Аналитические основы энзимологических исследований в клинико-диагностической лаборатории
Ферменты
Ферменты (или энзимы) - это белковые вещества, обладающие специфическими свойствами катализировать течение химических превращений в организме.
Общая характеристика
Почти все ферменты являются белками. На сегодняшний день известно более 2-х тысяч ферментов, и количество их продолжает увеличиваться.
Все ферменты белков делятся на простые и сложные. Первые состоят только из белка, а вторые – из белковой (апофермент) и небелковой (кофермент) части. Коферментами могут быть витамины групп В, Е, К.
Принято условно разделять все ферменты на шесть групп. Их разделяют по характеру реакций, которые они производят в клетках организма, являясь катализаторами при переносе химических групп с одной молекулы на другую.
В любой клетке процесс расщепления или синтеза вещества, как правило, состоит из нескольких этапов или химических операций.
Таким образом, отдельный фермент выполняет определенную операцию
Механизм работы ферментов
Каждую операцию в клетках организма выполняет отдельный фермент. Группы таких ферментов составляют своего рода биохимический конвейер. Кроме того каждый фермент представляет собой своеобразную молекулярную машину. Принцип работы, заложенные в этой биологической молекулярной машине, подобен принципам, лежащим в основе современной техники, в создании автоматических устройств.
Фермент узнает свой субстрат, присоединяет его и ускоряет его превращение, благодаря определенной пространственной структуре молекулы ферментного белка и определенному расположению аминокислот в этом белке.
|
|
|
Еще одним важным свойством фермента является то, что он способен количественно определять продукт на выходе (после переработки с помощью фермента), и в соответствии с полученной информацией тормозить (если такого продукта слишком много), или, наоборот усиливать действие начального фермента (если продукта мало). Это обратные связи, которые обеспечивают саморегуляцию. Так регулируется большинство биохимических процессов.
Основные функции
Главной функцией фермента в организме является обеспечение быстрого протекания биохимических реакций, т.к. он является катализатором.
В каждой живой клетке непрерывно происходят сотни биохимических реакций. В ходе этих реакций идут распад и окисление поступающих извне питательных веществ. Клетка использует энергию, полученную вследствие окисления питательных веществ. Продукты их расщепления служат для синтеза необходимых клетке органических соединений, а быстрое протекание таких биохимических реакций обеспечивают ферменты - катализаторы.
|
|
|
Так, уреаза - фермент катализирует расщепление мочевины, глюкозо-6-фосфатаза катализирует отщепление фосфата от глукозо-6-фосфата, липаза – расщепляет жиры в пищеварительном тракте (а также внутри клетки), амилаза - фермент, расщепляющий крахмал или гликоген.
Каждая молекула фермента способна осуществлять от нескольких тысяч до нескольких миллионов операций в минуту. В ходе этих операций ферментный белок не расходуется. Он соединяется с реагирующими веществами, ускоряет их превращения и выходит из реакции неизменным.
Классификация ферментов
Классификация ферментов в зависимости от типа реакции:
1. Оксидоредуктазы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.
2. Трансферазы, катализирующие реакции межмолекулярного переноса различных химических групп и остатков.
3. Гидролазы, катализирующие реакции гидролиза внутримолекулярных связей.
4. Лиазы (синтазы), катализирующие расщепление или образование связи без участия окисления или гидролиза
5. Изомеразы, катализирующие реакции изомеризации.
6. Лигазы (синтетазы), катализирующие реакции присоединения, сопряженные с разрывом макроэргической связи в АТФ или ГТФ, ЦТФ, УТФ, ТТФ.
Классификация ферментов по локализации:
|
|
|
1. плазмаспецифические - функционирующие внутри кровеносных сосудов - плазменные факторы свертывающей и противосвертывающей системы;
2. секреторные - ферменты ЖКТ;
3. внутриклеточные ферменты; составляют большинство.
Внутриклеточные ферменты встраиваются в различные клеточные органеллы. В ядре клетки локализуются ферменты, участвующие в передаче наследственной информации; в рибосомах - ферменты, участвующие в реакциях биосинтеза белка (синтетазы); в лизосомах локализуются протеолитические ферменты, обеспечивающие переваривание инородных частиц, попадающих в клетку, а также самопереваривание клетки при ее старении (это кислые РНК- и ДНК-азы, кислая фосфатаза, катепсины, гиалуронидаза и др.)
В митохондриях локализуются окислительно-восстановительные ферменты цикла Кребса, цитохромоксидаза, ферменты окислительного фосфорилирования и распада жирных кислот. В цитоплазме концентрируются ферменты гликогенеза, ферменты биосинтеза жирных кислот, синтеза мочевины. В клеточной мембране находятся ферменты, катализирующие процессы транспорта различных веществ через мембраны.
В патологии, при повреждении клеточных структур (при воспалительном процессе, когда нарушается нормальная проницаемость клеточных мембран, либо за счет некроза клеток) происходит усиленный выход в кровь клеточных ферменов. За счет этого в крови определяется повышенная их активность. Исключением является только холинэстераза, активность которой при патологии снижается.
|
|
|
Внутриклеточную топографию ферментов важно знать для постановки правильного диагноза и определения прогноза заболевания. Например, высокая активность трансаминаз с преобладанием АЛАТ над АСАТ на фоне соответствующей клиники служит одним из достоверных лабораторных критериев в диагностике гепатитов. Если же над АЛАТ начинает преобладать АСАТ, то это является грозным сигналом осложнения гепатита, возможности его перехода в цирроз. АЛАТ концентрируется в цитоплазме, а АСАТ, большей частью, в митохондриях, т.е. значительно глубже упакована в клетке, чем АЛАТ. Поэтому при воспалении гепатоцита и нарушении проницаемости его мембраны, прежде всего повышается в крови АЛАТ. При циррозе печени, когда происходит более глубокое повреждение печеночной ткани с разрушением гепатоцитов, разрушаются митохондрии, выбрасывая в кровь всю имевшуюся в них АСАТ. В результате АСАТ преобладает над АЛАТ.
По диагностической ценности все ферменты подразделяются:
1. неспецифические - катализируют химические превращения в большинстве тканей. Их активность определяется практически на всех уровнях организма, например, амилаза, липаза, трансаминазы.
2. органоспецифические - повышение их активности в сыворотке крови с достоверностью говорит о повреждении паренхимы данного органа.
Аналитические основы энзимологических исследований в клинико-диагностической лаборатории
Основным биологическим материалом для исследования активности ферментов в клинике является сыворотка крови. Правила забора такие же, как и для других биологических исследований. Хранение сыворотки, как правило, сопровождается снижением активности ферментов. Для большинства из них активность не изменяется при комнатной температуре в течение 6-8 часов, при 40С - около недели, в замороженном состоянии - в течение месяца. Следует учитывать, что многие антикоагулянты способны ингибировать активность ферментов.
Активность ферментов в сыворотке крови превышает таковую в плазме из-за выделения в процессе свертывания и ретракции сгустка содержащихся в тромбоцитах биологически активных веществ, влияющих на ферменты плазмы крови. Более того, при лизисе эритроцитов в сгустке находящиеся в них ферменты переходят в сыворотку крови. Этим объясняется большая активность ЛДГ у практически здоровых людей в сыворотке, чем в плазме крови.
Методы определения ферментов в биологическом материале имеют свою специфику, которая обусловлена очень низкой концентрацией ферментов в тканях. Обычными методами количественного анализа, используемыми в КДЛ, эту концентрацию измерить невозможно. Поэтому о количестве ферментов судят косвенно, по скорости катализируемой ими реакции, что пропорционально количеству преобразованного субстрата, либо количеству образовавшегося продукта реакции, т.е. определяется активность фермента.
Активность ферментов принято обозначать количеством преобразованного им субстрата (образовавшегося продукта) в пересчете на 1л биологического материала за определенную единицу времени.
За одну единицу активности фермента международный биохимический союз предлагает назвать то количество молей субстрата, которое превращает энзим за 1 секунду. Эта единица называется катал.
Повышение активности ферментов в плазме (сыворотке) крови при целом ряде заболеваний связно, прежде всего, с цитолизом (увеличением проницаемости плазматической мембраны, мембран лизосом и некрозом клеток и последующим выходом энзимов из поврежденных органов и тканей в кровяное русло). При этом содержание и активность ферментов в поврежденном органе снижается, а в сыворотке (плазме) крови повышается. Полагают, что благодаря общей реакции организма ферменты переходят в плазму не только из поврежденного органа, но также и других органов и тканей, не затронутых патологическим процессом.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 164; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!