Использование ферментов в медицине
Достижения энзимологии находят все большее применение в медицине, в частности в профилактике, диагностике и лечении болезней. Успешно развивается её новое направление – медицинская энзимология. Выделяются три основных направления этой науки: 1) изучение энзимопатологий (энзимопатий), то есть таких болезней, причина которых лежит в недостаточной активности или полном отсутствии какого-либо фермента; 2) энзимодиагностика – раздел науки, использующей энзимы с целью диагностик; 3) энзимотерапия основана на применении ферментов и модуляторов (активаторов и ингибиторов) их действия в качестве лекарственных средств.
Энзимопатии
В случае, если фермент не может выполнять свою функцию, говорят об энзимопатологии(энзимопатии).
Энзимопатологии (энзимопатии) – это состояния, связанные с патологическим изменением активности ферментов. Наиболее часто встречается снижение их эффективности, провоцирующее нарушение каких-либо метаболических процессов. В этих случаях клиническое значение может иметь накопление субстрата реакции (как при фенилкетонурии, сахарном диабете, гликогенозах, липидозах) или недостаток продукта (при альбинизме, паркинсонизме), или обе особенности одновременно. По характеру нарушения выделяют первичные и вторичные энзимопатии.
Первичные (наследственные) энзимопатии обусловлены генетическим дефектом, приводящим к синтезу повреждённого фермента, что снижает его активность. Например, фенилкетонурия связана с нарушением гена фенилаланин-4-монооксигеназы, которая превращает фенилаланин в тирозин. В результате накапливаются аномальные метаболиты фенилаланина, оказывающие сильный токсический эффект. Непереносимость лактозы обусловлена подавлением активности лактазы в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), накопление дисахарида грозит диареей, метеоризмом.
Кроме указанных, довольно распространенными первичными энзимопатиями являются галактоземия, различные липидозы, муковисцидоз, адреногенитальный синдром.
Сюда же относят и врождённые энзимопатологии, связанные с заболеваниями, перенесёнными женщинами в период беременности, которые отражаются на плоде. Например, эндемический зоб у мамы способен спровоцировать развитие кретинизма у младенца.
Вторичные (приобретенные) энзимопатии возникают как следствие действия различных факторов (вирусов, токсинов, бактерий, механических повреждений и т.д.) которые нарушают синтез того или иного фермента, условия его работы; например, при заболеваниях печени ухудшается мочевинообразование, и в крови накапливается аммиак (гипераммониемия) может служить примером токсической энзимопатии. Алиментарная энзимопатия может возникать при недостаточности ферментов секретов желудочно-кишечного тракта при заболеваниях желудка, поджелудочной железы или желчного пузыря. Недостатоквитаминов и их коферментных форм также является причиной приобретенных ферментопатий.
Энзимодиагностика
Энзимодиагностика – это исследование активности ферментов плазмы крови и других биологических жидкостей, клеток тканей используемое в целях диагностики тех или иных заболеваний. Примером может служить изменение активности изоферментов (лактатдегидрогеназы) в плазме крови поможет отдифференцировать заболевания сердца, печени, скелетной мускулатуры. Увеличение активности α-амилазы особенно в моче наблюдается при воспалительных процессах в поджелудочной и слюнных железах.
С другой стороны, для поражений тех или иных органов характерен специфичный "ферментативный профиль". Например, инфаркт миокарда сопровождается увеличением активности лактатдегидрогеназы, креатинкиназы, аспартатаминотрансферазы.
Специфичность ферментов к определенным субстратам нашла широкое применение в лабораторной диагностике. Многие лабораторные методы основаны на взаимодействии добавляемого извне в качестве реагента фермента с определяемым соединением. В результате возникает специфичный продукт реакции, после выявления содержания последнего судят о концентрации искомого вещества (глюкозооксидазный, холестеролоксидазныйметоды). В иммуноферментныхпробах, используют образование тройного комплекса: фермент-антиген-антитело. Исследуемое вещество не служит субстратом энзима, но является антигеном. Биокатализатор может присоединять его вблизи от активного центра. Если в среде присутствует антиген, то при добавлении антител с последующим формированием тройного комплекса эффективность работы фермента изменяется, что измеряют любым способом.
Энзимотерапия
Энзимотерапия – это использует биокатализаторы в качестве лекарственных средств.
Самыми распространенными ферментативными препаратами являются комплексы энзимов желудочно-кишечного тракта (Фестал, Панзинорм форте, Мезим форте, Энзистал и т.п.), содержащие пепсин, трипсин, амилазу и т.п., и применяемые в заместительной терапии при нарушениях пищеварительной системы.
Цитохром с – фермент, участвующий в процессах тканевого дыхания. Его применяют при асфиксии новорожденных, астматических состояниях, сердечной недостаточности, различных видах гепатита и т.п.
Тканевой энзим гиалуронидазанужна организму для обратимого изменения проницаемости межклеточного вещества. Её лекарственную форму – лидазу– вводят для размягчения рубцов, увеличения подвижности в суставах, рассасывания гематом, т.е. литические энзимы работают в необычном ракурсе, усиливая необходимый положительный эффект (вспомогательная терапия).
Рибонуклеаза и дезоксирибонуклеазавходят в состав глазных капель для лечения вирусных конъюнктивитов. При нанесении на рану они разжижают гной, при ингаляциях уменьшают вязкость слизи, деполимеризуя нуклеиновые кислоты в мокроте. Коллагеназуприменяют для ускорения отторжения некротизированных тканей, для очистки трофических язв. Трипсинингалируют при бронхолегочных заболеваниях для разжижения густой и вязкой мокроты. Фициниспользуется в фармацевтической промышленности в качестве добавки к зубным пастам для удаления зубного налета.
Весьма широко применяются в настоящее время ингибиторы протеаз (контрикал, гордокс) при панкреатитах – состояниях, когда происходит активирование пищеварительных ферментов в клетках поджелудочной железы и её протоках.
Ингибиторы холинэстеразы (физостигмин, прозерин) способствуют сохранению в синапсах нейромедиатора ацетилхолина и показаны при миастении, двигательных и чувствительных нарушениях при невритах, радикулитах, психогенной импотенции.
Препараты, содержащие ингибиторы моноаминоксидазы (наком, мадопар), предотвращают распад нейромедиаторов катехоламинов в ЦНС, сохраняют нормальную передачу сигналов в нервной системе, что используется при лечении паркинсонизма.
Ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (АПФ) (каптоприл, эналаприл и другие) применяют в качестве антигипертензивного средства, так как вызывают расширение периферических сосудов, уменьшение нагрузки на миокард за счёт угнетения активности ангиотензина, стимулирующего тонус мышечных волокон, артерий, сердца.
Аллопуринол – ингибитор ксантиноксидазы (фермента катаболизма пуринов) требуется для снижения скорости образования мочевой кислоты с последующим подавлением развития гиперурикемии и подагры.
Ингибиторы β-гидрокси-β-метилглутарил-SКоА-редуктазы – ключевого энзима синтеза холестерина (ловастатин, флувастатин, аторвастатин) единственные фармсредства, обладающие положительным эффектом в коррекции атеросклероза, заболевании сердечно-сосудистой системы, дислипопротеинемий, так как при этом подавляется продукция данного липида.
Ингибитор карбоангидразы (ацетазоламид) применяют как мочегонное средство при лечении глаукомы, отеков, эпилепсии, алкалозах и горной болезни.
Вопросы для самоконтроля:
1. Ферменты, их химическая природа, структурная организация, свойства. Сходство и отличия ферментов и небелковых катализаторов.
2. Коферменты, классификация, функции в ферментативных реакциях.
3. Классификация и номенклатура ферментов. Характеристика отдельных классов ферментов, примеры реакций.
4. Современные представления о механизме действия ферментов. Стадии ферментативной реакции, молекулярные эффекты.
5. Ингибирование ферментов. Конкурентное и неконкурентное ингибирование, примеры. Лекарственные вещества как ингибиторы ферментов.
6. Регуляция активности ферментов: белок – белковые взаимодействия, частичный протеолиз, фосфорилирование, дефосфорилирование. Аллостерический центр ферментов и аллостерическая регуляция.
Тестовые задания для оценки уровня знаний:
(Выберите один правильный вариант)
1. ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ КОНЦЕНТРАЦИИ СУБСТРАТА СКОРОСТЬ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ РЕАКЦИИ ИЗМЕНИТСЯ
1) сначала возрастает, затем не изменяется
2) непрерывно возрастает
3) сначала убывает, затем возрастает
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ ОСНОВАНА НА
1) кинетической характеристике
2) органной принадлежности
3) типе катализируемой реакции
3. ПЕПСИН ОБЛАДАЕТ СПЕЦИФИЧНОСТЬЮ
1) абсолютной
2) относительной
3) стереохимической
4. ФУНКЦИЕЙ АЛЛОСТЕРИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ФЕРМЕНТА ЯВЛЯЕТСЯ
1) связывание регуляторов
2) связывание субстрата
3) связывание кофермента
5. ФУНКЦИЕЙ КАТАЛИТИЧЕСКОГО УЧАСТКА АКТИВНОГО ЦЕНТРА ФЕРМЕНТА ЯВЛЯЕТСЯ
1) связывание субстрата
2) временное связывание регулятора
3) превращение субстрата
6. КАРДИОМИОЦИТЫ В НАИБОЛЬШЕМ КОЛИЧЕСТВЕ СОДЕРЖАТ ИЗОФЕРМЕНТ
1) ЛДГ-3
2) ЛДГ-1
3) ЛДГ-5
7. К МУЛЬТИЭНЗИМНЫМ КОМПЛЕКСАМ ОТНОСЯТ
1) a-кетоглутаратдегидрогеназа
2) изоферменты ЛДГ
3) пируваткарбоксилаза
8. НЕСПЕЦЕФИЧЕСКИЕ ИНГИБИТОРЫ СНИЖАЮТ АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТА, ВЫЗЫВАЯ:
1) связывание субстрата
2) связывание кофермента
3) изменение конформации фермента
9. КОФЕРМЕНТНЫЕ ФОРМЫ ВИТАМИНА В2
1) ФМН
2) НАД+
3) ТДФ
10. АКТИВАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ МОЖЕТ ОСУЩЕСТВЛЯТЬСЯ ПУТЁМ
1) удаления кофермента
2) ограниченного протеолиза
3) блокирования активного центра
11. КОФЕРМЕНТНАЯ ФОРМА ВИТАМИНА В3
1) пиридоксальфосфат
2) ретиналь
3) никотинамидадениндинуклеотид
12. ИЗОФЕРМЕНТЫ ОТЛИЧАЮТСЯ ДРУГ ОТ ДРУГА
1) числом субъединиц
2) тканевой локализацией
3) катализируемой реакцией
Варианты правильных ответов на контрольные тесты
| № вопроса | ||||||||||||
| Ответ |
СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ
Приложение № 1