2.Номенклатура и классификация ферментов.

Номенклатура: 1)Тривиальные названия ферментов (пепсин, трипсин, химотрипсин).

2) Название субстрата + суффикс –аза (липиды – липаза, сахароза – сахараза, мальтоза – мальтаза).

3) По типу кат. реакции (дегидрирование – дегидрогеназа, карбоксилирование – карбоксилаза).

Основой классификации ферментов служит тип катализируемой реакции. Согласно данной классификации ферменты делят на шесть классов:

1. Оксидоредуктазы. Катализируют различные ОВР с участием 2 субстратов (перенос е^- или атомов водорода с одного субстрата на другой).Систематическое наименование ферментов составляют по формуле «донор: акцептор-оксидоредуктаза», рабочее - «субстрат-подкласс оксидоредуктаз».

Д егидрогеназы. В этот подкласс входят ферменты, катализирующие реакции дегидрирования (отщепления водорода). В качестве акцепторов электронов используются коферменты NAD⁺, NADP⁺, FAD, FMN. Все ферменты этой группы обладают высокой субстратной специфичностью.

О ксидазы. Акцептором электрона служит молекулярный кислород. Пример реакции, катализируемой цитохромоксидазой:

Оксигеназы (гидроксилазы) - атом кислорода из молекулы кислорода присоединяется к субстрату.

2.Трансферазы. Катализируют перенос функциональных групп от одного соединения к другому. Подразделяют в зависимости от переносимой группы. Название этих ферментов составляют по формуле «донор:акцептор- транспортируемая группа -трансфераза». К классу трансфераз относят аминотрансферазы, ацилтрансферазы, метил-трансферазы, гликозилтрансферазы, киназы (фосфотрансферазы).

3.Гидролазы. Катализируют реакции гидролиза (расщепления ковалентной связи с присоединением молекулы воды по месту разрыва). Подразделяют в зависимости от расщепляемой связи. Наименование ферментов составляют по формуле «субстрат-гидролаза» или прямым присоединением к названию субстрата суффикса «аза», например протеаза, липаза, фосфолипаза, рибонуклеаза. Это ферменты ЖКТ (сахараза, амилаза и т.д.)

Для отдельных классов гидролаз применимы специальные термины, характеризующие гидролиз определённой химической связи: эстеразы (кат. реакции гидролиза и синтеза сложных эфиров), фосфатазы и пептидгидролазы (кат. гидролиз фосфоангидридных и пептидных связей), амидазы и др.

4. Лиазы - ферменты, отщепляющие от субстратов негидролитическим путём определённую группу (при этом могут отщепляться СО₂, Н₂О, NH₂, SH₂ и др., т.е. разрывает связи С-О, С-С, С-N) или присоединяющие чаще всего молекулу воды по двойной связи.

Наименование ферментов составляют по формуле «субстрат-отщепляемая или присоединяемая группировка». Например: декарбоксилаза.

5. Изомеразы. Катализируют взаимопревращения оптич. и геометр. изомеров. Подразделяют в зависимости от типа реакции изомеризации. Название «субстрат-цис,транс-изомераза». Изомеразы могут катализировать внутримолекулярные окислительно ОВР, осуществляя взаимопревращения альдоз и кетоз, кетонных и енольных групп, перемещения двойных связей внутри молекулы. Когда изомеризация состоит во внутримолекулярном переносе группы, фермент называют «мутазой».

Относятся: 1) рацеазы и эпимеразы, действующие на амино- и оксик-ты, углеводы;

2) внутримол. оксидоредуктазы, кат. взаимопревращения альдоз и кетоз.

3) внутримол. трансферазы, переносящие ацильные, фосфорильные и др. группы.

6. Лигазы (синтетазы). Катализируют реакции присоединения друг к другу двух молекул с образованием ковалентной связи. Этот процесс сопряжён с разрывом фосфоэфирной связи в молекуле АТФ (или других нуклеозидтрифосфатов) или с разрывом макроэргических связей других соединений. В первом случае (при использовании энергии гидролиза АТФ) такие ферменты называют лигазами, или синтетазами. В случае, когда источником энергии служит любое другое макроэргическое соединение (не АТФ), ферменты называют синтазами.

* 3. Значение определения активности ферментов в диагностике и прогнозе заболеваний.

Для каждой ткани (органа) характерен определённый ферментный состав (маркерные ферменты). Для сердечной мышцы маркерными ферментами являются - аспартатаминотрансфераза (АсТ), креатинкиназа; для печени – аланинаминотрансфераза (АлТ); для предстательной железы – кислая фосфатаза ( КФ); для костной ткани – щелочная фосфатаза (ЩФ), для ПЖЖ – α-амилаза и т.д.

При заболеваниях, сопровождающихся некрозом, маркерные (органоспецифичные) ферменты из повреждённых клеток в большом количестве поступают в кровь, и уровень их активности увеличивается, возникает гиперферментемия. Определение уровня активности маркерных ферментов в сыворотке крови имеет клиническое значение в диагностике и прогнозе ряда заболеваний.

1) Так, при инфаркте миокарда увел. уровень активности АсТ, креатиназы; вирусном гепатите – АлТ; раке предстательной железы – кислой фосфатазы; при заболеваниях ПЖЖ – α-амилазы и т.д.

2) При отсутствии или недостатке тех или иных ферментов, связанных с мутацией гена, ответственного за синтез белка – фермента, возникают наследственные энзимопатии.

3) При фенилпировиноградной олигофрении отсутствует фермент гидроксилаза, катализирующая превращение аминокислоты фенилаланина в тирозин. Это приводит к повышению уровня фенилаланина в крови и моче, кроме того, из фенилаланина образуется фенилпировиноградная кислота, что оказывает токсическое действие на центральную нервную систему, в результате чего развивается слабоумие.

4) При галактоземии отсутствует фермент галактозо-1-фосфат-уридилтрансфераза, катализирующий превращение галактоза-1-фосфат в глюкоза-1-фосфат. Это является причиной увеличения галактозы и галактоза-1-фосфат в крови, что сопровождается у детей грудного возраста рвотой, диареей, вздутием живота и т.д.

5) ЛДГ. Каждая ткань имеет определенный изоферментный спектр ЛДГ: в сердечной мышце – ЛДГ_1,2; в печени, скелетных мышцах – ЛДГ_4,5. Повышение активности ЛДГ1,2 наблюдается при инфаркте миокарда; ЛДГ_4,5 – при заболеваниях печени (гепатит, цирроз).

* 4. Применение ферментов в качестве лечебных препаратов.

Некоторые ферменты применяют в качестве лечебных препаратов:

• Заместительная энзимотерапия эффективна при желудочно-кишечных заболеваниях, связанных с недостаточностью секреции пищеварительных соков. Например, пепсин используют при ахилии, гипо- и анацидных гастритах. Дефицит панкреатических ферментов также в значительной степени может быть компенсирован приёмом внутрь препаратов, содержащих основные ферменты поджелудочной железы (фестал, энзистал, мезим-форте и др.).

• Протеолитические ферменты (трипсин, химотрипсин) применяют при местном воздействии для обработки гнойных ран с целью расщепления белков погибших клеток, для удаления сгустков крови или вязких секретов при воспалительных заболеваниях дыхательных путей.

• Фибринолизин, стрептокиназа, стрептолиаза, урокиназа – для предотвращения тромбообразования при пересадке органов и других операциях;

• Фермент гиалуронидазу (лидазу), катализирующий расщепление гиалуроновой кислоты, используют подкожно и внутримышечно для рассасывания контрактур рубцов после ожогов и операций (гиалуроновая кислота образует сшивки в соединительной ткани)

• Аспарагиназа применяется при лечении некоторых злокачественных образований (лейкозов). Предпосылкой антилейкемического действия аспарагиназы послужило обнаружение в лейкозных клетках дефектного фермента аспарагинсинтетазы, катализирующего реакцию синтеза аспарагина. Лейкозные клетки не могут синтезировать аспарагин и получают его из плазмы крови. Если имеющийся в плазме аспарагин разрушать введением аспарагиназы, то в лейкоз-ных клетках наступит дефицит аспарагина и в результате - нарушение метаболизма клетки.

• Ферментные препараты рибонуклеазу и дезоксирибонуклеазу используют в качестве противовирусных препаратов при лечении аденовирусных конъюнктивитов, герпетических кератитов.

*5. Энзимопатии.

Энзимопатии – наследственные заболевания, связанные с мутацией гена, ответственного за синтез белка фермента.

Различают первичные (наследственные) и вторичные (приобретённые) энзимопатии. Приобретённые энзимопатии наблюдаются при всех болезнях. При первичных энзимопатиях дефектные ферменты наследуются, в основном, по аутосомно-рецессивному типу. Гетерозиготы, чаще всего, не имеют фенотипических отклонений. Первичные энзимопатии обычно относятся к метаболическим болезням, т.к. происходит нарушение определённых метаболических путей.

1) Галактоземия – наследственное заболевание, при котором наблюдается ненормально высокая концентрация галактозы в крови. Болезнь развивается в результате наследтсв. дефекта синтеза фермента гексозо-1-фосфат-уридилтрансферазы, катализирующего превращение галактозы в легкометаболизируемую глюкозу.

Схема: нет галактозо-1-фосфата → нет превращения в глюкозу-1-фосфат → увел. галактоза и галактозо-1-фосфат в крови → рвота, диарея, вздутие.

2) Фенилкетонурия – заболевание, сопровождающееся расстройством псих. деятельности. Причина – потеря клетками печени способности синтезировать гидроксилазу, катализирующую превращение фенилаланина в тирозин.

Схема: нет гидроксилазы → фенилаланин не превращ. в тирозин → повышение фенилаланина в крои и моче + образуется фенилпировиноградная кислота → токсичное воздействие на ЦНС → слабоумие.