Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство здравоохранения Республики Беларусь

Витебский государственный Ордена Дружбы Народов медицинский университет

Реферат

По дисциплине: Общая и клиническая биохимия

Тема: Энзимология

Выполнила:

Студентка 2 курса

Спец. Лечебное дело, ФПИГ

47 группа

Преподаватель: Доц. Телепнёва Е.Ю.

Витебск,2015

Введение

Энзимология - (энзим + греч. logos учение, наука) - раздел биохимии, изучающий строение, каталитические свойства ферментов,механизм их действия и молекулярную структуру.

Энзимология занимается решением проблемы очистки и препаративного выделения ферментов, их классификацией, изучением кинетики ферментативного катализа, специфичности, ингибирования и активации ферментов, исследованием их кофакторов, а также процесса биосинтеза ферментов, их биологии, практического применения, в т.ч. для энзимодиагностики и энзимотерапии.

К настоящему времени получены убедительные доказательства, что современная биология и медицина говорят на языке энзимологии и что возможности применения ферментов в медицине теоретически безграничны.

Основная задача медицинской биохимии заключается в выяснении компенсаторных механизмов нарушенных этапов метаболических процессов в клетке и способов управления этой компенсацией.

Задачи и направления энзимологии

Успешно развивается новое направление энзимологии - медицинская энзимология, которая имеет свои цели и задачи, специфические методологические подходы и методы исследования. Медицинская энзимология развивается по трем главным направлениям: энзимопатологии, энзимодиагностики и энзимотерапии.

Область исследований энзимопатологии является теоретической,фундаментальной частью патологии. Она призвана изучать молекулярные основы развития патологического процесса, исходя из данных о нарушениях механизмов регуляции активности или синтеза индивидуального фермента или группы ферментов.Энзиматические нарушения в той или иной степени сопровождают любой патологический процесс в организме.Наиболее ярким примером этого могут быть молекулярные болезни, называемые также наследственные энзимопатии. Это генетически обусловленные нарушения биосинтеза какого-либо фермента, когда в тканях не продуцируется один из жизненно важных энзимов, и организм утрачивает «ключи» от определенного звена метаболизма, что становится несовместимым с нормальной жизнедеятельностью. В основе таких нарушений лежит мутация какого-нибудь гена, кодирующего определенный фермент. Под контролем мутантного гена синтезируется дефектный фермент, у которого в том или ином ключевом участке полипептидной цепи может стоять «неправильная» аминокислота; кроме того, какой-нибудь аминокислотный остаток может быть утрачен или, наоборот,включен в полипептидную цепь. В одних случаях такой наследственно измененный фермент неактивен вообще, а в других проявляет лишь часть присущей ему активности, поскольку характерное для него значение Кm (или Vmax) не соответствует норме. Большинство наследственных энзимопатий сопровождается накоплением промежуточных продуктов обмена. При некоторых заболеваниях такого рода нарушается нормальное развитие нервной ткани, что приводит к умственной отсталости. Примером может являться фенилпировиноградная олигофрения (фенилкетонурия). Этот аферментоз,катализирующей первый этап фенилаланин-тирозинового метаболического пути, а именно гидроксилирование фенилаланина до тирозина, встречается у одного ребенка на каждые 15 000-20 000 обследованных. Нормальное умственное развитие такого ребенка зависит от ранней диагностики и своевременного назначения специальной диеты. энзимология фермент биосистема молекулярный

Энзимодиагностика развивается по двум путям. Один путь - использование ферментов в качестве избирательных реагентов для открытия и количественного определения нормальных или аномальных химических веществ в сыворотке крови, моче, желудочном соке и др. Другой путь - открытие и количественное определение самих ферментов в биологических жидкостях при патологии. Оказалось, что ряд ферментов появляется в сыворотке крови при распаде клеток (отсюда их название «некротические ферменты»).

Для диагностики органических и функциональных поражений органов и тканей широко применяются отдельные ферментные тесты, выгодно отличающиеся от других химических диагностических тестов, используемых в клинике, высокой чувствительностью и специфичностью. Известно около 20 тестов, основанных на количественном определении активности ферментов (и изоферментов), главным образом в крови (реже в моче), а также в биоптатах (кусочки тканей, полученные при биопсии). В практическом плане энзимологические тесты должны помогать в ранней постановке и дифференциации диагноза, информировать о возможном исходе болезни и эффективности применяемой терапии. Теоретические аспекты медицинской энзимологии сводятся, в основном, к выяснению наиболее полной и достоверной картины патогенеза и этиологии заболевания, т.е. в конечном итоге к познанию молекулярных механизмов нарушений метаболических процессов.

Успехи клинической энзимологии позволяют в настоящее время получить ценные и многосторонние показатели для диагностики заболевания. Однако для правильной интерпретации результатов проведенных исследований обязательным является сопоставление энзимопоказателей с клинической картиной болезни в целом. В большинстве случаев биохимические тесты не определяют, а только подкрепляют и обосновывают поставленный диагноз. При оценке выявленных нарушений необходима определенная осторожность, так как один и тот же энзиматический сдвиг может являться звеном патогенетической причинной цепи или характеризовать вторичные механизмы, сопутствующие данной форме патологии или, наконец, быть связанным со стереотипной, неспецифической реакцией организма на заболевание, такой, как реакция стресса.

В связи с этим весьма ответственным моментом в энзимодиагностике является правильный выбор ферментативного теста или комплекса того,что и как определять. В большинстве случаев клиницисты используют в энзимодиагностике комплекс прямых и косвенных методов исследования ферментов. Иногда появление в крови фермента, в норме в ней отсутствующего, позволяет сразу обнаружить поврежденный орган. Это возможно в том случае, когда фермент присутствует только в одном органе. Однако таких высокоорганоспецифичных ферментов очень мало. Несколько больше ферментов, обнаруженных в двух органах или тканях. Большинство же ферментов широко распространены в организме, что затрудняет выяснение источника их происхождения. Следует отметить, что из огромного числа ферментов (более 3500),открытых в природе (частично и в организме человека), в диагностической энзимологии используется лишь ограниченный набор ферментов и для весьма небольшого числа болезней (гепатиты, инфаркт миокарда, органические поражения почек, поджелудочной железы, печени и др.). Доказано, что органы и ткани человека характеризуются специфическим ферментным и изоферментным спектром, подверженным не только индивидуальным, но и суточным колебаниям. Существует большой градиент концентрации ферментов между внутриклеточными и внеклеточными компартментами. Поэтому любые, даже незначительные, повреждения клеток (иногда функциональные расстройства) приводят к выделению ферментов во внеклеточное пространство, откуда они поступают в кровь. Механизм гиперферментации до конца не расшифрован. Повышение уровня внутриклеточных ферментов в плазме крови прямо зависит от природы повреждающего воздействия, времени действия и степени повреждения биомембран клеток и субклеточных структур органов. В оценке ферментных тестов для диагностических целей особое значение имеет знание периода полужизни (полураспада) в плазме крови каждого из диагностических ферментов, что делает важным выбор точного времени для ферментного анализа крови. Весьма существенным является также знание особенностей распределения ферментов в индивидуальных органах и тканях, а также их внутриклеточной локализации.

В последнее время стали применять ферменты рестрикции - специфические эндонуклеазы, катализирующие разрывы межнуклеотидных связей ДНК, для диагностики фенилкетонурии, б- и в-талассемии и других наследственных болезней человека. Метод основан на полиморфизме рестрикционных фрагментов ДНК.

Значение исследования ферментных констелляций. Учет особенностей биосистем при энзимдиагностике

В последнее время особое внимание уделяется исследованию неотдельных ферментативных реакций, а их сочетаний в комплексах (так называемых констелляционных типов), которые наиболее информативно отражают существо тех или иных патобиохимических нарушений.Для уточнения диагноза желательно определение изоферментного спектра того или иного фермента, выявление изменения функционирования пато- и органоспецифичных изоферментов, а также сопоставление активности обнаруженных в крови ферментов с их активностью в органах и тканях в норме.При оценке функции печени все ферменты сыворотки можно разделить на универсально распространенные энзимы, органоспецифичные ферменты и экскреторные ферменты. К 1-й группе ферментов относятся трансаминазы и фруктозо-1,6-бисфосфатальдолаза. Во 2-ю органоспецифических ферментов может быть отнесен комплекс энзимов: фруктозо-1-фосфатальдолаза, орнитинкарбомоилтрансфераза, сорбитдегидрогеназа, уроканиназа. К 3-й группе экскреторных ферментов можно отнести щелочную фосфатазу, b-глюкуронидазу и некоторые др. При различных формах поражения печени могут быть выделены характерные изменения ферментного профиля сыворотки; сочетание различных проб может помочь дифференцировать вирусный гепатит от токсического, разграничить различные виды желтух, уточнить причину, остроту, тяжесть и прогноз болезни. Следует подчеркнуть, что особое значение в трактовке биохимических тестов приобретают сопоставления их с особенностями клиники.

В некоторых случаях при энзимодиагностике для суждения об активности фермента не обязательно непосредственное его исследование, а можно ограничиться определением легко доступных метаболитов в крови и моче, изменение которых может отражать функцию той или иной ферментной системы. При этом необходимо знание механизма действия ферментов, его регуляции и взаимосвязи ферментативных процессов.

Необходимо помнить, что при трактовке данных энзимодиагностики рекомендуется учитывать особенности функционирования биокаталитических систем, среди которых особое значение имеет биологическая индивидуальность. В настоящее время четко показано, что здоровым людям присущ генетически обусловленный полиморфизм белкового спектра, не связанный с развитием каких-либо патологических состояний. Такой полиморфизм обнаружен и в отношении ферментов. При оценке результатов энзимодиагностики необходимо учитывать также суточные колебания ферментативной активности и другие биоритмы. Наличие таких колебаний с большим размахом от среднего значения доказано экспериментально. Наконец, следует помнить о важнейшей особенности живого организма - адаптации. Изменение активности фермента может быть вызвано качеством и количеством питания или приемом определенных фармакологических средств, которые могут выступать в качестве индуктора ферментсинтезирующей системы (или,наоборот, ингибировать ее отдельные звенья). Хорошо известно, что почти любое лекарство оказывает влияние на состояние ферментных систем, и это часто является решающим фактором в клиническом эффекте действия лекарственных веществ.

В клинико-диагностических лабораториях (КДЛ) измерения активности ферментов обычно проводят в сыворотке крови, но ферменты можно

определять и в других жидкостях организма: моче, соке поджелудочной железы, ликворе, слезной жидкости, где изменение их активности также имеет существенное клинико-диагностическое значение. Гипоферментемия встречается относительно редко и касается в основном секреторных ферментов. В подавляющем большинстве случаев она связана с генетически детерминированными нарушениями синтеза определенных энзимов, реже - с ингибированием, усиленной деградацией или экскрецией.

Дисферментемия обусловлена в основном появлением в крови органоспецифических ферментов.

Гиперферментемия свидетельствует о некрозе или лизисе клеток,либо о нарушении проницаемости клеточных мембран из-за дефицита кислорода, истощения глюкозы, действия лекарств и других ксенобиотиков,токсинов, бактерий, вирусов и др. Развитию гиперферментемии способствует клеточная пролиферация, усиление синтеза энзимов клетками, повышение концентрации активаторов в кровяном русле.

Поскольку многие ферменты присутствуют в разных тканях и органах, то повышение их активности в сыворотке может быть связано с повреждением любого из этих органов. Задача дифференциальной диагностики может быть решена одним из следующих способов:

- Определение более чем одного фермента.

- Определение спектра изоферментов. Данный подход основан на том, что отдельные изоформы характерны для разных тканей.

- Определение активности ферментов в динамике. Скорость изменения активности фермента в сыворотке определяется разницей между скоростью его появления в сыворотке и скоростью удаления из системы циркуляции. При инфаркте органа и некрозе поврежденных клеток в сыворотке крови происходит повышение активности внутриклеточных ферментов, специфичных для данной ткани, затем после выхода всего фермента активность его снижается. Важным является определение динамики изменения фермента и определение его активности в период повышения в сыворотке, т. к. слишком раннее взятие пробы для анализа может предшествовать подъему активности, слишком позднее - также не позволит получить необходимую информацию.

Не всегда активность фермента в сыворотке отражает тяжесть заболевания. Так, острое повреждение клеток при вирусном гепатите может сопровождаться очень высоким подъемом активности ферментов, которая

будет падать по мере выздоровления. В то же время при циррозе печень может быть значительно сильнее вовлечена в патологический процесс, но скорость повреждения клеток ниже и активность ферментов в сыворотке будет повышена незначительно или даже находиться в пределах референтных значений. Этот пример еще раз подчеркивает, что любые результатыпо исследованию активности ферментов в сыворотке должны быть обязательно сопоставлены с другими лабораторными анализами и с клинической картиной заболевания.

Перед тем как указывать на возможность патологического процесса, необходимо исключить возможность неспецифического повышения активности ферментов в сыворотке. Активность ферментов в сыворотке может меняться в результате агрегации с образованием макромолекул.

Инженерная энзимология

Инженерная энзимология - наука, разрабатывающая методы создания высокоэффективных ферментов для промышленного использования. Создание так называемых иммобилизованных (неподвижно закрепленных на синтетических полимерах, полисахаридах и других носителях-матрицах) энзимов явилось значительным шагом в развитии современной биотехнологии.Иммобилизация энзимов повышает их устойчивость к нагреванию, изменению реакции среды, увеличивает срок их действия, облегчает отделение их от продуктов реакции, дает возможность использовать многократно. Иммобилизация позволяет осуществлять непрерывные каталитические процессы, получать продукцию, не загрязненную энзимом. Это очень важно в ряде пищевых и фармакологических производств.Данный метод применяют для получения антибиотиков, например на основе иммобилизованного энзима - пенициллинамидазы, что позволяет снижать расход сырья и себестоимость продукта, увеличивать объем производства.Такие энзимы перспективны в химической промышленности, при получении тканей, кожи, бумаги, при производстве сахара для диабетиков, некоторых гормональных препаратов, в пищевой промышленности для получения сиропа, улучшения качества молока и ряде других производств. В медицине иммобилизованные энзимы перспективны в борьбе с опухолями, тромбами.Энзимы используются в технологических процессах пищевой промышленности: для получения глюкозно-фруктозного сиропа, глюкозы из крахмала, улучшения качества молока и ряде других производств. Проходит промышленную проверку технология переработки целлюлозы в глюкозу.Разработаны методы экономичных биокатализаторов на основе иммобилизованных клеток микроорганизмов, при этом не требуется выделять и очищать энзимы. Иммобилизованные клетки микроорганизмов позволяют получать ряд ценных веществ: аминокислот, антибиотиков, органических кислот, стероидов, спиртов и др. Они используются также для очистки сточных вод, переработки сельскохозяйственных и промышленных отходов.

Заключение

Из представленных данных следует, что диагностическая энзимология может служить основой не только для постановки правильного и своевременного диагноза болезни, но и для проверки эффективности применяемого метода лечения.

. В настоящее время ферментативные констелляции систематизированы для различных видов патологии печени, мышечной ткани, воспалительных процессов, злокачественных новообразований и т. д. В результате комплексных исследований можно говорить об определенных биохимических синдромах, характеризующих отдельные заболевания, и о надежности лабораторных методов, помогающих врачу в объективной оценкепатологии.

Основной трудностью использования определения активности ферментов в диагностических целях является отсутствие специфичности повышения ферментативной активности для повреждения определенной ткани или органа.

Литература

1. Баранов Н. П. Диагностическое значение определения изоферментов аспартатаминотрансферазы, малатдегидрогеназы, щелочной фосфатазы, алкогольдегидрогеназы и холинэстеразы в сыворотке крови при заболеваниях печени: Автореф. дис. канд. - М., 1984.

2. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1983

3. Вилкинсон Д. Принципы и методы диагностической энзимологии: Пер. с англ. - М.: Медицина, 1981..

4. Комаров Ф. И., Коровкин Б. Ф., Меньшов В. В. Биохимические исследования в клинике. - 2-е изд. - Л.: Медицина, 1981

5. Меньшиков В. В., Делекторская Л. Н., Борисенко Л. М. Нормальные величины для унифицированных методов в единицах СИ // Лабор. дело. - 1983.

6. Мусил Я. Основы биохимии патологических процессов: Пер. с чешек. М.: Медицина, 1985.

Размещено на Allbest.ru