций процессов обмена при нек-рых экстремальных (неотложных) состояниях. Так, напр., при сложных оперативных вмешательствах, требующих временного отключения кровоснабжения оперируемых органов (напр., операции на сердце, мозге и крупных сосудах), в этих тканях возникает кислородная недостаточность, к-рая может привести к тяжелым, а иногда и необратимым осложнениям (см. Гипоксия). В этих з'словиях необходимо замедлить интенсивность обменных процессов, чтобы снизить потребление кислорода клетками. Это возможно при снижении активности Ф., в частности за счет снижения общей температуры организма. Для этих целей хирургами предложен метод гипотермии, когда путем охлаждения тела больного добиваются снижения скорости ферментативных реакций, замедления обмена веществ, а следовательно, потребления кислорода. Т. о. предотвращается кислородное голодание тканей, что особенно важно для мозга — органа, наиболее чувствительного к недостатку кислорода. Большинство Ф. активно при нейтральной реакции среды, т. е. при физиология, значениях рН (ок. 7,0). В кислой и щелочной среде они инактивируют-ся. Исключение составляют пепсин и нек-рые тканевые протеолитические ф. (напр., катепсин D), к-рые действуют в кислой среде, а также трипсин, к-рый наиболее активен при щелочных значениях рН (ок. 8,0). Кроме температуры и величины рН среды, на активность Ф. влияют различные вещества, к-рые могут усиливать (активаторы) или тормозить (ингибиторы) действие Ф. Активаторами Ф. могут быть различные неорганич. ионы, в первую очередь ионы различных металлов. Нарушение действия Ф. может также наступать при недостатке в организме витаминов, большинство к-рых является коферментами. Так, напр., кофер-ментом пируватдегидрогеназы, катализирующей окислительное превращение пировиноградной к-ты, является витамин Bi (тиаминпирофосфат). При недостатке витамина Bi происходит накопление пировиноградной к-ты в тканях организма, в первую очередь в ткани мозга. Этим объясняется развитие при авитаминозе Bi расстройств функций нервной системы (невриты, параличи и др.). Тиаминпирофосфат известен также под названием кокарбоксилазы, получившей широкое применение в клинике при лечении и профилактике аритмий сердца. В нормальных физиологич. условиях активность Ф. в биологич. жидкостях, в первую очередь в сыворотке крови, относительно низка по сравнению с их активностью в тканях. При ряде заболеваний и неблагоприятных воздействиях на организм, сопровождающихся нарушением структуры клеток и проницаемости клеточных мембран, Ф. тканей поступают в большом количестве в кровь — развивается так наз. ги-перферментемия. Основой гиперфер-ментемии часто является также увеличение синтеза Ф. При изменении оптимальных условий действия Ф. под влиянием различных факторов (радиации, хиыич. веществ, вирусов, бактерий и т. д.) наблюдается снижение активности Ф. в крови. Свойство Ф. чутко реагировать на различные воздействия используется в клинике в диагностич. целях. Наиболее широкое применение получили методы определения активности Ф. в сыворотке крови. Ценность этих методов заключается в том, что они могут помочь диагностировать заболевание на самых ранних стадиях его развития. Увеличение активности альдолазы в сыворотке крови наблюдается при эпидемическом гепатите, а характерные сдвиги в соотношении активности двух аминотрансфераз в сыворотке крови позволяют диагностировать на разных стадиях инфаркт миокарда и инфекционный гепатит. При мышечных дистрофиях отмечается значительное увеличение в сыворотке крови активности креа-тинкиназы. Большое значение при диагностике заболеваний почек имеет определение активности трансамидиназы. Определение активности фермента ли-зоцима в биологич. жидкостях используют для диагностики лейкемии и нек-рых заболеваний почек (напр., гломерулонефрита, невротического синдрома). Особенно большую популярность среди клиницистов получили методы определения количественного и качественного состава изоферментов различных Ф. Так, напр., характерные количественные и качественные изменения изоферментов лактатдегидрогена-зы (ЛДГ) имеют место при инфаркте миокарда и инфекционном гепатите. Определение изоферментного спектра ЛДГ успешно применяют тогда, когда необходимо дифференцировать инфаркт миокарда и эмболию (закупорку) легочной артерии. Ф. нашли применение не только в диагностике заболеваний, но и при лечении нек-рых из них (так наз. энзимо-терапия). Улсе вскоре после открытия пепсина его стали применять как лекарственное средство при нарушении пищеварения. Довольно успешно применяются в клинике препараты трипсина и химотрипсина в качестве противовоспалительных и противоотечных средств. Хорошо зарекомендовал себя фермент плазмин, особенно в комбинации с гепарином. Широкое применение в клинике нашли препараты гиа-луронидазы (лидазы, ронидазы) для лечения процессов, связанных с разрастанием соединительной ткани при образовании так наз. келоидных рубцов. С этой же целью используются препараты коллагеназы, получаемой из бактерий и обладающей высокой протеолитич. активностью по отношению к коллагеновым волокнам соединительной ткани. Этот фермент предотвращает образование грубых обезображивающих рубцов. Для лечения нек-рых воспалительных заболеваний, а также в акушерской практике применяется лизоцим. С лечебной целью используются и ингибиторы Ф.: е-аминокапроновая к-та, трасилол и др. Ф. нашли самое широкое применение в практич. деятельности человека, в частности в легкой, пищевой и химич. промышленности. Применение препаратов амилазы из грибков-аспергиллов (плесеней) на 30% ускоряет созревание теста и позволяет вдвое уменьшить расход сахара на выпечку хлебных изделий высших сортов. Амилаза плесени широко используется в пивоваренной и спиртовой промышленности. При изготовлении плодово-ягодных соков и в виноделии используют фермент пекти-назу. Для того чтобы мясо сделать более мягким и нежным, используют препараты различных протеолитических Ф. растительного, микробного и животного происхождения. В кожевенном производстве для ускорения процессов освобождения шкур от волосяного покрова и размягчения кож также применяются препараты протеолитических Ф. из плесневых грибков, бактерий и растений, а в сельск. хозяйстве при силосовании кормов для повышения их биологич. ценности используют препараты амилазы. Количество примеров применения Ф. в народном здравоохранении, в сельск. хозяйстве, в промышленности и т. д. продолжает расти. См. также Биохимия |
ОГЛАВЛЕНИЕ КНИГИ: "Популярная медицинская энциклопедия"
Смотрите также:
Медицинская энциклопедия "Справочник фельдшера" Внутренние болезни Инфекционные болезни "Физиология человека" "Лекарственные препараты" Журнал Здоровье Твоё здоровье (Знание) Домашний доктор Семейная энциклопедия Здоровая семья Бенджамин Спок "Разговор с матерью" Вирусы гриппа и грипп Энциклопедия народного целительства Домашний лечебник Лечебник Энциклопедия самолечения. Лечимся дома природными средствами
©2009 Saxum.ru – электронная библиотека медицинской литературы |