Fermenti

ENZĪMI (fermenti) (no lat. Fermentum - skābenes)

olbaltumvielas, kas darbojas kā katalizatori dzīviem organismiem. DOS F. funkcijas - paātrināt organismā iekļuvušo un metabolisma laikā izveidoto vielu pārvēršanu (atjaunināt šūnu struktūras, nodrošināt tās ar enerģiju utt.), Kā arī regulēt bioķīmiju. procesus (piemēram, ģenētiskās informācijas ieviešanu), tostarp reaģējot uz mainīgajiem apstākļiem.

F. struktūra tiek pētīta ar ķīmiskām metodēm. modifikācijas, rentgena struktūras analīze, spektroskopija. Vērtīgi rezultāti tika iegūti ar vietnei specifiskas mutaģenēzes metodi, kuras pamatā ir aminoskābju mērķtiecīga aizstāšana olbaltumvielu molekulā ar gēnu inženierijas metodēm. Lai con. 20. gadsimts zināms un raksturo apm. 3000 F.

Vēsturiskais fons. Sovr sākums. zinātnes par F. (enzīmu zinātne) ir saistītas ar K. Kirchhoffa 1814. gadā atklāto cietes pārvēršanu cukurā miežu stādiņu ūdens ekstraktu iedarbībā. Šo ekstraktu aktīvo vielu 1833. gadā izcēla A. Payens un J. Perso. Izrādījās F. amilāze. 1836. gadā T. Švāns atklāja un aprakstīja pepsīnu, tajā pašā gadā I. Purkins un I. Pappenheims raksturoja tripsīnu. 1897. gadā brāļi G. un E. Buchners no rauga izdalīja šķīstošu preparātu (tā saukto zināzi), kas izraisīja alkohola fermentāciju. Tas izbeidza L. Pasteur (viņš uzskatīja, ka fermentācijas procesu var izraisīt tikai veselas dzīvās šūnas) un Yu Liebig (uzskatīja, ka fermentācija ir saistīta ar īpašām vielām) argumentu. Konc. 19. gadsimts E. Fišers ierosināja pirmo F. ​​specifiskuma teoriju. 1913. gadā L. Mihaels formulēja vispārēju fermentatīvo reakciju kinētikas teoriju. Kristāliskā. Pirmos F. ieguva J. Sumners 1926. gadā (ureāze) un J. Nortrops 1930. gadā (pepsīns). F. primāro struktūru (aminoskābju secību) vispirms izveidoja W. Stein un S. Moore 1960. gadā attiecībā uz ribonukleāzi A, un 1969. gadā P. Merrifield veica ķīmiju. šī F. sintēze. F. telpisko struktūru (terciāro struktūru) lizocīmam pirmo reizi izveidoja D. Phillips 1965. gadā. 2. stāvā. 20. gadsimts katalītiskais aktivitāte tika atklāta arī dažās RNS (ko sauc par ribozimiem).

Fermentu klasifikācija. Vēsturiski daudziem F. tika piešķirti triviāli nosaukumi, kas bieži nebija saistīti ar katalizētās reakcijas veidu. Pārvarēt grūtības ser. 20. gadsimts F. tika izstrādātas klasifikācijas un nomenklatūra pēc Starptautiskās bioķīmijas ieteikuma. visi F. atkarībā no katalizētās reakcijas veida tiek sadalīti 6 klasēs: 1. - oksidoreduktāzes, 2. - transferāzes, 3. - hidrolāzes, 4. - lāzes, 5. - izomerāze un 6. - ligases. Katra klase ir sadalīta apakšklasēs atbilstoši funkcijas raksturam. substrātu grupas, kas pakļautas ķīmijai. transformācija. Apakšklases savukārt tiek sadalītas apakšklasēs atkarībā no transformācijā iesaistītā F. veida.Katram pietiekami raksturotajam F. tiek piešķirts 4 ciparu klasifikācijas numurs, kas norāda klasi, apakšklasi, apakšklasi un F numuru. Piemēram, a-himotripsīnam ir numurs 3.4.21.1.

Oksidoreduktāzes ietver F. katalizējošu oksidācijas-reducēšanu. reakcijas. Šāda veida F. satur H atomus vai elektronus. Daudzas oksidoreduktāzes ir F. elpošana un oksidatīvā fosforilēšanās..

Transferāzes katalizē funkcijas pārnešanu. grupas (CH3, COOH, NH2, CHO et al.) No vienas molekulas uz otru.

Hidrolāzes katalizē hidrolītiskās. saišu (peptīda, glikozīda, ētera, fosfodiestera utt.) sadalīšana split

L un z s katalizē nehidrolītiskos. grupu šķelšanās no substrāta ar divkāršās saites veidošanos un apgrieztām reakcijām. Šie F. var sašķelt CO2, H2O NH3 utt.

Izomerāzes katalizē substrātu izomēru veidošanos, ieskaitot cis-, trans-izomerizāciju, vairāku saišu kustību, kā arī atomu grupas molekulā.

Ligase - F., katalizējot divu molekulu pievienošanu, veidojot jaunas saites (C - C, C - S, C - O, C - N utt.), Kā likums, kopā ar pirofosfāta saites šķelšanos, piem. pie ATF.

Fermentu struktūras īpatnības. Patīk F. masa ir no 10 4 līdz 10 10 vai vairāk. Visbiežāk F. tiekas ar piestātni. m. 20-60 tūkstoši, lielāki parasti sastāv no vairākiem. identiskas (homomēri) vai dažādas (heteromēri) apakšvienības, kas savienotas ar nekovalentām saitēm. Apakšvienība var sastāvēt no divām vai vairākām ķēdēm, kas savienotas ar disulfīdu saitēm.

Tā paša veida F. primārajā struktūrā, kas ir izolēta pat no evolucionāri attāliem organismiem, bieži tiek novērota zināma homoloģija, un daži reģioni praktiski nemainās. Sekundārajai struktūrai ir ļoti dažāda β-spirāļu un β-struktūru saturs (skatīt olbaltumvielas). -Konstrukcijas veido daudzu F. kodolu, veidojot “atbalsta” struktūru. Sekundāro struktūru standarta elementu komplekts un īpaši izkārtoti polipeptīdu ķēdes posmi, kas noteiktā veidā atrodas kosmosā, veido terciāru struktūru, kas nosaka biolu. īpašības f.

Terciārā struktūra ir unikāla katram F, tomēr tajā pašā F. Pat ļoti atšķirīgi pēc to primārās struktūras, ķēžu telpiskais izvietojums var būt m. līdzīgi (piemēram, himotripsīni un subtilizīni). Bieži terciārajā struktūrā ir iespējams atšķirt atsevišķas kompaktas daļas (domēnus), kas savienotas ar polipeptīdu ķēdes sekcijām. Organizācija kosmosā vairākas. apakšvienības nosaka kvartāra struktūru f.

Uz olbaltumvielu globusa virsmas F. vai, biežāk, īpašā. plaisas, ievilkumi utt., piešķir salīdzinoši nelielu platību, ko sauc par. aktīvais centrs. Tas ir funkciju kopums. aminoskābju atlikumu grupas, kas tieši mijiedarbojas ar substrātu. Aktīvajā centrā F., izņemot funkts. grupās var būt komponenti bez olbaltumvielām - koenzīmi. Šis komplekss tiek saukts. x par l about - enzīms, un tā olbaltumvielu daļa - apoenzīms. Aminoskābju atlikumi, kas nonāk aktīvajā centrā, pieder naib. konservatīvs šajā F grupā. Aktīvajā centrā var atšķirt substrātu saistošo vietu un faktiski katalītiski aktīvās F grupas. Pēdējās, piemēram, serīna proteāžu apakšklasē, ietilpst func serīna-195, histidīna-57 un asparagīnskābes-102 atlikušās grupas. Turklāt katalītiski aktīvās F. grupas ir cisteīna SH grupa, glutamīnskābes COOH grupa, fenola hidroksiltirozīns utt., Kā arī funkcionāls. koenzīmu grupas - nikotinamīda koenzīmu nikotinamīda gredzens (sk. niacīns), piridoksalfosfāta aldehīdu grupa (aldimīna formā), tiamīna pirofosfāta tiazolīna gredzens, metāla joni (piemēram, Zn 2+, Co 2+, Mn 2+) utt..

Fermentu iegūšana. Parasti F. tiek noņemts no dzīvnieku audiem, augiem, šūnām un mikroorganismu kultūras šķidrumiem, biola. šķidrumi (asinis, limfas utt.). Lai iegūtu dažas nepieejamas F. tiek izmantotas gēnu inženierijas metodes. F. no izejvielām ekstrahē ar fizioloģisko šķīdumu. Tad tos sadala frakcijās, nogulsnē ar sāļiem [parasti (NH4)2SO4] vai, retāk, org. šķīdinātājus, un to attīra ar gēla caurlaidību un jonu apmaiņas hromatogrāfiju. On secinās. attīrīšanas posmos bieži izmanto afinitātes hromatogrāfijas paņēmienus. F. attīrīšanas progresu un tīru preparātu raksturošanu veic, mērot katalītiskos. F. aktivitāte ar īpašu (parasti krāsu reakciju izraisošu) substrātu izmantošanu. Kā F. daudzuma vienību ņem tādu daudzumu, kas standarta apstākļos katalizē 1 μmol pamatnes pārvēršanu 1 minūtē. Tiek izsaukts F. vienību skaits, kas attiecas uz 1 mg olbaltumvielu. specifiska darbība.

Fermentu izmantošana. Neattīrītā stāvoklī F. kopš seniem laikiem tiek izmantots pārtikas iegūšanai un produktu ražošanai maizes cepšanā, siera ražošanā, vīna darīšanā, ādas apstrādē utt. Pietiekami attīrīts F. tiek izmantots aminoskābju un to maisījumu ražošanā mākslīgai barošanai, cukura sīrupu ražošanai no izejvielas, kas satur ogļhidrātus, laktozes noņemšanai no piena un daudzu zāļu ražošanai (daži attīrīti F. paši tiek izmantoti kā zāles.). Īpaši daudzsološa ir imobilizētu enzīmu izmantošana uz polimēru nesējiem (piemēram, imobilizētu penicilīna amidāzi izmanto, lai iegūtu daļēji sintētiskus penicilīnus, sk. Arī fermentus saturošas šķiedras). Par F. izmantošanu ķīmijā. analīzi skatīt fermentatīvās analīzes metodes.

Lit.: Fermentu nomenklatūra (1972. gada ieteikumi), trans. no angļu valodas., M., 1979; Fersht E., Fermentu struktūra un darbības mehānisms, trans. no angļu valodas., M., 1980; Diksons M., Vebs E., Fermenti, trans. no angļu valodas., 1.-3. lpp., M., 1982; Metodes enzimoloģijā, red. S. P. Koloviks, N. O. Kaplans, N. Y. - S. F. - L., 1955. gads.

Fermenti

Jebkura organisma dzīvība ir iespējama metabolisma procesu dēļ, kas tajā notiek. Šīs reakcijas kontrolē dabiskie katalizatori vai fermenti. Vēl viens šo vielu nosaukums ir fermenti. Termins "fermenti" nāk no latīņu fermentuma, kas nozīmē "skābene". Koncepcija parādījās vēsturiski fermentācijas procesu izpētē..


Att. 1 - Fermentācija, izmantojot raugu - tipisks fermentatīvas reakcijas piemērs

Cilvēce jau sen izmanto šo enzīmu labvēlīgās īpašības. Piemēram, sieru daudzu gadsimtu garumā gatavo no siera..

Fermenti no katalizatoriem atšķiras ar to, ka tie darbojas dzīvā organismā, bet katalizatori ir nedzīvi. Bioķīmijas nozari, kas pēta šīs dzīvībai svarīgās vielas, sauc par enzimoloģiju..

Fermentu vispārējās īpašības

Fermenti ir olbaltumvielu molekulas, kas mijiedarbojas ar dažādām vielām, noteiktā veidā paātrinot to ķīmisko pārveidošanu. Tomēr tie netiek patērēti. Katram fermentam ir aktīvs centrs, kas savieno substrātu, un katalītiskā vieta, kas izsauc noteiktu ķīmisku reakciju. Šīs vielas paātrina notiekošās bioķīmiskās reakcijas organismā, nepalielinot temperatūru.

Fermentu galvenās īpašības:

  • specifiskums: fermenta spēja darboties tikai uz noteiktu substrātu, piemēram, lipāzes - uz taukiem;
  • katalītiskā efektivitāte: fermentatīvo olbaltumvielu spēja simtiem un tūkstošiem reižu paātrināt bioloģiskās reakcijas;
  • regulēšanas spēja: katrā šūnā fermentu ražošanu un aktivitāti nosaka sava veida pārveidošanas ķēde, kas ietekmē šo olbaltumvielu spēju atkal sintezēt.

Fermentu lomu cilvēka ķermenī nevar pārvērtēt. Tajā laikā, kad DNS struktūra bija tikko atklāta, tika teikts, ka viens gēns ir atbildīgs par viena proteīna sintēzi, kas jau nosaka noteiktu pazīmi. Tagad šis apgalvojums izklausās šādi: "Viens gēns - viens enzīms - viena zīme." Tas ir, dzīve nevar pastāvēt bez fermentu aktivitātes šūnā..

Klasifikācija

Atkarībā no lomas ķīmiskajās reakcijās izšķir šādas enzīmu klases:

Klases

Iespējas

Katalizē to substrātu oksidāciju, nododot elektronus vai ūdeņraža atomus

Piedalieties ķīmisko grupu pārvietošanā no vienas vielas uz otru

Sadaliet lielas molekulas mazākās, pievienojot tām ūdens molekulas

Katalizējiet molekulāro saišu šķelšanos bez hidrolīzes

Aktivizējiet molekulu atomu permutāciju

Izmantojot ATP enerģiju, izveidojiet saites ar oglekļa atomiem.

Dzīvā organismā visi fermenti tiek sadalīti starpšūnu un ārpusšūnu. Intracelulāri ir, piemēram, aknu enzīmi, kas iesaistīti dažādu vielu neitralizācijas reakcijās, kas nonāk asinsritē. Tie tiek atrasti asinīs, kad ir bojāts orgāns, kas palīdz diagnosticēt tā slimības..

Starpšūnu fermenti, kas ir iekšējo orgānu bojājuma marķieri:

  • aknas - alanīna aminotransferāze, aspartāta aminotransferāze, gamma-glutamiltranspeptidāze, sorbitola dehidrogenāze;
  • nieres - sārmainā fosfatāze;
  • prostatas dziedzeris - skābā fosfatāze;
  • sirds muskulis - laktātdehidrogenāze

Ārpusšūnu enzīmus dziedzeri izdala vidē. Galvenās no tām izdalās siekalu dziedzeru, kuņģa sienas, aizkuņģa dziedzera, zarnu šūnās un aktīvi iesaistās gremošanā..

Gremošanas fermenti

Gremošanas fermenti ir olbaltumvielas, kas paātrina lielu molekulu, kas veido pārtiku, sadalīšanos. Viņi sadala šādas molekulas mazākos fragmentos, kurus šūnas vieglāk absorbē. Galvenie gremošanas enzīmu veidi ir proteāzes, lipāzes, amilāzes.

Galvenais gremošanas dziedzeris ir aizkuņģa dziedzeris. Tas ražo lielāko daļu šo enzīmu, kā arī nukleāzes, kas šķeļ DNS un RNS, un peptidāzes, kas iesaistītas brīvo aminoskābju veidošanā. Turklāt neliels daudzums fermentu var “pārstrādāt” lielu daudzumu pārtikas.

Barības vielu fermentatīvas sadalīšanās laikā tiek atbrīvota enerģija, kas tiek iztērēta vielmaiņas procesiem un dzīvībai nepieciešamajām funkcijām. Bez fermentu līdzdalības šādi procesi notiktu pārāk lēni, nenodrošinot ķermenim pietiekamas enerģijas rezerves.

Turklāt fermentu dalība gremošanas procesā nodrošina barības vielu sadalīšanos molekulās, kas var iziet cauri zarnu sienas šūnām un iekļūt asinsritē..

Amilāze

Amilāzi ražo siekalu dziedzeri. Tas iedarbojas uz cietes pārtiku, kas sastāv no garas glikozes molekulu ķēdes. Šī fermenta darbības rezultātā tiek izveidotas vietas, kas sastāv no divām savienotām glikozes molekulām, tas ir, fruktozes un citiem īsas ķēdes ogļhidrātiem. Pēc tam tie tiek metabolizēti par glikozi zarnās un no turienes tiek absorbēti asinīs.

Siekalu dziedzeri sadala tikai daļu cietes. Siekalas amilāze ir aktīva neilgu laiku, kamēr pārtika tiek sakošļāta. Pēc iekļūšanas kuņģī fermentu inaktivē tā skābais saturs. Lielākā daļa cietes jau ir sadalīta divpadsmitpirkstu zarnā aizkuņģa dziedzera amilāzes ietekmē, ko ražo aizkuņģa dziedzeris.


Att. 2 - Amilāze sāk cietes sadalīšanos

Īsie ogļhidrāti, ko veido aizkuņģa dziedzera amilāze, nonāk tievā zarnā. Šeit ar maltāzes, laktāzes, saharozes, dekstrināzes palīdzību tie tiek sadalīti līdz glikozes molekulām. Nesagremojamas šķiedras no zarnām izdalās ar fekālijām.

Proteāzes

Olbaltumvielas vai olbaltumvielas ir būtiska cilvēka uztura sastāvdaļa. To šķelšanai nepieciešami proteāzes enzīmi. Tie atšķiras sintēzes vietā, substrātos un citās īpašībās. Daži no tiem aktīvi darbojas kuņģī, piemēram, pepsīns. Citus ražo aizkuņģa dziedzeris un aktīvi darbojas zarnu lūmenā. Pašā dzelžā izdalās neaktīvs enzīma prekursors - himotripsinogēns, kurš sāk darboties tikai pēc sajaukšanas ar skābu pārtikas saturu, pārvēršoties himotripsīnā. Šis mehānisms palīdz izvairīties no aizkuņģa dziedzera šūnu proteāžu paškaitējuma..


Att. 3 - fermentu enzīmu šķelšanās

Protēzes sadala pārtikas olbaltumvielas mazākos fragmentos - polipeptīdos. Fermenti - peptidāzes iznīcina tos līdz aminoskābēm, kas uzsūcas zarnās.

Lipāze

Pārtikas taukus iznīcina lipāzes fermenti, kurus ražo arī aizkuņģa dziedzeris. Viņi sadala tauku molekulas taukskābēs un glicerīnā. Šādai reakcijai nepieciešama žults klātbūtne aknās izveidotā divpadsmitpirkstu zarnas lūmenā..


Att. 4 - Enzimātiska tauku hidrolīze

Aizstājterapijas loma ar narkotiku "Mikrasim"

Daudziem cilvēkiem ar gremošanas traucējumiem, īpaši ar aizkuņģa dziedzera slimībām, enzīmu iecelšana nodrošina funkcionālu atbalstu ķermenim un paātrina dziedināšanas procesu. Pēc pankreatīta vai citas akūtas situācijas pārtraukšanas enzīmu uzņemšanu var pārtraukt, jo ķermenis patstāvīgi atjauno to sekrēciju.

Fermentatīvo zāļu ilgstoša lietošana ir nepieciešama tikai smagas eksokrīnas aizkuņģa dziedzera mazspējas gadījumā.

Viena no fizioloģiskākajām sastāvā ir zāles "Mikrasim". Tas satur amilāzi, proteāzi un lipāzi, kas atrodas aizkuņģa dziedzera sulā. Tāpēc nav nepieciešams atsevišķi izvēlēties, kuru enzīmu vajadzētu izmantot dažādām šī orgāna slimībām.

Indikācijas šo zāļu lietošanai:

  • hronisks pankreatīts, cistiskā fibroze un citi aizkuņģa dziedzera enzīmu nepietiekamas sekrēcijas cēloņi;
  • aknu, kuņģa, zarnu iekaisuma slimības, īpaši pēc operācijām ar tām, lai ātrāk atjaunotu gremošanas sistēmu;
  • kļūdas uzturā;
  • traucēta košļājamā funkcija, piemēram, ar zobu slimībām vai pacienta nekustīgumu.

Gremošanas enzīmu uzņemšana ar aizstājošu mērķi palīdz izvairīties no vēdera uzpūšanās, vaļīgiem izkārnījumiem un sāpēm vēderā. Turklāt smagu hronisku aizkuņģa dziedzera slimību gadījumā Mikrasim pilnībā uzņemas barības vielu sadalīšanas funkciju. Tādēļ tos var viegli absorbēt zarnās. Tas ir īpaši svarīgi bērniem ar cistisko fibrozi..

Svarīgi: pirms lietošanas izlasiet instrukcijas vai konsultējieties ar ārstu.

Fermenti

Fermenti ir mūsu ķermeņa “darba zirgi”. Apskatot akadēmisko direktoriju, varat uzzināt, ka vārds fermenti tulkojumā no latīņu valodas nozīmē raugu. Un tieši pateicoties šādam ieraugam, katru sekundi mūsu ķermenī notiek milzīgs skaits ķīmisku procesu.

Katram no šiem ķīmiskajiem procesiem ir sava specializācija. Vienā laikā olbaltumvielas tiek sagremotas, otrā - labi, tauki, un trešais ir atbildīgs par ogļhidrātu absorbciju. Turklāt fermenti spēj pārvērst vienu vielu citā, kas ir svarīgāka ķermenim šobrīd.

Pārtika, kas bagāta ar fermentiem:

Fermentu vispārīgās īpašības

Fermentu atklāšana notika 1814. gadā cietes pārvēršanas dēļ cukurā. Šī transformācija notika, iedarbojoties uz amilāzes fermentu, kas izolēts no miežu stādiem..

1836. gadā tika atklāts enzīms, vēlāk saukts par pepsīnu. Tas tiek ražots mūsu kuņģī patstāvīgi, un ar sālsskābes palīdzību aktīvi sadalās olbaltumvielas. Pepsīnu aktīvi izmanto arī siera gatavošanā. Un rauga transformācijā alkohola fermentācija izraisa fermentu, ko sauc par zymase.

Pēc ķīmiskās struktūras fermenti pieder olbaltumvielu klasei. Tie ir biokatalizatori, kas organismā pārveido vielas. Fermentus pēc to mērķa iedala 6 grupās: lizāzes, hidrolāzes, oksidoreduktāzes, transferāzes, izomerāzes un ligāzes.

1926. gadā fermenti vispirms tika izolēti no dzīvām šūnām un iegūti kristāliskā formā. Tādējādi kļuva iespējams tos izmantot kā daļu no medikamentiem, lai uzlabotu ķermeņa spēju sagremot pārtiku.

Mūsdienās zinātne zina lielu skaitu dažādu fermentu, no kuriem dažus farmācijas rūpniecība ražo kā zāles un uztura bagātinātājus.

Pankreatīns, kas iegūts no liellopu aizkuņģa dziedzera, bromelaīns (ananāsu enzīms), papaiīns, kas iegūts no viņu eksotiskajiem papaijas augļiem, šodien ir ļoti pieprasīts. Augu izcelsmes taukainos pārtikas produktos, piemēram, avokado, kā arī dzīvnieku un cilvēku aizkuņģa dziedzerī lipāzes ferments ir iesaistīts tauku sadalīšanā.

Dienas prasība fermentiem

Ir grūti aprēķināt kopējo enzīmu skaitu, kas nepieciešami ķermeņa pilnvērtīgai darbībai dienas laikā, ņemot vērā lielo enzīmu skaitu, kas mūsu ķermenī pastāv ļoti dažādos daudzumos.

Ja kuņģa sula satur maz proteolītisko enzīmu, tad jāpalielina to produktu skaits, kas satur nepieciešamos enzīmus. Piemēram, pankreatīns tiek izrakstīts lielumā no 576 mg dienā un vajadzības gadījumā beidzas ar šo zāļu devas palielināšanu četrkārtīgi..

Pieaug vajadzība pēc fermentiem:

  • ar lēnu kuņģa un zarnu trakta darbu;
  • ar dažām gremošanas sistēmas slimībām;
  • liekais svars;
  • vāja imunitāte;.
  • ķermeņa intoksikācija;
  • vecumdienās, kad pašu fermenti tiek ražoti sliktāk.

Nepieciešamība pēc fermentiem ir samazināta:

  • palielināta kuņģa sulas proteolītisko enzīmu daudzuma gadījumā;
  • individuāla neiecietība pret produktiem un preparātiem, kas satur fermentus.

Fermentu derīgās īpašības un to ietekme uz ķermeni

Fermenti tiek iesaistīti gremošanas procesā, palīdzot ķermenim pārstrādāt pārtiku. Viņi normalizē vielmaiņu, veicinot svara zudumu. Stipriniet imunitāti, noņemiet toksīnus no ķermeņa.

Veiciniet ķermeņa šūnu atjaunošanos un paātriniet ķermeņa pašattīrīšanās procesu. Pārvērtiet barības vielas enerģijā. Paātrināt brūču sadzīšanu.

Turklāt pārtika, kas bagāta ar fermentiem, palielina antivielu skaitu, kas veiksmīgi cīnās ar infekcijām, tādējādi stiprinot mūsu imunitāti. Gremošanas enzīmu klātbūtne pārtikā veicina tā pārstrādi un uzturvielu pareizu absorbciju.

Mijiedarbība ar būtiskiem elementiem

Galvenās mūsu ķermeņa sastāvdaļas - olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti - cieši mijiedarbojas ar fermentiem. Vitamīni arī veicina dažu enzīmu aktīvāku darbu..

Fermentu darbībai nepieciešams ķermeņa skābju un bāzes līdzsvars, koenzīmu (atvasinātu vitamīnu) un kofaktoru klātbūtne. Kā arī inhibitoru neesamība - noteiktas vielas, vielmaiņas produkti, kas ķīmisko reakciju laikā kavē fermentu darbību.

Fermentu trūkuma pazīmes organismā:

  • traucējumi kuņģa-zarnu traktā;
  • vispārējs vājums;
  • savārgums;
  • locītavu sāpes;
  • ahils gastrīts;
  • palielināta neveselīga apetīte.

Fermentu pārmērības pazīmes organismā:

  • galvassāpes;
  • aizkaitināmība;
  • alerģijas.

Faktori, kas ietekmē fermentu saturu organismā

Regulārs fermentu saturošu produktu patēriņš palīdz kompensēt būtisku enzīmu trūkumu organismā. Bet to pilnīgai asimilācijai un vitalitātei ir nepieciešams nodrošināt noteiktu skābju-bāzes līdzsvaru, kas raksturīgs tikai veselīgam ķermenim..

Turklāt ar noteiktām kuņģa un zarnu trakta slimībām dažu veidu enzīmus organisms pārstāj ražot pietiekamā daudzumā. Šajā gadījumā uztura bagātinātāji un daži medikamenti nonāk glābšanā..

Fermenti skaistumam un veselībai

Tā kā fermenti ir iesaistīti dažu savienojumu pārveidošanā par citiem, svarīgākiem, to darbība nosaka ne tikai visa mūsu ķermeņa veselību, bet arī ietekmē ādas, matu, nagu izskatu, optimālu ķermeņa svaru..

Tāpēc, izmantojot produktus, kas satur fermentus, jūs varat ne tikai noteikt visa organisma vispārējo uzturu, bet arī nostiprināt savu ārējo skaistumu un pievilcību. Nav brīnums, ka viņi saka, ka skaistums, pirmkārt, ir lieliska visa organisma veselība.!

Gremošanas fermenti (narkotikas)

Saturs

Gremošanas fermenti (vai “fermenti”) ir īpaši savienojumi, kas iesaistīti trīs būtisku barības vielu sadalīšanā: olbaltumvielas, ogļhidrāti un tauki..

Gremošanas fermentus jau kopš 1990. gadiem plaši izmanto spēka sporta entuziasti. Kultūrisms sportistiem, kuri trenējas intensīvās programmās, viņi iet burtiski kā karstas kūkas. Šīs popularitātes noslēpums ir vienkāršs: fermenti palīdz svarīgākās barības vielas absorbēt daudz ātrāk un efektīvāk. Un tiem, kam ir uztura grūtības, fermenti ir tikai panaceja.

Lietojumprogrammas rediģēšana

Daži uztura speciālisti šodien piedāvā īpašu “šoka” uztura plānu tiem, kam ir grūti veidot masu. Tās būtība ir iegūt precīzi 2000 kilokaloriju dienā, pārsniedzot normu, un “palīdzēt” sev ar gremošanas fermentiem. Teorētiski: jo vairāk jūs ēdat, jo vairāk barības vielu jūsu ķermenis absorbē. Un jo vairāk viņš asimilējas, jo efektīvāks ir masas pieaugums. Turklāt 2009. gada Buforda TW pētījumā tika atklāts, ka gremošanas fermenti var paātrināt muskuļu atjaunošanos un augšanu..

Bet vai tas vienmēr ir saprātīgs? Pārmērīgas kalorijas vienmēr rada ķermeņa tauku risku. Un gremošanas fermenti šeit nepalīdzēs: tie neietekmē kaloriju sadalījumu organismā. Saņemot papildu kalorijas, pat ja tos papildina fermenti, jūs iegūsit ne tikai muskuļu masu, bet arī taukus.

Fermentu izmantošana kultūrismā ir pamatota divos gadījumos: 1) gremošanas traucējumu gadījumā, kas rodas no kuņģa un zarnu trakta pārslodzes ar pārtiku; 2) ektomorfiem, kuri pieņemas svarā ar lielām grūtībām.

Gremošanas pamati Rediģēt

Pirms izlemt par fermentu uzņemšanu, jums ir jāsaņem elementārs priekšstats par to, kas patiesībā ir gremošana. Gremošana ir process, kura mērķis ir sadalīt pārtiku, kas nonāk ķermenī, ķīmiskās sastāvdaļās. Tas ļauj barības vielas absorbēt asinīs, t.i. asimilēts un izmantots paredzētajam mērķim. Skaldīšana un absorbcija ir divas sastāvdaļas, kas ir būtiskas barības vielām (olbaltumvielām, ogļhidrātiem un taukiem), vitamīniem un minerālvielām, lai iekļūtu asinsritē no zarnām..

Pēc šo vielu absorbcijas ķermenis tos novirza uz dažādiem audiem, lai nodrošinātu augšanu, atjaunošanos, enerģijas ražošanu vai vienkārši nogulsnēšanos.

Gremošanas fermenti ir iesaistīti gandrīz katrā ķīmiskajā reakcijā, kas notiek organismā, un darbojas kā katalizatori šīm reakcijām visās mūsu dzīvības atbalsta sistēmās. Gremošanas laikā fermenti ir atbildīgi par reakcijām, kas sadala pārtikas molekulu garās ķēdes vienkāršākos komponentos. Un šie komponenti pēc tam iekļūst asinīs caur zarnu sienām.

Ja jūs pareizi trenējaties un atveseļojaties, bet nav progresa, acīmredzot problēma slēpjas nepietiekamā kaloriju daudzumā. Ir nepieciešams pakāpeniski palielināt kaloriju daudzumu uzturā. Bet tikai kvalitatīvu produktu dēļ, ievērojot uztura noteikumus. Turpiniet veidot kalorijas vismaz 2 nedēļas, un tad sāciet izdarīt secinājumus. Ja spēks un masas pieaugums joprojām nenotiek, pārbaudiet, vai vēderā trūkst gremošanas enzīmu simptomu:

  • Nepatīkamas sajūtas kuņģī tūlīt pēc ēšanas.
  • Pēc ēšanas spēcīgs atraugas.
  • Kuņģa "pilnības" sajūta, kas ilgst pietiekami ilgi.
  • Gremošanas traucējumi pēc sātīgas ēdienreizes.
  • Gremošanas traucējumi pēc vairākām mazām ēdienreizēm.

Vēl viens izplatīts gremošanas traucējumu veids ir enzīmu trūkums tievās zarnās. Tam ir raksturīgi citi simptomi:

  • "Seething" un vēdera uzpūšanās.
  • Diskomforts vēderā.
  • Meteorisms
  • Bieža caureja.
  • Koši krāsaini, neformēti vai asaini izkārnījumi.
  • Gļotas izkārnījumos.

Ja, pārejot uz diētu ar augstu kaloriju saturu, pamanāt šo simptomu parādīšanos, iespējams, ka jums ir jāuzņem gremošanas enzīmi. Lai pārliecinātos par to, pazeminiet kalorijas līdz parastajam līmenim un uzziniet, kas notiek ar jūsu simptomiem. Ja tie pazuda, tad jums tiešām ir nepieciešami fermenti.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka dažus no šiem simptomiem var izraisīt ne tikai enzīmu trūkums, bet arī dažas slimības, pārtikas alerģijas, neirozes un paaugstināta jutība. Ja neesat pārliecināts par iemeslu, konsultējieties ar ārstu..

Labākā izvēle dispeptisko simptomu novēršanai muskuļu pieauguma laikā:

PreparātiAmilāze (sagremo ogļhidrātus)Lipāze (sagremo taukus)Proteāzes (sagremot olbaltumvielas)
Panzinorm forte12000 vienības20 000 vienības900 vienības
Mezim Forte4200 vienības3500 vienības250 vienības
Creon 80009000 vienības8000 vienības450 vienības
Festāls4500 vienības6000 vienības300 vienības
Pankreatīns10 000, 20 000 vai 25 000 vienību9000, 18 000 vai 22 500 VIENĪBAS500, 1000 vai 1250 vienības

Fermentu preparātu sastāvs

Gremošanas traucējumu gadījumā tiek izmantotas dažādas zāles, kas satur fermentus. Atkarībā no sastāva fermentu preparātus var iedalīt vairākās grupās:

  1. Kuņģa gļotādas ekstrakti, kuru galvenā aktīvā viela ir pepsīns (abomīns, acidinpepsīns).
  2. Aizkuņģa dziedzera enzīmi, ko pārstāv amilāze, lipāze un tripsīns (panzinorm forte-N, pankreatīns, pancitrāts, mesim forte, kreons).
  3. Kombinēti fermenti, kas satur pankreatīnu kombinācijā ar žults komponentiem, hemicelulozi un citiem papildu komponentiem (panzinorm forte, digestal, festal, enzistal).
  4. Augu fermenti, ko pārstāv papaiīns, sēnīšu amilāze, proteāze, lipāze un citi fermenti (pefīni, oraza).
  5. Kombinēti fermenti, kas satur pankreatīnu kombinācijā ar augu fermentiem, vitamīniem (Wobenzym).
  6. Disakarādās (tilaktāze).

Pirmās grupas enzīmi galvenokārt ir vērsti uz kuņģa sekrēcijas disfunkcijas koriģēšanu. Pepsīns, katepsīns un peptidāzes, kas atrodas to sastāvā, sadala gandrīz visus dabiskos proteīnus. Šīs zāles galvenokārt lieto atrofiska gastrīta gadījumā, tās nedrīkst izrakstīt slimībām, kas notiek uz normālas vai pastiprinātas skābes veidošanās fona.

Zāles, ieskaitot aizkuņģa dziedzera enzīmus, izmanto, lai koriģētu gremošanas traucējumus, kā arī aizkuņģa dziedzera funkcijas. Tradicionāli tam izmanto kompleksus preparātus, kas satur mājas dzīvnieku aizkuņģa dziedzera galvenos enzīmus (galvenokārt lipāzi, tripsīnu, himotripsīnu un a-amilāzi). Šie fermenti nodrošina pietiekamu gremošanas aktivitātes spektru un veicina eksokrīnas aizkuņģa dziedzera nepietiekamības klīnisko pazīmju apturēšanu, kas ietver apetītes samazināšanos, sliktu dūšu, vēdera rīboņu, vēdera uzpūšanos, steato-, creato- un amiloreju..

Preparāti atšķiras ar sastāvdaļu aktivitāti, kas jāņem vērā, tos izvēloties..

Amilāze, kas ir daļa no kompleksa, sadala cieti un pektīnus līdz vienkāršiem cukuriem - saharozei un maltozei. Amilāze noārda galvenokārt ārpusšūnu polisaharīdus (ciete, glikogēns) un praktiski nepiedalās augu šķiedras hidrolīzē.

Fermentu preparātos esošās proteāzes pārsvarā ir himotripsīns un tripsīns. Pēdējais kopā ar proteolītisko aktivitāti spēj deaktivizēt holecistokinīnu atbrīvojošo faktoru, kā rezultātā, pamatojoties uz atsauksmēm, samazinās asinīs holecistokinīns un aizkuņģa dziedzera sekrēcija..

Turklāt tripsīns ir svarīgs faktors, regulējot zarnu kustīgumu. Tas ir saistīts ar mijiedarbību ar RAP-2 receptoru enterocītiem.

Lipāze ir iesaistīta neitrālo tauku hidrolīzē tievās zarnās.

Kombinētās zāles kopā ar pankreatīnu satur žultsskābes, hemicelluāzi, simetikonu, augu choleretic (kurkuma) utt..

Žultsskābju ievadīšana preparātā ievērojami maina tā ietekmi uz gremošanas dziedzeru darbību un kuņģa-zarnu trakta kustīgumu. Preparāti, kas satur žultsskābes, palielina aizkuņģa dziedzera sekrēciju un holēzi, stimulē zarnu un žultspūšļa kustīgumu. Žultsskābes palielina zarnu satura osmotisko spiedienu. Zarnu mikrobiālā piesārņojuma apstākļos notiek to dekonjugācija, kas dažos gadījumos veicina cAMP enterocītu aktivāciju ar sekojošu osmotiskas un sekrēcijas caurejas attīstību..

Kombinētie preparāti, kas satur žults un hemicelilāzes sastāvdaļas, rada optimālus apstākļus ātrai un pilnīgai olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu sadalīšanai divpadsmitpirkstu zarnā un jejunumā. Narkotikas tiek izrakstītas nepietiekamai eksokrīnas aizkuņģa dziedzera funkcijai kombinācijā ar aknu, žults ceļu patoloģiju, pārkāpjot košļājamo funkciju, mazkustīgu dzīvesveidu, īslaicīgas kļūdas pārtikā.

Žults, pepsīna un aminoskābju hidrohlorīdu (panzinorm forte) sastāvdaļu klātbūtne kombinētajos preparātos kopā ar aizkuņģa dziedzera fermentiem nodrošina gremošanas normalizēšanu pacientiem ar hipokābju vai skābi ar gastrītu. Šiem pacientiem, kā likums, aizkuņģa dziedzera funkcija, žults veidošanās un žults izdalīšanās.

Hemicellulāze, kas ir daļa no dažām zālēm (svētku), veicina augu šķiedru sadalīšanos tievās zarnas lūmenā, zarnu mikrofloras normalizēšanu..

Daudzi fermentu preparāti satur simetikonu vai dimetikonu, kas samazina gāzes burbuļu virsmas spraigumu, kā rezultātā tie sadalās un tiek absorbēti kuņģa vai zarnu sienās..

Augu fermentu preparāti satur papaiīnu vai sēnīšu amilāzi, proteāzi, lipāzi (pefijas, oraza). Papaiīns un proteāzes hidrolizē olbaltumvielas, sēnīšu amilāze - attiecīgi ogļhidrāti, lipāze - tauki.

Papildus trim iepriekšminētajām grupām ir arī nelielas kombinēto augu fermentu preparātu grupas kombinācijā ar pankreatīnu, vitamīniem (wobenzym) un disacharidases (tilaktāze)..

Svarīgs faktors, kas nosaka ārstēšanas efektivitāti, ir zāļu izdalīšanās forma. Lielākā daļa fermentu preparātu ir pieejami dražeju vai tablešu veidā zarnu trakta apvalkos, kas pasargā fermentus no izdalīšanās kuņģī un iznīcina kuņģa sulas sālsskābe. Lielākās daļas tablešu vai dražeju izmērs ir 5 mm vai vairāk. Neskatoties uz to, ir zināms, ka cietās daļiņas, kuru diametrs nepārsniedz 2 mm, no kuņģa var evakuēt vienlaikus ar pārtiku. Lielākas daļiņas, jo īpaši fermentu preparāti tabletēs vai dražejās, tiek evakuēti starp gremošanas periodu, kad pārtikas chyme nav divpadsmitpirkstu zarnā. Tā rezultātā narkotikas nesajaucas ar pārtiku un nav aktīvi iesaistītas gremošanā..

Lai nodrošinātu ātru un viendabīgu enzīmu sajaukšanos ar pārtikas chyme, tika izveidoti jaunās paaudzes fermentu preparāti mikrotabletu (pancitrāta) un mikrosfēru (creon, lycrease) veidā, kuru diametrs nepārsniedz 2 mm. Preparāti ir pārklāti ar zarnām (zarnām) un tiek ievietoti želatīna kapsulās. Norijot, želatīna kapsulas ātri izšķīst, mikrotableti sajaucas ar ēdienu un pakāpeniski nonāk divpadsmitpirkstu zarnā. Pie divpadsmitpirkstu zarnas satura pH virs 5,5 membrānas izšķīst un fermenti sāk darboties uz lielas virsmas. Šajā gadījumā praktiski atkārtojas gremošanas fizioloģiskie procesi, kad aizkuņģa dziedzera sula tiek izdalīta porcijās, reaģējot uz periodisku barības uzņemšanu no kuņģa.

Īss farmakoloģiskais raksturojums Rediģēt

Acidīns-pepsīns ir zāles, kas satur proteolītisku enzīmu. Iegūst no cūku kuņģa gļotādas. Tabletes ar 0,5 un 0,25 g satur 1 daļu pepsīna, 4 daļas acidīna (betaīna hidrohlorīda). Tie tiek izrakstīti hipo- un skābā gastrīta gadījumā, 0,5 g 3-4 reizes dienā ēšanas laikā. Tabletes iepriekš izšķīdina 1/2 tase ūdens.

Wobenzym ir kombinēts preparāts, kas satur ļoti aktīvus augu un dzīvnieku izcelsmes fermentus. Papildus pankreatīnam tas satur papaiīnu (no auga Carica Papaya), bromelainu (no parastajiem ananāsiem) un rutosīdu (P vitamīna grupa). Tas ieņem īpašu vietu fermentu preparātu sērijās, jo līdztekus izteiktām fermentatīvām īpašībām tam ir arī pretiekaisuma, dekongestants, fibrinolītisks un sekundārs pretsāpju efekts. Pielietojumu klāsts ir ļoti plašs. Devu nosaka individuāli - no 5 līdz 10 tabletēm 3 reizes dienā. ASV Pārtikas un zāļu pārvalde ir aizliegusi zāļu izplatītājam deklarēt to efektivitāti jebkuras slimības gadījumā, jo nav zinātnisku pierādījumu par to drošību un efektivitāti [1]..

Digestal - satur pankreatīnu, liellopu žults ekstraktu un hemicelluāzi. Zāles tiek parakstītas 1-2 tabletes 3 reizes dienā ēdienreizes laikā vai pēc tām.

Kreons ir preparāts želatīna kapsulā, kura granulās, kas izturīgas pret sālsskābi, satur lielu daudzumu pankreatīna. Zāles raksturo ātra (4–5 minūšu laikā) želatīna kapsulu izšķīšana kuņģī, granulu, kas izturīgas pret kuņģa sulu, atbrīvošana un vienmērīga sadalīšana visā chyme. Granulas vienlaicīgi ar cimdiem brīvi iziet cauri pylor sfinkterim divpadsmitpirkstu zarnā, pilnībā aizsargā pankreatīna enzīmus, pārejot caur kuņģa skābo vidi, un to raksturo ātra enzīmu izdalīšanās, kad zāles nonāk divpadsmitpirkstu zarnā..

Licrease ir fermentu preparāts, kura pamatā ir ekstrakts, kas iegūts, sasmalcinot, attaukojot un žāvējot svaigu vai saldētu cūkas aizkuņģa dziedzeri. Kapsulas satur mikrosfēras ar diametru 1-1,2 mm, kas satur pankreatīnu, ir stabilas un nesabrūk kuņģī ar pH līmeni zem 5,5. Ar dispepsijas traucējumiem tiek izrakstītas 1-3 kapsulas dienā, devu var palielināt līdz 6 kapsulām dienā.

Mezim-forte - bieži tiek parakstīts īstermiņa un nelielu aizkuņģa dziedzera disfunkciju korekcijai. Mezim-forte tabletes ir pārklātas ar īpašu glazūras pārklājumu, kas aizsargā zāļu sastāvdaļas no kuņģa skābās vides agresīvās ietekmes. Uzklājiet 1-3 tabletes 3 reizes dienā pirms ēšanas.

Merkensim - kombinēts medikaments, kas satur 400 mg pankreatīna, 75 vienības bromelaina un 30 mg žults. Bromelaīni ir koncentrēts proteolītisko enzīmu maisījums, kas iegūts no svaigiem ananāsu un tā zaru augļiem. Zāles ir divslāņu. Ārējais slānis ir bromelaīns, kas izdalās kuņģī un uzrāda proteolītisku efektu. Iekšējais slānis ir izturīgs pret kuņģa sālsskābi, nonāk tievā zarnā, kur izdalās pankreatīns un žults. Bromelaīni paliek efektīvi plašā pH diapazonā (3,0–8,0), tāpēc zāles var izrakstīt neatkarīgi no sālsskābes daudzuma kuņģī. Merkenzim iecēla 1-2 tabletes 3 reizes dienā pēc ēšanas.

Panzinorm forte - preparāts, kas sastāv no kuņģa gļotādas ekstrakta, žults, pankreatīna, aminoskābju ekstrakta. Kuņģa gļotādas ekstrakts satur pepsīnu un katepsīnu ar augstu proteolītisko aktivitāti, kā arī peptīdus, kas veicina gastrīna izdalīšanos, sekojošu kuņģa dziedzeru stimulēšanu un sālsskābes izdalīšanos. Panzinorm ir divslāņu zāles. Ārējais slānis satur pepsīnu, katepsīnu, aminoskābes. Šis slānis izšķīst kuņģī. Iekšējais slānis ir izturīgs pret skābēm, šķīst zarnās, satur pankreatīnu un žults ekstraktu. Panzinorm ir viena no nedaudzajām zālēm, kurai līdztekus aizstāšanai ir stimulējoša iedarbība uz gremošanu, kas padara to par vēlamo narkotiku kultūrismā. Zāles lieto 1-2 dražejas ēšanas laikā 3-4 reizes dienā.

Pankreatīns ir liellopu aizkuņģa dziedzera preparāts, kas satur fermentus. Pankreatīna dienas deva ir 5–10 g. Pankreatīnu lieto 1 g 3–6 reizes dienā pirms ēšanas..

Pancytrate ir jaunās paaudzes zāles ar lielu pankreatīna saturu. Ir farmakodinamika, kas līdzīga kreonam. Želatīna kapsulas satur mikrotabletus īpašā zarnu apvalkā, kas izturīgs pret kuņģa sulu, kas garantē visu enzīmu izdalīšanos zarnās. Piešķiriet 1 kapsulu 3 reizes dienā.

Tilaktāze ir gremošanas enzīms, kas ir laktāze, kas atrodas jejunum gļotādas sukas apmalē un proksimālajā ileumā. Sadala laktozi vienkāršos cukuros. Pirms piena vai piena produktu lietošanas iedaliet 250-500 mg. Zāles var pievienot ēdieniem, kas satur laktozi..

Festāls, enzistāls, panzistāls - kombinēti enzīmu preparāti, kas satur aizkuņģa dziedzera, žults un hemicilulāzes galvenās sastāvdaļas. Uzklājiet 1-3 dražejas ēšanas laikā 3 reizes dienā.

Gremošanas fermenti bagātinātājos (parasti deva ir ārkārtīgi maza)

ENZIMI

ENZĪMI (latīņu fermentācija, fermentācija; sinonīms fermentiem) - specifiski proteīni, kas daudzkārt var paātrināt ķīmiskās reakcijas, kas notiek dzīvos organismos, neiekļūstot galīgajos reakcijas produktos, tas ir, tie ir bioloģiski katalizatori.

Visas ķīmiskās reakcijas, kas notiek mikroorganismos, augu un dzīvnieku organismos, katalizē attiecīgie fermenti.

Uzturvielu šķelšana, absorbcija un asimilācija, olbaltumvielu (sk.), Nukleīnskābju (sk.), Tauku (sk.), Ogļhidrātu (sk.) Un citu savienojumu sintēze un sadalīšana jebkura organisma audos un šūnās ir fermentatīvu reakciju kombinācija. Jebkuras dzīvā organisma funkcionālās izpausmes - elpošanu, muskuļu kontrakcijas, neiropsihisko aktivitāti, reprodukciju utt. - nodrošina atbilstošo enzīmu sistēmu darbība. Daudzu enzīmu aktivitātes noteikšana asinīs (skat.), Urīnā (sk.), Cerebrospinālajā šķidrumā (sk.) Medicīnā tiek izmantota kā informatīvi diagnostiski testi daudzām slimībām.

Fermentiem ir īpašas īpašības, kas tos atšķir no neorganiskiem katalizatoriem (sk.): Augsta substrāta specifika un spēja paātrināt reakcijas fizioloģiskos apstākļos, tas ir, šūnu aktivitātei raksturīgos apstākļos (piemērota temperatūra, vides reakcija utt.).

Saturs

Stāsts

Terminu “ferments” 17. gadsimta sākumā ierosināja holandiešu dabas zinātnieks P. Van-Helmonts, kurš nosauca nezināmu aģentu, kurš aktīvi iesaistījās alkoholiskās fermentācijas procesā. Pirmā zinātniskā ideja par fermentiem tika izteikta 1814. gadā, kad krievu zinātnieks K. S. Kiršhofs publicēja eksperimentu rezultātus, kas parādīja, ka ne tikai sadīguši miežu (iesala) graudi, bet arī to ekstrakti spēj pārvērst cieti maltozes veidā (“saharojot” to) ) 19 gadus pēc C. S. Kirchhoff atklāšanas 1833. gadā franču ķīmiķi Payens (A. Raueps) un Perso (J. Persozs) izdalīja aktīvo vielu, kas atrodas izdīgušo miežu graudu ekstraktos, un saņēma to pulvera veidā, kas zaudēja savu aktivitāte sildot. Viņi šo vielu sauca par diastāzi (sk. Amilāzes).

19. gadsimta vidū starp L. Pasteur un J. Liebig izcēlās diskusija par fermentācijas raksturu (sk.). L. Pasteurs uzskatīja, ka fermentāciju veic tikai neskarti dzīvi mikroorganismi (piemēram, rauga šūnas), un pats fermentācijas process ir nesaraujami saistīts ar to dzīvībai nepieciešamajām funkcijām. TO). Liebigs un viņa atbalstītāji uzskatīja, ka fermentācija ir tīri ķīmiska. process, katalizatoru loma, kurā spēlē šķīstošie fermenti. Domstarpības starp L. Pasteur un J. Liebig tika atrisinātas krievu zinātnieka M. M. Manasseina (1871) un vācu ķīmiķa E. Buchner (1897) darba rezultātā. M. M. Manasseina, sasmalcinot raugu ar sasmalcinātiem iežu kristāliem un pēc tam pārbaudot fermentācijas procesu, ko izraisīja šis homogenāts, nonāca pie secinājuma, ka dzīvā rauga šūnu klātbūtne nav nepieciešama alkohola fermentācijai. 1897. gadā E. Buhners saņēma bez šūnām iegūtu "rauga sulu", kas arī izraisīja alkohola fermentāciju. Kļuva skaidrs, ka rauga sula un rauga homogenāts satur fermentus, kas nepieciešami fermentācijas procesam, un šie fermenti var darboties gan šūnās, gan ārpus tām..

20. gadsimta sākumā tika iegūti pierādījumi, ka fermenti ir olbaltumvielas. Svarīgs fermentu doktrīnas attīstības posms bija amerikāņu bioķīmiķu Sumnera (J. B. Sumner) pētījums, kurš 1926. gadā no kanāla sēklām izdalīja kristālisku enzīmu ureāzi (sk.) Un 1930. gadā saņemto Northrop (J. N. Northrop). gada proteolītiskā enzīma pepsīna kristāli (sk.). Šie darbi neapstrīdami pierādīja fermentu olbaltumvielu raksturu.

Līdz 20. gadsimta 80. gadu sākumam zinātne jau zināja vairāk nekā 2 tūkstošus enzīmu, no kuriem aptuveni 500 tika iegūti kristāliskā stāvoklī. Gandrīz puse reģistrēto fermentu ir izolēti gandrīz tīrā individuālā stāvoklī.

Fermentu ķīmiskais raksturs un struktūra

Visi fermenti ir olbaltumvielas, kam, tāpat kā citiem olbaltumvielām, ir primārā, sekundārā, terciārā un bieži kvartārā struktūra (sk. Olbaltumvielas). Fermenti var būt gan vienkārši, gan sarežģīti proteīni. Fermentu molekulas, kas ir vienkārši proteīni, ir pilnībā veidotas no polipeptīdu ķēdēm un, hidrolizējoties, sadalās tikai aminoskābēs. Šāda veida enzīmu piemēri ir hidrolītiskie fermenti pepsīns, tripsīns (sk.), Ureāze, lizocīms (sk.) Un citi. Lielākā daļa dabisko enzīmu ir sarežģīti proteīni, kuru molekulas satur ne-olbaltumvielu komponentus. Gan šāda kompleksa fermenta (apo-enzīma) olbaltumvielu daļai, gan tās molekulas (koenzīma) ne-olbaltumvielu daļai nav fermentatīvas aktivitātes. Tikai apvienojoties un veidojot tā saukto. holo-enzīmu, tie iegūst biokatalizatoriem raksturīgās īpašības.

Vairāki koenzīmi (sk.) Ir vitamīnu atvasinājumi (sk.). Pēc ķīmiskās struktūras daudzi koenzīmi ir nukleotīdi, daži ir fosforskābes vai peptīdu organiski atvasinājumi un to atvasinājumi (piemēram, folijskābe, Co A, glutations utt.). Tādējādi starp fermentiem, vitamīniem un nukleotīdiem pastāv noteikta funkcionāla saistība.

Izoenzīmi

No fermentiem, kas zināmi 20. gadsimta 80. gadu sākumā, vairāk nekā 100 ir cilvēka audos izozīmi (sk.), Kas ir enzīmu molekulārās šķirnes. Izozīmi katalizē to pašu reakciju, bet atšķiras pēc fizikāli ķīmiskajām īpašībām: elektroforētiskā mobilitāte (sk. Elektroforēze), adsorbcijas īpašības (sk. Adsorbcija), optimālās pH vērtības (sk. Barotnes aktīvo reakciju), termiskā stabilitāte un jutība pret inhibitoriem (sk.). afinitāte pret substrātiem, spēja veidot kompleksus ar koenzīmu analogiem utt..

Ģenētiski noteiktus un neģenētiskus (sekundārus vai iegūtus) izoenzīmus sauc par vairākām enzīmu formām. Ģenētiski, piemēram, ir laktātdehidrogenāzes izoenzīmi (sk.). Lielākā daļa cilvēku orgānu un audu satur piecus laktātdehidrogenāzes (LDH) izoenzīmus, kuru molekulas ir dažādu veidu polipeptīdu virkņu - H un M - dažādas kombinācijas, šo polipeptīdu biosintēzi kontrolē dažādi gēni. Neģenētiski izoenzīmi, kā parasti tiek uzskatīts, var rasties sākotnējā fermenta ķīmiskās modifikācijas vai tā daļējas proteolīzes rezultātā. Šādas modifikācijas piemērs ir piruvāta kināzes izoformu (EC 2.7.1. 40) veidošanās, kas atšķiras ar fizikāli ķīmiskajām un imunoķīmiskajām īpašībām (sk. Kināzes) proteināžu darbības rezultātā uz šo enzīmu (sk. Peptīdu hidrolāzes). Viena no šīm formām ir atrodama tikai eritrocītos, bet otra - aknās, nierēs, skeleta muskuļos, miokardā un baltajās asins šūnās..

Abas izoenzīmu grupas spēlē nozīmīgu lomu šūnu metabolisma regulēšanā, un medicīnā diagnostikas nolūkos tiek izmantoti izozīmu spektri, kas raksturīgi dažādiem orgāniem un audiem..

Fermentu darbības mehānisms un to specifika

Lai izskaidrotu fermentu darbības mehānismu, ir ierosinātas daudzas teorijas. Visi no tiem izriet no eksperimentāli konstatētā fakta, ka biokatalizatori, tāpat kā neorganiskie katalizatori, nevar padarīt iespējamu procesu vai reakciju rašanos, kas nav iespējama no termodinamikas likumu viedokļa (sk.). Visas katalīzes teorijas (sk.) Atzīst, ka katalizatori vienā vai otrā veidā samazina katalizētās reakcijas aktivizācijas enerģiju un tādējādi dramatiski palielina ķīmiskās pārveides ātrumu. Katalizatori tikai samazina laiku, kas vajadzīgs, lai mobilā līdzsvara stāvoklī panāktu ķīmiskās reakcijas (sk. Ķīmiskās reakcijas). Mobilā līdzsvara stāvoklis ir atgriezenisks chem. reakcijas katalizatora klātbūtnē kļūst nekustīgas. Līdz ar to katalizatora klātbūtnē vienādi palielinās gan tiešo, gan apgriezto reakciju ātrums..

Mūsdienu ideju sākums par fermentu darbības mehānismu tika likts uz Miķeļa (L. Michaelis) un Menten (M. L. Menten) darbu, kas publicēts 1913. gadā. Šajā darbā vispirms tika izteikta ideja, ka fermentu darbības pamatā ir fermentu-substrātu kompleksa veidošanās, kas pēc tam sadalās, veidojot fermentatīvās reakcijas produktus un atbrīvojot fermentus sākotnējā stāvoklī.

Fermentu-substrātu kompleksu veidošanās un pārveidošanas procesā ir ierasts izdalīt vairākus posmus: 1) substrāta molekulas piestiprināšana pie fermenta; 2) primārā enzīma-substrāta kompleksa secīga pārvēršana vienā vai vairākos aktivizētos kompleksos; 3) galīgo reakcijas produktu atdalīšana no fermenta.

Fermentu specifiskums attiecībā uz substrātu gan fermenta-substrāta kompleksa veidošanās laikā, gan katalītiski ķīmiskās pārveides laikā ir saistīts ar to, ka fermenta molekulā ir īpaša vieta, ko sauc par aktīvo centru. To aktīvā centra malu, kas tieši piedalās katalītiskajā darbībā, sauca par katalītisko vietu, un vieta, kur ferments ir piesaistīts substrātam, ir kontakta vieta vai kontakta zona. Līdz 20. gadsimta 80. gadiem tika identificēts daudzu enzīmu aktīvo centru aminoskābju sastāvs. Fermenta aktīvajā centrā var būt aminoskābju atlikumi, kas polipeptīdu ķēdē atrodas salīdzinoši tālu viens no otra un, pateicoties tā “savērpšanai”, veidojas fermenta olbaltumvielu sekundāro un terciāro struktūru veidošanās rezultātā. Tātad himotripsīna molekulā (skat.) Aktīvais centrs satur histidīna atlikumu, kas atrodas polipeptīdu ķēdē 57. pozīcijā, serīna atlikumu 195. pozīcijā un atlikušo asparagīnskābi 102. pozīcijā..

Aminoskābju atlikumu, kas veido kontakta reģionu, atrašanās enzīma molekulā veicina substrāta telpisko sadalījumu, kas ir vislabvēlīgākais tā uzbrukumam aktīvā centra katalītiskajām (funkcionālām) grupām. Piemēram, reakcijai A + B -> AB, ko katalizē savienojumi ar aktīvajām grupām C, D un E, normālos apstākļos būtu jānotiek tikai tad, ja visi pieci reaģenti saduras vienlaikus. Šādas sadursmes varbūtība ir niecīga, tāpēc reakcijas produkta AB veidošanās ātrums šajā gadījumā ir praktiski nulle. Gadījumā, ja ferments katalizē šo reakciju, nepieciešama tikai tās mijiedarbība ar vielām A un B, jo C, D un E grupas jau ir “iestiprinātas” enzīma molekulā. Molekulā esošo reakcijas grupu tuvuma efekta dēļ enzīmu katalizētās reakcijas ātrums palielinās par vairākiem lielumiem. Turklāt, kad substrāts ir pievienots fermenta aktīvajam centram, mainās substrāta molekulas telpiskā konfigurācija un rodas noteikta ķīmija. savienojumi viņā vājina.

Fermenta katalītisko aktivitāti nosaka tā molekulas struktūra kopumā. Citu aminoskābju atlikumi papildus tiem, kas nonāk aktīvajā centrā, ir nepieciešami, lai veidotos un stabilizētos aktīvā centra konformācija (sk. Konformācija), tie veido arī vietas, ar kurām mijiedarbojas dažādas vielas, kas regulē fermenta darbību. Fermenta molekulā ir šādi reģioni, kuru dēļ tā var mijiedarboties ar citiem fermentiem (multienzīmu kompleksu veidošanās laikā) vai membrānas proteīniem (membrānas fermentiem)..

Fermentu vissvarīgākā īpašība ir to substrāta specifika, tas ir, spēja ne tikai paātrināt reakcijas, bet arī selektīvi katalizēt tikai noteiktu veidu, kā pārveidot konkrētu vielu - substrātu. Balstoties uz darbības specifiku, visus fermentus var iedalīt divās grupās: fermenti ar absolūtu specifiskumu un fermenti ar relatīvu specifiskumu. Absolūtā specifiskums izpaužas, kad fermenti iedarbojas tikai uz vienu vielu un katalizē tikai noteiktu šīs vielas pārveidi. Piemēram, ureāze katalizē tikai vienu reakciju - urīnvielas hidrolīzi (sk.), Tas ir, tās sadalīšanos amonjaka NH3 un oglekļa dioksīda CO2. Stereoķīmisko (optisko) specifiskumu sauc arī par absolūto specifiskumu (sk. Izomerismu). Savvaļas dabā sastopamas tikai noteiktas savienojumu telpiskās formas: aminoskābes (sk.) - tikai L sērijas olbaltumvielās, cukuri - galvenokārt D sērijas. Fermenti vienmēr darbojas tikai uz vienu no diviem vielas optiskajiem izomēriem (L- vai D-izomērs). Piemēram, LDH katalizē tikai L-laktāta oksidēšanu. Fermenta specifiskumu var attiecināt uz cita veida stereoizomēriem. Tādējādi fermenti, kas iedarbojas uz trans-izomēru, parasti ir neaktīvi attiecībā pret tās pašas vielas cis-izomēru..

Kopā ar fermentiem, kuriem raksturīga absolūtā specifika, pastāv liela enzīmu grupa ar relatīvu vai grupas specifiskumu. Piemēram, pepsīns katalizē olbaltumvielu molekulu sadalīšanos, kas var ievērojami atšķirties viens no otra gan aminoskābju sastāvā, gan fizikāli ķīmiskajās īpašībās. Tas izskaidrojams ar to, ka pepsīna iedarbības vieta ir peptīdu saite –CO – NH—. Estherāzei ir arī relatīva specifika (sk.). Viņu darbībai ir svarīga estera saites klātbūtne substrāta molekulā. Tomēr ir estāzes, kas darbojas selektīvāk. Tātad attiecībā uz fosfatāzēm (sk.) Ir svarīgi, lai ortofosforskābe būtu iesaistīta estera veidošanā (sk. Fosforskābes)..

Fermentatīvo reakciju kinētika

Fermentatīvās reakcijas ātrums galvenokārt ir atkarīgs no fermenta rakstura, kam var būt zema vai augsta fermentatīvā aktivitāte, kā arī no substrāta koncentrācijas, barotnes pH, temperatūras, inhibitoru vai aktivatoru klātbūtnes utt. (Sk. Bioloģisko procesu kinētika). Tika konstatēts, ka ceteris paribus un pārmērīga substrāta klātbūtnē fermentatīvās reakcijas sākotnējais ātrums ir proporcionāls fermenta koncentrācijai.

Saistību starp substrāta koncentrāciju un fermentatīvās reakcijas ātrumu grafiski var izteikt ar līkni, kas parādīta attēlā. Reakcijas ātrums, kas atbilst līknes augšupejošajai daļai, ir proporcionāls substrāta (S) koncentrācijai; līknes augšējā daļā reakcijas ātrums tuvojas maksimālajai vērtībai (vMaks) un ir gandrīz neatkarīga no substrāta koncentrācijas. Balstoties uz idejām par fermenta-substrāta kompleksu veidošanos fermentatīvās reakcijas laikā, Mihaels un Mentens aprēķināja ļoti svarīgu konstantu, kuru vēlāk sauca par Miķeļa konstantu (Km), kas skaitliskā izteiksmē ir vienāda ar substrāta koncentrāciju (mol / l), pie kura reakcijas ātrums ir uz pusi. maksimums (tas ir, kad jebkurā brīdī puse no fermenta molekulām atrodas kompleksā ar substrātu). Tādējādi Km ir afinitātes rādītājs starp fermentu un substrātu, un zemas Km vērtības norāda uz augstu šādas afinitātes pakāpi.

Ir vēl viena fermentatīvu reakciju raksturojoša vērtība, ko sauc par "fermenta apgriezienu skaitu". Šī vērtība parāda, cik substrāta molekulas tiek pārveidotas reakcijas produktos laika vienībā uz vienu enzīma molekulu..

Fermentatīvās reakcijas, tāpat kā parastās ķīmiskās reakcijas, paātrinās, palielinoties temperatūrai. Tika atklāts, ka, paaugstinot temperatūru par katriem 10 °, fermentatīvās reakcijas ātrums palielinās 1,5 - 2 reizes (lielākajai daļai enzīmu šis diapazons parādās diapazonā no 10 līdz 30 °). Tika arī parādīts, ka temperatūras paaugstināšanās par 1 ° palielina fermenta aktivitāti par 4-10%. Tomēr 50 ° C un augstākā temperatūrā notiek pakāpeniska enzīmu aktivitātes samazināšanās. Turpmāka karsēšana (līdz 60–70 °) noved pie pakāpeniskas enzīma denaturācijas un inaktivācijas. Inaktivācijas pakāpe ir atkarīga arī no temperatūras iedarbības ilguma..

Fermenti ir ļoti jutīgi pret barotnes pH izmaiņām. Katram fermentam ir optimāls pH, Kromā tas ir visaktīvākais. Lielākajai daļai enzīmu optimālais pH ir tuvu neitrālam (pH 7,0). Tādējādi enzīma maksimālā aktivitāte izpaužas pie fizioloģiskām pH vērtībām, un skābā un sārmainā vidē to aktivitāte samazinās. Tomēr šim noteikumam ir izņēmumi. Piemēram, pepsīns, kas atrodas kuņģa sulā (sk.), Ir aktīvs tikai ļoti skābā vidē (pH apmēram 2,0), un tripsīns (sk.) Pie šīm pH vērtībām ir pilnībā kavēts. Optimālā tripsīna darbība ir pie pH aptuveni 8,0, t.i., sārmainā vidē.

Papildus temperatūrai, pH, substrāta koncentrācijai, daudzu ķimikāliju klātbūtnei. savienojumi. Daži no tiem palielina fermenta aktivitāti, bet citi, gluži pretēji, to nomāc. Dažreiz tomēr savienojumi, kas ir dažu enzīmu inhibitori, citiem var būt aktivatori (visbiežāk tas attiecas uz metāla joniem). Fermenta nomākšanas process var būt atgriezenisks un neatgriezenisks. Pastāv arī atšķirīga fermentatīvo reakciju konkurences un nekonkurēšanas kavēšana. Konkurences kavēšana notiek, ja barotnē vienlaikus atrodas substrāts un tam līdzīgas struktūras inhibitors (substrāta strukturālais analogs). Šajā gadījumā substrāts un inhibitors konkurē par enzīma aktīvo centru. Konkurējošā inhibitora inhibējošā iedarbība uz fermentu ir atkarīga no substrāta koncentrācijas. Ja fermenta vidē ir daudz substrāta molekulu un maz inhibitoru molekulu, tad substrāts daudz biežāk mijiedarbojas ar enzīma aktīvo centru. Šajā gadījumā fermentatīvā reakcija neapstājas, bet tikai palēninās. Ja inkubācijas vidē tiek izveidots pārmērīgs substrāta daudzums, tad konkurējošā inhibīcija tiek pārtraukta. Nekonkurējošas inhibīcijas gadījumā inhibitoram nav strukturālu līdzību ar substrātu. Tāpēc substrāta koncentrācijas palielināšanās nevar izraisīt inhibitora pārvietošanu no fermentu - inhibitoru kompleksa, kā tas notiek konkurējošās inhibīcijas laikā. Nekonkurējošas kavēšanas piemērs ir cianīdu savienojumu ietekme uz citohroma oksidāzi (sk. Citohromi).

Kopā ar enzīmu inhibitoriem pastāv arī to aktivatori. Ļoti bieži metāla joni spēlē aktivatoru lomu. Bieži vien metāla jonu kā aktivatora darbība ir substrāta saistīšana ar fermentu. Dažos gadījumos metālu jonu darbība ir absolūti specifiska, tas ir, dotā enzīma aktivizēšanai nepieciešama īpaša jona klātbūtne. Tomēr ir fermenti, kurus vienādi var aktivizēt ar tiem pašiem metāla joniem. Metāla jons var būt enzīma aktīvā centra nemainīga sastāvdaļa. Šādi fermenti saņēma nosaukumu īstie metalloenzīmi (sk. Metalloproteīni). Citos gadījumos metāla jons nav pastāvīgi piesaistīts fermentam un var darboties tikai kā tilts starp fermentu un substrātu. Šajā gadījumā fermenta-substrāta kompleksa veidošanās notiek pakāpeniski. Biežāk, pirmkārt, metāla jons apvienojas ar fermentu, un pēc tam fermenta - metāla - substrāta komplekss.

Kā aktivētāji fermenti var darboties arī cisteīns (sk.), Reducēts glutations (sk.), Merkaptoetanols un citas vielas, kas satur brīvas SH grupas (sk. Sulfhidrilgrupas). Šādu savienojumu aktivizējošā iedarbība slēpjas faktā, ka tie atjauno neaktīvā fermenta disulfīdu saites (–S-S saites), veidojot brīvas SH grupas, kas ir vajadzīgas fermentiem, lai parādītu tā katalītisko aktivitāti.

Vēl viens aktivizācijas piemērs ir neaktīvo enzīmu prekursoru (proenzīmu vai zimogēnu) pārvēršana aktīvos enzīmos. Šajā gadījumā aktivizācijas pamatā ir vienas vai vairāku peptīdu saišu hidrolīze proenzīma molekulā proteolītisko enzīmu ietekmē. Tātad tripsīna proenzīma - tripsinogēna polipeptīdu ķēdes sastāvs satur 229 aminoskābju atlikumus. Peptīdu saites hidrolīzes rezultātā starp 6. un 7. aminoskābes atlikumiem N-terminālais heksapeptīds tiek nošķelts no tripsinogēna polipeptīda ķēdes, pēc kura tiek radīti apstākļi tripsīna aktīvā centra veidošanai..

Fermentu klasifikācija un nomenklatūra

Saskaņā ar mūsdienu klasifikāciju, ko izstrādājusi Starptautiskās Bioķīmiskās savienības Starptautiskā enzīmu komisija un apstiprināta Starptautiskās Bioķīmiskās savienības Ģenerālās asamblejas sanāksmē 1961. gadā Maskavā, katram klasifikācijā iekļautajam fermentam ir kods, kas sastāv no četriem skaitļiem, kas atdalīti ar periodiem. Pirmais skaitlis nosaka klasi, otrais norāda apakšklasi, trešais norāda apakšklasi un ceturtais norāda fermenta kārtas numuru apakšklasē. Visus fermentus pēc katalizētās reakcijas veida iedala sešās klasēs: oksidoreduktāzes (sk.), Transferāzes (sk.), Hidrolāzes (sk.), Lāzes, izomerāzes (sk.), Ligāzes (sintēzes). Oksidoreduktāzes katalizē redoksreakcijas (sk.); transferāzes - ķīmisko grupu pārnešanas reakcijas (skatīt Remetilēšana, Atkārtota sulfidēšana, Refosforilēšana, Transaminēšana); hidrolāzes - substrātu hidrolīzes reakcijas (sk.); līzes - ķīmiskās šķelšanās reakcijas. grupas nehidrolītiski; izomerāze - dažāda veida izomerizācijas reakcijas; ligases (synthetases) - sintēzes reakcijas, kas saistītas ar ATP vai tā analogu šķelšanos. Fermentu klases savukārt tiek sadalītas noteiktā skaitā apakšklases, kuras tiek sadalītas apakšklasēs. Apakšklases nosaukums un numurs raksturo ķīmiju. substrāta raksturs un tā molekulu atomu grupa, kas mainās atbilstoši attiecīgā enzīma iedarbībai, apakšklases nosaukums un numurs, kā likums, norāda šīs atomu grupas ķīmisko raksturu substrāta molekulā. Piemēram, liāzēm apakšklases nosaukums un numurs norāda sadalāmās grupas tipu, hidrolāzēm - hidrolizējamās saites veidu un oksidoreduktāzēm - otrā substrāta veidu..

Starptautiskā bioķīmiskā savienība pieņēma divas fermentu nomenklatūras: sistemātisku un triviālu (darba). Sistemātiskais nosaukums sastāv no divām daļām. Pirmā daļa ir substrāta (-u) nosaukums, otrā daļa ar “-ase” galu norāda reakciju, ko katalizē ferments. Kā fermenta triviālie nosaukumi vairumā gadījumu tiek saglabāti vispārpieņemtie tradicionālie nosaukumi. Piemēram, ferments, kas hidrolītiski urīnvielu sadala amonjakā un oglekļa dioksīdā (oglekļa dioksīdā), pieder pie hidrolāžu klases. Tās kods ir KF 3.5.1.5, sistemātiskais nosaukums ir urīnviela-amidohidrolāze, un tās triviālais nosaukums ir ureāze..

Fermenta aktivitātes vienības

Fermentu kvantitatīvā satura noteikšana bioloģiskos objektos rada zināmas grūtības, jo ar retiem izņēmumiem fermenti audos atrodas nenozīmīgā koncentrācijā. Tāpēc tieši netiek noteikta fermenta koncentrācija, bet gan tā aktivitāte. Fermenta aktivitāti vērtē pēc fermentatīvās reakcijas ātruma, tas ir, ar substrāta samazināšanās ātrumu vai reakcijas produktu veidošanās ātrumu.

Starptautiskā bioķīmiskā savienība ieteica starptautisko enzīmu aktivitātes vienību (ME). Viena starptautiska vienība atbilst fermenta daudzumam, kas sagriezts katalizē 1 μmol substrāta pārvēršanu 1 minūtē. optimālos apstākļos šim fermentam. Tomēr ME nevar uzskatīt par SI sistēmas vienību, jo minūte ir ārpus sistēmas esoša vienība.

Fermentu aktivitātes vienība SI ir katal (kat) un tā atvasinājumi (mkat un citi). Viens Katal ir fermenta daudzums, kas nepieciešams vienas molekulas substrāta katalītiskai pārvēršanai 1 sekundē. Fermenta aktivitāti asins serumā saskaņā ar SI sistēmu izsaka katala un tā frakcijās litrā.

Fermenta lokalizācija šūnā

Gandrīz visi fermenti funkcionē tajās šūnās, kurās notiek to biosintēze. Izņēmums ir gremošanas trakta enzīmi, kā arī daži plazmas enzīmi, jo īpaši tie, kas iesaistīti asins sarecēšanas procesā (sk. Asins sarecēšanas sistēma)..

Konstatēts, ka RNS polimerāzes ir lokalizētas šūnas kodolā (skat.) (Sk. Polimerāzes), tas ir, fermentos, kas iesaistīti visu veidu ribonukleīnskābju sintēzē. Kodolā ir fermenti, kas katalizē dezoksiribonukleīnskābju replikācijas (skat.) Un reparācijas procesus (sk. Ģenētisko bojājumu labošana), NAD sintēzi un dažus citus. Ar mitohondrijiem (sk.) Ir saistīti piruvāta dehidrogenāzes kompleksa (sk. Piruva skābi) fermenti, trikarbonskābes cikls (sk. Trikarboksilskābes, cikls), taukskābju oksidācija (sk.), Urīnvielas sintēze, elpošanas ķēžu enzīmi (sk. Elpošanas fermenti, Citohromi). ), oksidatīvā fosforilēšana (sk. Bioloģiskā oksidācija) utt. Lizosomas (sk.) galvenokārt satur hidrolītiskos enzīmus ar optimālu enzimātisko aktivitāti pH diapazonā 5,0. Tajās lokalizētā enzīma hidrolītiskā rakstura dēļ šīs daļiņas sauca par lizosomām. Ar ribosomām (sk.) Ir saistīti olbaltumvielu sintēzes fermenti, kas katalizē polipeptīdu ķēžu veidošanos no atsevišķām aminoskābēm (sk. Olbaltumvielas, biosintēze). Endoplazmatiskā retikulumā (sk. Endoplazmatiskā retikulā) tiek lokalizēti lipīdu sintēzes fermenti (sk.), Kā arī fermenti, kas iesaistīti hidroksilēšanas reakcijās (mikrosomu oksidācijas enzīmu sistēma). ATPāze galvenokārt ir saistīta ar plazmas membrānu (sk. Adenozīna trifosfatāzes), kas nodrošina Na + un K + jonu, adenilāta ciklāzes (sk. Adenozīna fosforskābes) un daudzu citu enzīmu transportu. Hialoplazmā (sk.) Lokalizētie fermenti ir glikolīze, pentozes cikls (sk. Ogļhidrātu metabolisms), taukskābju, mononukleotīdu sintēze, aminoskābju aktivizēšana, daudzi glikoneoģenēzes enzīmi utt..

Īpašu enzīmu grupu veido multienzīmi (multienzīmi) vai multimolekulāri enzīmu kompleksi (sistēmas), kas satur vairākus fermentus, kas katalizē substrāta transformācijas secīgas reakcijas. Polinezīmu sistēmas ir lokalizētas hialoplazmā vai intracelulārā struktūrā tādā veidā, ka katrs ferments atrodas tiešā tuvumā fermentam, kas katalizē nākamo reakciju šīs reakcijas secības ķēdē. Sakarā ar šo izvietojumu tiek samazināts substrātu un reakcijas produktu difūzijas (skat.) Laiks, tas ir, visa savstarpēji saistīto reakciju ķēde tiek stingri koordinēta laikā un telpā.

Tipisks šādu sistēmu piemērs ir multienzīmu kompleksi, kas katalizē piruva un aketoglutārskābju oksidatīvo dekarboksilāciju (sk.), Augstāku taukskābju sintēzi, kā arī elektronu pārnesi no substrātiem uz skābekli caur elpošanas enzīmu sistēmu (sk.). Enzīmu sistēmu norobežošana ar noteiktām intracelulārām struktūrām jeb nodalīšana nodrošina, ka šūnā vienlaikus notiek ķīmiski nesaderīgas reakcijas. Tātad šūnā vienlaikus notiek augstāku taukskābju oksidēšana par acetil-CoA un pretējā virzienā - to sintēze no acetil-CoA. Šie procesi notiek dažādās šūnas daļās: taukskābju oksidēšana mitohondrijos un sintēze hialoplazmā..

Ir fermenti, kas atrodami dažādās šūnas daļās. Tātad aspartāta aminotransferāze (sk. Aminotransferāzes) ir lokalizēta gan mitohondrijos, gan citoplazmā, tomēr tie ir divi tā izoenzīmi - mitohondriji un citoplazma, kas atšķiras pēc vairākām fizikāli ķīmiskajām īpašībām. Pazīstamas ir arī malāta dehidrogenāzes mitohondrijas un citoplazmas (sk.) Utt..

Fermentu sadalījums orgānos un audos

Gandrīz katrā dzīvā šūnā ir savs specifisko enzīmu komplekts, tāpēc to sadalījums dažādos orgānos un audos ievērojami atšķiras. Daži fermenti ir atrodami tikai noteiktā orgānā. Kā piemērus var minēt ornitīna-karbamoiltransferāzi (EC 2.1.3.3.), Kas atrodama tikai aknās, un skābo fosfatāzi (skatīt fosfatāzes), visaugstāko griezuma aktivitāti nosaka prostatas dziedzerī. Tomēr dažādos cilvēka orgānos un audos ir atrodami daudzi fermenti, piemēram, laktāta dehidrogenāze, aspartāta un alanīna aminotransferāzes, aldolāze (fruktozes bisfosfāta aldolāze; EC 4.1.2.13) utt., Bet tie tajos atrodas dažādās koncentrācijās.

Absolūti skaidrus un reproducējamus noteiktā enzīma aktivitātes mērījumus visos audos nav viegli veikt, jo metodes audu ekstrakta iegūšanai un fermenta pārnešanai šķīstošā stāvoklī, kas ir piemērotas vienam audam, var nebūt pietiekami efektīvas citiem; līdzīgas grūtības rodas, izvēloties apstākļus fermentu aktivitātes mērīšanai.

Fermentatīvās aktivitātes intracelulārā regulēšana

Vienkāršākais fermentatīvās aktivitātes regulēšanas veids, tas ir, metabolisma procesu regulēšana, ietekmē galvenos parametrus, kas ietekmē fermentatīvās reakcijas ātrumu (pH, temperatūra, substrāta un koenzīmu koncentrācija, inhibitoru un aktivatoru klātbūtne). Piemēram, jebkurš process, kas var mainīt barotnes reakciju šūnā, var ietekmēt noteiktas fermentatīvas reakcijas ātrumu. Ja normāla substrāta koncentrācija šūnā ir zem Mihaēla konstantes, tad fermentatīvās reakcijas ātrums krasi mainīsies atkarībā no substrāta satura.

Vēl vienu izplatītu metabolisma procesu regulēšanas veidu nodrošina tā saukto allosterisko enzīmu darbība. Svarīgas idejas par šīs parādības mehānismu 1963. gadā formulēja franču pētnieki F. Yahakob, Mono (J. L. Monod) un Shanzhe (J. P. Changeux). Viņi postulēja pozīciju, saskaņā ar kuru enzīmu aktivitātes samazināšanās vai palielināšanās in vivo parasti ir steriskās konfigurācijas izmaiņu rezultāts - enzīmu molekulu konformācija (sk.) Atbilstošo inhibitoru vai aktivatoru pievienošanās rezultātā dažādu metabolītu lomā citām enzīmu nekatalītiskajām vietām. Šīs vietas sauc par allosteriskajiem jeb normatīvajiem centriem (grieķu alios atšķirīgi, dažādi). Inhibitoru pievienojot enzīma alosteriskajam centram, tā aktīvā centra mijiedarbība ar substrātu kļūst neiespējama, neskatoties uz to, ka aktīvās grupas enzīma katalītiskajā vietā paliek atbloķētas. Tieši pretēji, allosteriskā aktivatora ietekmē notiek aktīvā centra konfigurācijas izmaiņas, kas izraisa enzīma katalītiskās aktivitātes palielināšanos.

Trešais fermentatīvās aktivitātes regulēšanas veids ir izmaiņas enzīma koncentrācijā, kas rodas, stimulējot vai kavējot tā biosintēzi, vai mainoties tā katabolisma ātrumam. Pastāv arī fermentatīvās aktivitātes regulēšana, izmantojot savstarpēji aizvietojamas enzīmu formas. Piemēram, muskuļu audu fosforilāze, kas katalizē glikogēna (sk.) Sadalīšanos līdz glikozes-1-fosfātam (sk. Fosforilāzes), var pastāvēt divās formās - a un b. Fosforilāzes molekula sastāv no četrām identiskām apakšvienībām, un fosforilāze b sastāv no divām. Fizioloģiskos apstākļos aktīvā forma pārsvarā ir fosforilāze. Vairāku hormonu ietekmē un piedaloties adenilāta ciklāzes sistēmai, fosforilāze b spēj pārvērsties fosforilāzē.

Fermentu izolēšana un attīrīšana. Dzīvnieku, mikroorganismu, augu šūnās, bioloģiskajos un kultūras šķidrumos fermenti atrodas sarežģītā maisījuma ķīmiskajā sastāvā. Fermentu izolēšanai un attīrīšanai, lai izpētītu to īpašības, nozīmi metabolisma un enerģijas regulēšanā (sk.), Kā arī diagnostikas vai terapeitiskos nolūkos tiek izmantotas dažādas metodes un paņēmieni. Fermentu izolēšanai un attīrīšanai nav un nevar būt neviena standarta, universāla shēma, jo fermentu strukturālās un fizikāli ķīmiskās atšķirības ir ārkārtīgi lielas. Tajā pašā laikā metodoloģiskajā pieejā īpašu atzīmju noteikšanai fermentu izolēšanai un attīrīšanai var atzīmēt zināmu vispārīgumu..

Ja mēs runājam par šūnu enzīmu, tad vispirms ir nepieciešams iznīcināt šūnas un pārnest fermentu šķīdumā. Šim nolūkam šūnu membrānu var iznīcināt, sasaldējot un atkausējot šūnu masu, homogenizējot, sasmalcinot ar slīpētu stiklu vai alumīnija oksīda pulveri, veicot ultraskaņu un izmantojot citas īpašas metodes. Piemēram, dažos gadījumos ieteicams šūnas apstrādāt ar acetonu, kamēr šūnu sienas tiek iznīcinātas, biomasa tiek dehidrēta, un fermenti paliek sausā pulverī, no kura tos ekstrahē ar buferšķīdumu.

Neatkarīgi no šūnu iznīcināšanas metodes primārais ekstrakts, kas satur enzīmu, parasti ir iznīcināto šūnu suspensija buferšķīdumā, bieži satur dažādu sāļu, antioksidantu un citu vielu piedevas.

Nākamajā fermentu attīrīšanas posmā šī suspensija tiek centrifugēta, lai atdalītu neskartas šūnas, šūnu membrānu fragmentus un dažos gadījumos kodolus, mitohondrijus un citus šūnu organellus. Supernatants, kas iegūts pēc centrifugēšanas, satur enzīma, strukturālo olbaltumvielu, nukleīnskābju, polisaharīdu un citu savienojumu kompleksu maisījumu. Lai noņemtu balasta vielas, piemēram, nukleīnskābes, tās izgulsnē ar streitomicīna sulfātu, irotamīna sulfātu, polietilēnimīnu, un, lai noņemtu piemaisījumu proteīnus, tās izgulsnē ar amonija sulfātu, organiskajiem šķīdinātājiem (acetonu, izopropanolu, etanolu utt.), Kā arī termisko apstrādi vai apstrādi ar skābi un citas ietekmes. Lai noņemtu mazmolekulārus savienojumus, tiek izmantota dialīze (sk.) Vai filtrēšana caur neskartiem, ķīmiski inertiem, želejveida dekstrāna pildvielām, kas izkliedētas stikla kolonnā (sk. Gēla filtrēšana), piemēram, Sephadexes G-10, G-15, G-25..

Lielākajai daļai enzīmu šīs tīrīšanas metodes nav pietiekamas, un tad turpmākajos izolācijas posmos tiek izmantotas smalkākas frakcionēšanas metodes - elektroforēze (sk.), Izoelektriskā fokusēšana (sk. Izoelektrisko punktu), jonu apmaiņas hromatogrāfija (sk.), Afinitātes hromatogrāfija utt..

Fermenti un klīniskā medicīna

Var izdalīt trīs galvenās enzīmu izpētes jomas, kas ir tieši saistītas ar klīnisko medicīnu. Tā ir enzīmu diagnostika, fermentamatopatoloģija (sk. Enzimopātijas) un fermentu terapija (sk.).

Enzimodiagnostika - fermentu aktivitātes noteikšanas izmantošana diagnostikas nolūkos. No klīnikā izmantotajām bioķīmiskajām diagnostikas metodēm visjutīgākie un specifiskākie ir fermentatīvie testi. Interese par enzīmu aktivitātes izpēti diagnostikas nolūkos neaprobežojas tikai ar to vērtības noteikšanu asins serumā. Vairāku enzīmu aktivitātes noteikšana tiek veikta urīnā, cerebrospinālajā, sēklu, sinoviālajā un citos šķidrumos; eritrocītos, baltajās asins šūnās un trombocītos noteiktu asins enzīmu aktivitāti galvenokārt nosaka asins slimību diagnostikā. Bieži vien svarīga diagnostiska vērtība, īpaši iedzimtu slimību gadījumā, ir fermentu aktivitātes izpēte materiālā, kas iegūts biopsijas rezultātā.

Klīnikā, pētot fermentu aktivitāti asins serumā (plazmā), var noteikt divu veidu izmaiņas - enzīmu aktivitātes palielināšanos vai hiperfermentemiju, ko parasti izraisa fermentu intracelulārās organizācijas traucējumi un šūnu membrānu patoloģiskā caurlaidība, kā arī asinīs pastāvīgi esošo enzīmu aktivitātes samazināšanās vai hipogēna līmeņa pazemināšanās. kas var būt saistīts ar ģenētiski noteiktiem enzīmu defektiem vai ar inhibitoru un citu aģentu darbību, kas samazina fermentu aktivitāti.

Dažādu enzīmu izdalīšanās ātrums no bojātiem audiem ir atkarīgs no vairākiem faktoriem. Viens no tiem ir tā sauktais. koncentrācijas gradients (sk. Gradients), kas dažādiem fermentiem un šūnu veidiem nav vienāds. Fermentu aktivitāte šūnās parasti pārsniedz to aktivitāti ārpusšūnu šķidrumā tūkstošiem un desmitiem tūkstošu reižu. Vēl viens faktors, kas nosaka fermenta izdalīšanās ātrumu no šūnas, ir tā molekulu lielums, to relatīvais mols. svars (masa). Trešais faktors ir enzīmu intracelulārā lokalizācija, to integrācija ar noteiktām šūnu struktūrām.

Praksē dažādu klīniski diagnostisko laboratoriju darbs atrod pielietojumu vairāk nekā 100 fermentu testiem, taču visbiežāk izmantotie ir asiatoraminotransferāzes (Ac AT), alanīna aminotransferāzes (AlAT), kreatīna fosfokināzes (CPK), laktāta dehidrogenāzes (LDH), glutenāzes aktivitātes noteikšana., sorbīta dehidrogenāze (LDH), sārmainās un skābes fosfatāzes (ALP un CF), gamma-glutamiltransferāze (G-GTP), leicīna aminopeptidāze (LAP), holīnesterāze (CE) un amilāze.

Savlaicīga vairāku fermentu aktivitātes noteikšana asins serumā nodrošina agrīnu akūta miokarda infarkta, vīrusu hepatīta, pankreatīta, nefrīta un nefrozes, sistēmisku asins slimību utt. Diagnostiku. Fermentu diagnostikas efektivitāti un uzticamību vērtē pēc diviem kritērijiem - fermentu testa jutīguma un tā specifikas. Testa jutība tiek uzskatīta par labu, ja enzīmu aktivitātes līmenis asins serumā, kas noteikts, izmantojot to, ar patoloģiju vienmēr pārsniedz normu. Fermentu testa specifiskums tiek uzskatīts par augstu, ja fermenta aktivitāte asins serumā, kas noteikts ar tā palīdzību, mainās tikai ar vienu slimību vai nelielu slimību grupu. Tomēr, lai arī vairums fermentu testu, kas sastāv no fermenta kopējās aktivitātes noteikšanas asins serumā, šajā sakarā nav īpaši specifiski..

Enzimopatoloģija - enzīmu aktivitātes izmaiņu izpēte patoloģiskos apstākļos un to lomas noskaidrošana slimību patoģenēzē. Iepriekš enzimopatoloģijas intereses aprobežojās ar stingri noteiktu iedzimtu slimību klāstu, ko sauca par enzimopātijām. Ir zināmi simtiem dažādu iedzimtu slimību (sk.), Ko izraisa iedzimts metabolisma defekts fermentatīvu traucējumu dēļ. Pie šādām slimībām pieder neskaitāmas glikozidozes (sk. Glikozidozes), lipidozes (sk.), Glikogenozes (sk.), Ģenētiski radīti aminoskābju metabolisma traucējumi - fenilketonūrija (sk.) Utt..

Tomēr fermentu spektri audos mainās ne tikai ar iedzimtām slimībām, bet arī ar lielāko daļu citu slimību. Šajā sakarā 1969. gadā A. A. Pokrovskis ierosināja jaunu fermentu patoloģijas definīciju, ar kuras palīdzību viņš saprata visas noturīgās izmaiņas orgānu un audu enzīmu spektrā, izraisot patoloģiskā procesa attīstību. Saskaņā ar enzimopātiju klasifikāciju, pēc A. A. Pokrovsky domām, pastāv šādi veidi: iedzimtie enzīmi, gremošanas fermenti, fermenti, ko izraisa neirohumorālas regulācijas traucējumi, toksiski fermenti, fermenti, kas saistīti ar traucētu fermentatīvo procesu intracelulāro organizāciju.

Fermentu un to darbības regulatoru (aktivatoru un inhibitoru) kā zāļu lietošana veido fermentu terapijas saturu. Līdz 20. gadsimta 80. gadiem klīnikā terapeitiskos nolūkos tika izmantoti vairāk nekā 50 dažādi fermentu preparāti (sk.). Tātad ar gremošanas traucējumiem pepsīna kristāliskos preparātus plaši izmanto kā aizstājterapijas līdzekli. Ļoti svarīga un daudzsološa ir tripsīna un himotripsīna kā pretiekaisuma līdzekļu un līdzekļu, kas atvieglo viskozo noslēpumu un eksudāta noņemšanu iekaisuma laikā, izmantošana. Klīnikā arvien biežāk tiek izmantoti hialuronidāzes preparāti (sk.) - lidāze, ronidāze, ir ieteikumi kolagēnāzes lietošanai (sk.). Kā fibrinolītisks līdzeklis tiek izrakstīts medikaments fibrinolizīns (sk.), Kā arī streptodekāze, streptokināzes zāles (KF 3.4.99.22) un citi (sk. Fibrinolītiskie līdzekļi)..

Terapeitiskos nolūkos tiek izmantoti ne tikai paši fermenti, bet arī to inhibitori un aktivētāji. Dabiskos peptīdu hidrolāzes inhibitorus (sk.) Veiksmīgi izmanto akūta pankreatīta, artrīta, alerģisku slimību ārstēšanā. Tā kā zāles izraksta ogļskābes anhidrāzes (skatīt), monoamīnoksidāzes (skatīt) un citu enzīmu inhibitorus. Peptidildipeptidāzes enzīma inhibitoru (EC 3.4.15.1) klīniskā lietošana, kas spēj koordinēt kinīna un renīna-angiotenzīna sistēmu darbību (sk. Kinīni) un līdz ar to piedalīties asinsvadu tonusa regulēšanā, paver lielas perspektīvas. Terapeitiskos nolūkos izmantojiet tā saucamās antienzīmu vielas - zāles, kas selektīvi nomāc noteiktu enzīmu aktivitāti.

Jauna, daudzsološa joma ir saistīta ar imobilizētu enzīmu izmantošanu. Šādām enzīmu preparātu formām ir raksturīga pilnībā saglabāta atbilstošā enzīma katalītiskā aktivitāte, tomēr imobilizētā enzīma darbība organismā ir ilgāka un fermenta olbaltumvielu antigenitāte tiek samazināta. Pavisam nesen ir iegūti imobilizēti fibrinolītiskas darbības fermentu preparāti. Jo īpaši imobilizētai ūdenī šķīstošai streptodecasei ir izteikta pozitīva terapeitiskā iedarbība plaušu embolijas un koronāro trombožu gadījumā.

Histoķīmiskās metodes enzīmu noteikšanai audos

Fermentus var pētīt, izmantojot gan ķīmiskās, gan histoķīmiskās metodes. Pēdējie ļauj jums izpētīt enzīmus normālos un patoloģiski izmainītos orgānos, audos un šūnās, neizmantojot iepriekšēju pētītā objekta iznīcināšanu (piemēram, homogenizāciju). Fermentu histoķīmija kalpo kā saikne starp to morfoloģiju un bioķīmiju.

Fermenti katalizē vielmaiņas reakcijas, pārveidojot substrātu. Tieši uz šī pamata ir balstīta lielākā daļa histoķīmisko enzīmu noteikšanas metožu. Cita pieeja balstās uz fermentu olbaltumvielu raksturu un balstās uz imūnhistoķīmiskajām metodēm. Ir autoradiogrāfiskas metodes fermentu noteikšanai, kas saistīti ar īpašu marķētu inhibitoru lietošanu. Ja fermentu histoķīmiskā noteikšana ir svarīga, ir svarīgi fermentatīvās reakcijas produktu iegūt un padarīt redzamu fermentu lokalizācijas vietā. Tajā pašā laikā labi jāsaglabā audu un šūnu struktūra, kas ir nepieciešama, lai precīzi noteiktu fermentu lokalizāciju un novērtētu fermentatīvo aktivitāti, īpaši ar elektronu mikroskopiju..

Histoķīmiskajā fermentu noteikšanā pēc iespējas precīzāk jāievēro šādas prasības. Audu un griezumu sagatavošana nedrīkst ietekmēt pētītā fermenta sadalījumu un aktivitāti. Inkubācijas barotnes substrātam un palīgreaģentiem ar vienādu ātrumu jāiekļūst visās šūnās un to komponentos un tie nedrīkst traucēt fermentatīvās aktivitātes izpausmēm. Nepieciešams, lai substrātu, ja iespējams, sašķeltu tikai viens enzīms, un fermentatīvās reakcijas produktu, palīgreaģentus uztver ļoti ātri un neatkarīgi no šūnas ieskaujošās vides. Ir nepieciešams, lai gatavais reakcijas produkts uzreiz izgulsnētos un praktiski nešķīst ūdens šķīdumos un lipīdos, tam būtu amorfa vai mikrokristāliska struktūra un tas būtu stabils. Reakcijā iesaistītajām vielām nevajadzētu saistīties vai adsorbēt citas struktūras, izņemot fermentatīvi aktīvās. Parasti visas šīs prasības ir diezgan grūti izpildīt, tāpēc katrai histoķīmiskajai reakcijai tiek izvēlēta vajadzīgo nosacījumu kompromisa kombinācija.

Histoķīmiskās metodes fermentu noteikšanai, kas saistīti ar to darbību uz substrātu, balstās uz vairākiem reakciju veidiem.

Nokrišņu reakcijās ir vairākas iespējas. Produkta nokrišņi substrāta fermentatīvā šķelšanā ar metāla joniem ar sekojošu iegūtā kompleksa izpausmi krāsaina reakcijas produkta veidā fermentu vietā tiek izmantoti, lai noteiktu fosfatāzes, sulfatāzes, holīnesterāzi; vienlaicīgas apvienošanas metode, kad substrāta fermentatīvās šķelšanās produkts reaģē ar apvienojošo līdzekli, veidojot nešķīstošu krāsvielu, to izmanto, lai noteiktu fosfatāzes, glikozidāzes, karboksilteterāzes un peptīdu hidrolazes; tos pašus fermentus atklāj, izmantojot indigo metodes, kurās šķelšanās un izgulsnēšanas reakciju rezultātā veidojas zils indigo. Tetrazolija metodes, kuru pamatā ir formazānu veidošanās substrāta fermentatīvas oksidācijas un tetrazolija sāls reducēšanas rezultātā (sk. Tetrazolium sāļi), tiek izmantotas, lai noteiktu oksidoreduktāzes, heksokināzi, aldolazi un citus fermentus.

Secīgās savienošanas reakcijas tiek veiktas divos posmos: vienā barotnē substrāts tiek fermentatīvi sadalīts, veidojot nešķīstošu produktu, otrā - šī produkta kombinēta reakcija, lai vizualizētu to ar atbilstošo līdzekli; šīs reakcijas izmanto fosfatāžu (sk.) glikozidāžu un citu enzīmu noteikšanai.

Sintēzes reakcijas, ko izmanto noteiktu transferāžu noteikšanai, notiek divos posmos un ietver nešķīstošas ​​vielas sintēzi no šķīstoša substrāta, kas ir redzama, izmantojot citu īpašu reakciju..

Reakcijas, izmantojot substrāta plēvi, kas satur substrātu vai sastāv no tā, ir tāda, ka uz plēves tiek uzgriezts griezums, ferments sašķeļ atbilstošo substrātu, pēc tam substrāts tiek iekrāsots, un fermenta lokalizācijas vietas paliek nekrāsotas. Šī metode kalpo proteāžu (sk. Peptīdu hidrolāzes), nukleāžu (sk.), Amilāžu (sk.) Identificēšanai..

Izmantojot histoķīmiskās metodes, iegūst informāciju par enzīmu lokalizāciju un aktivitāti audu sekcijās. Tomēr sekciju sagatavošanas laikā fermentatīvo aktivitāti var ievērojami samazināt. Turklāt fiksācijas procesā tos fermentus, kas ir brīvi piesaistīti membrānas struktūrām, daļēji vai pilnībā mazgā vai izkliedē no audiem inkubācijas vidē, tāpēc, izmantojot parastās histoķīmiskās metodes, var noteikt tikai fermentus, kas ir stingri piesaistīti šūnu struktūrām vai fiksācijas rezultātā tiek sekundāri imobilizēti. audi. Šķīstošo enzīmu histoķīmiskai noteikšanai ir īpašas metodes, kuru pamatā ir fermentu imobilizācija to lokalizācijas vietā..

Fermentu noteikšanas histoķīmisko metožu galvenais mērķis, pirmkārt, ir precīzi noteikt to lokalizācijas vietu, un nav tik svarīgi, lai dažreiz netiktu sasniegti optimālie apstākļi fermentatīvo reakciju rašanās gadījumam, piemēram, ar izvēlētu substrāta koncentrāciju netiek nodrošināta nulles kārtas reakciju kinētika vai reakcija jāveic ar suboptimālu. pH vērtības utt. Tomēr kvantitatīvajos histoķīmiskajos pētījumos ir nepieciešams ne tikai precīzi noteikt dažādu fermentu lokalizāciju, bet arī noteikt atšķirības to darbībā, tāpēc šajā gadījumā izšķiroša nozīme ir substrāta koncentrācijai, sekciju biezumam un inkubācijas laikam. Fermentu histoķīmisko pētījumu procesā kvantitatīvos mērījumus var veikt inkubācijas vides klātbūtnē, ļaujot noteikt patiesas enzīmu aktivitātes pakāpes vietējās atšķirības bez būtiskiem zaudējumiem. Šie mērījumi tiek veikti, izmantojot citofotometriju (sk.), Mikrodensitometriju (sk. Densitometriju), interferences mikroskopiju (sk. Mikroskopisko pētījumu metodes) un citas metodes. Fermentatīvās aktivitātes mērs var būt precīzs inkubācijas laiks, kas vajadzīgs, lai mikroskopiski reģistrētu reakcijas produktu veidotos noteiktos salīdzinātos šķēles posmos, kā arī citi parametri, piemēram, noteikta viļņa garuma raidītās gaismas absorbcijas pakāpe utt..

Fermentu histoķīmiskās noteikšanas procedūra sastāv no vairākiem posmiem: lodīšu ņemšana, sekojoša apstrāde un inkubācija. Pēc parauga ņemšanas audi jāapstrādā ar maksimālu ātrumu, jo autolītisko procesu rezultātā laika gaitā mainās enzīmu lokalizācija un aktivitāte. Materiāla daudzumu un daudzumu nosaka pētījuma mērķi, preparāta raksturs, orgāna tips.

Turpmākās apstrādes pakāpes ir atkarīgas no pētāmā fermenta, pētījuma uzdevuma un noteikšanas metodes. Fiksācijai jutīgi enzīmi (vairums dehidrogenāžu, transferāžu, citohroma oksidāzes, lāzes) vislabāk tiek pētīti uz nefiksētiem audiem. Citiem fermentiem (tetrazolija reduktāze, daudzas hidrolāzes, dažas peroksidāzes) piemīt relatīva fiksācijas stabilitāte, un tāpēc tie ir atrodami fiksētā materiālā. Daudzi fermenti šķīst, tāpēc jāveic pasākumi, lai novērstu to iekļūšanu inkubācijas šķīdumā. Šim nolūkam tiek izmantoti gēla barotnes vai puscaurlaidīgas membrānas, kas darbojas kā difūzijas barjera..

Pētījuma mērķi un izvēlētā metode nosaka turpmākās apstrādes iezīmes. Ja sekciju iegūšanai izmanto nefiksētus audus, tie tiek iepriekš sasaldēti. Sasalšanas rezultātā nekavējoties apstājas vielmaiņas procesi, autolīze, fermentu difūzija un citi.Saldēšana jāveic ļoti ātri un zemā temperatūrā (ne augstāk kā -70 °), lai izvairītos no ledus kristālu veidošanās, kas iznīcina šūnas. Saldēšanai izmanto šķidru oglekļa dioksīdu (oglekļa dioksīdu), šķidru slāpekli, propānu, kas atdzesēts ar šķidru slāpekli, petrolēteri, heksānu vai heptānu, atdzesētu ar acetona un sausa ledus maisījumu. Saldētu neiestiprinātu audu sadaļas jāveic kriostatā un pēc tam jānovieto uz stikla priekšmetstikliņiem vai pārsegiem vai daļēji caurlaidīgām membrānām. Saldētu audu bloku bloku sasaldēšanas - žāvēšanas un aizstāšanas metodes ir tehniski diezgan sarežģītas, laikietilpīgas un dažos gadījumos dod sliktākus rezultātus nekā kriostatisko sadaļu sasaldēšana - žāvēšana. Pēdējais nodrošina struktūru saglabāšanu un spēju noteikt gandrīz visus fermentus, kas pieejami ar histoķīmiskajām metodēm.

Fiksāciju galvenokārt izmanto fermentu intracelulāras lokalizācijas pētījumos. Šim nolūkam parasti tiek izmantoti aldehīdi (sk.) Un to maisījumi, audu fiksēšana tiek veikta gan blokos, gan sekcijās. Nav ieteicama fiksācija acetonā, pēc tam ielejot parafīnā vai celloidīnā. Fiksējot formaldehīdā vai glutaraldehīdā, ko izmanto visbiežāk, rezultāti (fermentatīvā aktivitāte, morfoloģiskās struktūras saglabāšana) ir atkarīgi no aldehīda koncentrācijas un tīrības, šķīdinātāja veida, pH, fiksācijas laika, temperatūras. No paraformaldehīda jāsagatavo formaldehīda šķīdums, nepievienojot skudrskābi un metanolu, kas pieejams komerciālā formaldehīdā. Glutaraldehīda šķīdums periodiski jāattīra no piemaisījumiem, piemēram, filtrējot caur dzīvnieku kokoglēm. Dažādu enzīmu jutība pret fiksāciju ir ļoti atšķirīga, un tas katrā gadījumā ir jāņem vērā. Lai palielinātu enzīmu atlikušo aktivitāti, audi pēc fiksācijas rūpīgi jānomazgā. Šī procedūra palielina fermenta atlikušo aktivitāti 2 līdz 3 reizes. Ūdens mazgāšanai, tekošam vai destilētam izmanto dažādus buferšķīdumus, fizioloģisko šķīdumu un saharozes šķīdumu. Atsevišķi fermenti mazgāšanu iztur atšķirīgi: dažu no tiem aktivitāte palielinās, palielinoties mazgāšanas laikam (piemēram, skābā fosfatāze, arilsulfatāze, NADH-tetrazolija reduktāze), šajos gadījumos audus vismaz 1 nedēļu var uzglabāt mazgāšanas šķidrumā 4 ° C temperatūrā. Citu enzīmu aktivitāte palielinās tikai mazgāšanas sākumā, un, kad tas turpinās, samazinās (piemēram, sārmainās fosfatāzes, ATPāzes). Fiksētu audu bloku sasaldēšanas paņēmieni, lai iegūtu sekcijas kriostatā vai (retāk) uz sasalšanas mikrotoma, principā ir tāds pats kā nefiksētu audu sasaldēšanas paņēmiens, izņemot to, ka fiksēto audu bloku sasaldēšanas ātrums nav nozīmīgs. Sasalšanas temperatūra ir no –10 ° līdz –30, atkarībā no mazgāšanai izmantotā šķidruma veida. Dažu neviendabīgu struktūru (ādas, liesas utt.) Orgānu sekciju sabrukšanas tendenci var novērst, iepriekš piesūcinot audu blokus pēc mazgāšanas ar glicerīna-želatīnu.

Audu blokos, kas iestrādāti parafīnā, vairākos apstākļos ir iespējams vienlaikus identificēt noteiktus fermentus, vienlaikus iegūstot pastāvīgi iekrāsotus histoloģiskos preparātus: sārmainā fosfatāze, peptīdu hidrolāze, glikamilāze sukas malā; esterāzes endoplazmatiskajā retikulumā un lizosomās; p-N-acetilglikozaminidāze, P-glikuronidāze šūnās ar augstu fizioloģisko aktivitāti.

Svarīgi fermentu histoķīmiskās identifikācijas posmi ir inkubācija, kas sastāv no sekciju uzturēšanas barotnē, kurā ir substrāts un palīgreaģenti, un preparāta sagatavošana mikroskopiskai izmeklēšanai. Inkubācija, kā likums, tiek veikta 37 °. Audu ar augstu fermentatīvo aktivitāti inkubē istabas temperatūrā, lai izvairītos no pārmērīgas reakcijas produkta veidošanās un tā difūzijas. Šķīstošo enzīmu histoķīmisko noteikšanu veic arī istabas temperatūrā. Dažreiz nepieciešama inkubācija 4 ° temperatūrā, īpaši, ja tiek noteiktas skābes hidrolāzes, peptīdu hidrolāzes, laktāze, kas samazina nespecifisko fona krāsu. Inkubācijas laikā tiek izmantotas brīvi peldošas sekcijas vai sekcijas, kas piestiprinātas pie stikla slaida vai pārsega; vajadzības gadījumā sekcijas var novietot uz puscaurlaidīgām membrānām. Parasti inkubāciju turpina, līdz pētāmajās šūnās un audos tiek iegūta apmierinoša pozitīva reakcija. Šo punktu var viegli noteikt, izmantojot tiešas enzīmu noteikšanas metodes (vienlaicīgas kombinācijas metode, indigēna un tetrazolija metodes). Izmantojot fermentu netiešas noteikšanas metodes (metodes, kurās izmanto metāla sāļus, secīgas kombinācijas, sintēzes reakcijas, vairums metožu ar substrāta plēvēm), reakcijas attīstību nevar vizuāli kontrolēt. šajos gadījumos ir nepieciešams inkubēt vairākas šķēles vienlaicīgi un attīstīt tos ar dažādiem laika intervāliem.

Fermentu histoķīmiskās noteikšanas, izmantojot gaismas mikroskopu, vispārējie principi, kas aprakstīti iepriekš, ir daudzu metožu un fermentu elektroniskās mikroskopiskās noteikšanas pamatā (sk. Elektronu mikroskopija). Fermentu elektroniskās mikroskopiskās noteikšanas iezīme ir nepieciešamība iegūt histoķīmiskās reakcijas produktu, kas ir necaurlaidīgs vai nedaudz caurlaidīgs elektroniem, kas rada elektroniem blīvas nogulsnes. Ja tūlīt veidojas nešķīstošs reakcijas produkts, tad, ja tam ir pietiekams elektronu blīvums, tas var tieši kalpot par enzīma atrašanās vietas ultrainfrastruktūras marķieri, pretējā gadījumā ir nepieciešams reakcijas produktu pārnest uz elektronu blīvu savienojumu, speciāli apstrādājot, izmantojot osmofiliskos reaģentus. Tomēr biežāk inkubācijas vide satur precīzu metālu reaģentu, ar kura palīdzību fermentatīvās šķelšanās produkts nekavējoties pārvēršas par izgulsnēto metāla sāli, kas lielā elektronu blīvuma dēļ ir skaidri redzams ultrastrukturālajos pētījumos..

Sīkāka informācija par enzīmu histoķīmiskās noteikšanas metodēm - skatīt, piemēram, rakstus par atsevišķiem fermentiem un to grupām. Dehidrogenāze, laktātadehidrogenāze, lipāze utt..

Kriminālistikas fermenti

Enzīmu kvalitatīvie un kvantitatīvie pētījumi tiek plaši izmantoti tiesu medicīnā zinātniskos pētījumos, kā arī ekspertu praksē. Pilnībā tas attiecas uz diferencētu enzīmu kopējās un audiem specifiskās aktivitātes noteikšanu, un dažos gadījumos fermentu olbaltumvielu (citohromi P-450 un P-420) daudzumu nāves noilguma tiesu medicīnas medicīnas iestādē. Šajā gadījumā tiek izmantota gan viena noteikta fermenta aktivitātes noteikšana orgānos, kuriem raksturīgi dažādi sirdsdarbības pārtraukšanas periodi, gan cilvēka ķermeņa viena orgāna, audu vai šķidrā barotnes kompleksa izpēte ar dažādu enzīmu aktivitātes noteikšanu tajos. Laktāta dehidrogenāzes, malāta dehidrogenāzes, sukcinātu dehidrogenāzes, glikozes-6-fosfāta dehidrogenāzes, skābju un sārmu fosfatāžu, katepsiņu (sk.), Holīnesterāzes un citohroma oksidāzes aktivitātes dinamikas izpēte kombinācijā ar citām pētījumu metodēm ļauj iegūt diezgan precīzu atbildi, ja laika jautājums nāves noilgums nepārsniedz 48 stundas. Aktivitātes noteikšana un fermentu satura kvantitatīvs novērtējums tiek izmantots arī, diagnosticējot intravitalālo izcelsmi un ierobežojot mīksto audu un iekšējo orgānu mehānisku bojājumu radīšanu.

Ekspertu praksē plaši tika izmantota metode saindēšanās ar fosfora organiskajiem savienojumiem (sk.) Ātrai diagnostikai, pamatojoties uz holīnesterāzes aktivitātes noteikšanu (skatīt) asins serumā, jo šī fermenta aktivitāte strauji pazeminās, līdz saindēšanās laikā ar šiem savienojumiem pilnībā izzūd..

Fermentu pētījumi tiek izmantoti arī, lai atrisinātu dažus personības identificēšanas jautājumus (sk.). Asins traipu izpētē jo īpaši izmanto eritrocītu skābes fosfatāzes, fosfātdehidrogenāzes, leicīna aminopeitidāzes izoenzīmu spektra noteikšanu, holīnesterāzes fenotipa, fosfo-glikomutazes, adenilāta kināzes noteikšanu, lai izslēgtu tās iespējamo izcelsmi no konkrētās aizdomās turētās, apsūdzētās vai citas personas.

Pētot LDH izoenzīmu sastāvu (atklājot LDH izoenzīmus, kas raksturīgi sēklu šķidrumam, pat gadījumos, kad nav spermatozoīdu), izmanto skābes fosfatāzes aktivitātes noteikšanu, kurai ir ļoti augsta sperma, lai pierādītu plankumu spermas izcelsmi.

Leikīna-aminopeptidāzes fenotipa noteikšana, jo īpaši šī fermenta papildu frakcijas noteikšana, kas parādās no 8. līdz 10. grūtniecības nedēļai un ilgst līdz 3 nedēļām pēc piedzimšanas, tiek izmantota grūtniecības un bijušās dzemdību diagnosticēšanai, pētot šķidrās asinis un to plankumus..

Bibliogrāfija: Berezovs T. T. un K orovkins B. F. Bioloģiskā ķīmija, 1.1., 1983; Ievads lietišķajā enimoloģijā, red. I. V. Berezina un K. Martineka, M., 1982; Vilkinsons D. Diagnostiskās enimoloģijas principi un metodes, trans. no angļu valodas., M., 1981; Diksons M. un Vebs E. Fermenti, trans. no angļu valodas., 1.-3. lpp., M., 1982; Ivanovs I. I., Korovkins B. F. un Markelovs I. M. Ievads klīniskajā enzimoloģijā, L., 1974; Kočetovs G. A. Enzimoloģijas praktiskais ceļvedis, M., 1980; Kurganov B. I. Allosteric fermenti, M., 1978; Leningers A. Bioķīmija, trans. no angļu valodas., M., 1976; Loyda 3., Gosspau R. un Schiebler T. Fermentu histoķīmija, trans. no angļu valodas., M., 1982; Melnikovs Y. L. un Zharov V. V. Nāves laika kriminālistiskā medicīniskā noteikšana, M., 1978. gads; Moss D. un Buttervorts P. Enzimoloģija un medicīna, trans. no angļu valodas., M., 1978; Naumenko V. G. un Mityaev N. A. Histoloģisko un citoloģisko pētījumu metodes kriminālistikā, M., 1980; Fermentu nomenklatūra, uz. no angļu valodas, redakcijā A. E. Braunšteins, M., 1979. gads; Pier A. Histochemistry, per. no angļu valodas., M., 1962; Tumanovs A. K. Lietas pierādījumu tiesu medicīniskās ekspertīzes pamati, M., 1975; Monods J., Changeukss J. - P. a. Jēkaba ​​F. Aliosa erie proteīni un šūnu kontroles sistēmas, J. molekulārie. Biol., V. 6. lpp. 306, 1963. gads.


S. S. Debovs, B. F. Korovkins, I. I. Votrins (bioķīmija); I. V. Buromsky (tiesa), H. T. Raikhlin, A. G. Ufimtseva (hist.).