Повідомлення на тему учня 10 «А» класу школи №23 Дубровського Микити
Ферменти - високоспецифічні білкові каталізатори. Ферменти присутні у всіх живих клітинах і сприяють перетворенню одних речовин (субстратів) в інші (продукти). Ферменти виступають в ролі каталізаторів практично у всіх біохімічних реакціях, що протікають в живих організмах - ними каталізується близько 4000 біореакцій. Ферменти відіграють найважливішу роль у всіх процесах життєдіяльності, направляючи і регулюючи обмін речовин організму.
Подібно до всіх каталізаторів, ферменти прискорюють як пряму, так і зворотну реакцію, знижуючи енергію активації процесу. Хімічна рівновага при цьому не зміщується ні в пряму, ні в зворотну сторону. Відмінною особливістю ферментів в порівнянні з небілковими каталізаторами є їх висока специфічність - константа зв'язування деяких субстратів з білком може досягати 10-10 моль / л і менше.
Ферменти широко використовуються в народному господарстві - харчовій, текстильній промисловості, у фармакології.
За типом каталізуються реакцій ферменти підрозділяються на 6 класів згідно ієрархічної класифікації ферментів (КФ, EC - Enzyme Classification). Класифікація була запропонована Міжнародним союзом біохімії і молекулярної біології (International Union of Biochemistry and Molecular Biology). Кожен клас містить підкласи, так що фермент описується сукупністю чотирьох чисел, розділених крапками.
Наприклад, пепсин має назву ЄС 3.4.23.1. Перше число грубо описує механізм реакції, що каталізується ферментом:
EC 1: Оксидоредуктази, каталізують окислення або відновлення.
Приклад: каталаза, алкогольдегидрогеназа
EC 2: Трансферази, що каталізують перенесення хімічних груп з однієї молекули субстрату на іншу. Серед трансфераз особливо виділяють кінази, що переносять фосфатну групу, як правило, з молекули АТФ.
EC 3: Гідролази, що каталізують гідроліз хімічних зв'язків.
Приклад: естерази, пепсин, трипсин, амілаза, ліпаза
EC 4: Ліази, каталізують розрив хімічних зв'язків без гідролізу з утворенням подвійного зв'язку в одному з продуктів.
EC 5: Ізомерази, що каталізують структурні або геометричні зміни в молекулі субстрату.
EC 6: Лігази, що каталізують утворення хімічних зв'язків між субстратами за рахунок гідролізу АТФ.
Будучи каталізаторами, ферменти прискорюють як пряму, так і зворотну реакцію, тому, наприклад, ліази здатні каталізувати і зворотну реакцію - приєднання по подвійним свяСоглашенія про найменування ферментів
Зазвичай ферменти іменують за типом каталізуються реакції, додаючи суфікс - аза до назви субстрату (наприклад, лактаза - фермент, який бере участь у перетворенні лактози). Таким чином, у різних ферментів, що виконують одну функцію, буде однакову назву. Такі ферменти розрізняють по інших властивостях, наприклад, по оптимальному pH (лужна фосфатаза) або локалізації в клітині (мембранна АТФаза) .зям.
Найпростішим описом кінетики односубстратних ферментативних реакцій є рівняння Міхаеліса-Ментен
Рівняння Міхаеліса - Ментен - основне рівняння ферментативної кінетики, описує залежність швидкості реакції, що каталізується ферментом, від концентрації субстрату і ферменту. Найпростіша кінетична схема, для якої справедливо рівняння Міхаеліса:
Етимологія та історія
В кін. ХVIII - поч. XIX ст. вже був відомий той факт, що м'ясо перетравлюється шлунковим секретом, а крохмаль перетворюється на цукор під дією слини. Однак механізм цих явищ був невідомий
У XIX ст. Луї Пастер, вивчаючи перетворення вуглеводів в етиловий спирт під дією дріжджів, прийшов до висновку, що цей процес (бродіння) каталізується якоюсь життєвою силою, що перебуває в дріжджових клітинах.
Структура і механізм дії ферментів
Активність ферментів визначається їх тривимірної структурою.
Як і всі білки, ферменти синтезуються у вигляді лінійного ланцюжка амінокислот, яка згортається певним чином. Кожна послідовність амінокислот згортається особливим чином, і що виходить молекула (білкова кулька) володіє унікальними властивостями. Кілька білкових ланцюгів можуть об'єднуватися в білковий комплекс. Третинна структура білків руйнується при нагріванні або дії деяких хімічних речовин.
Щоб каталізувати реакцію, фермент повинен зв'язатися з одним або декількома субстратами. Білкова ланцюг ферменту згортається таким чином, що на поверхні глобули утворюється щілина, або западина, де зв'язуються субстрати. Ця область називається сайтом зв'язування субстрату. Зазвичай він збігається з активним центром ферменту або знаходиться поблизу нього.
Ферменти в діагностиці захворювань серцевого м'яза
До теперішнього часу визначення активності ферментів широко використовувалося для підтвердження діагнозу гострого інфаркту міокарда (ГІМ).
В даний час на цю роль претендує визначення специфічних серцевих маркерів - тропонина Т або тропоніну I. Незважаючи на це, визначення ізоформ креатинкінази або її ізоферменту КФК-МВ залишається застосовним для ранньої діагностики ГІМ - в межах 12 годин від початку захворювання. У цей період діагностична чутливість визначення не набагато поступається чутливості визначення TnT. Поряд з визначенням рівня тропоніну, визначення ізоформ КК-ММ і КК-МВ дозволяє стежити за відновленням коронарного кровотоку на ранній стадії інфаркту міокарда. Визначення изоформ КК може бути використано для оцінки часу початку ГІМ, коли клінічні дані не дозволяють виявити його точно.
Визначення активності ізоферменту КФК-МВ має перевагу в порівнянні з визначенням тропонина через можливість цілодобового визначення, простоти і швидкості визначення і відносно низькій вартості.
Продовжує обговорюватися значущість визначення активності в сироватці изофермента ВВ глікогенфосфорилази для діагностики ГІМ. Його активність може змінюватися в сироватці вже через дві години після початку ГІМ. Використання даного тесту на практиці обмежена складними методичними проблемами.
Ферменти в діагностиці захворювань печінки
Більше чотирьох десятиліть для діагностики захворювань печінки використовують АсАТ, АлАТ, ЩФ. За 30-річний період використання в якості маркера γ-глютамілтрансферази (ГГТ) встановлена цінність визначення її активності для скринінгу захворювань печінки, метастазування в печінку і зловживання алкоголем. Збільшення активності ферментів, особливо АлАТ і ГГТ, може спостерігатися при жировій дистрофії печінки, відзначається у 15% пацієнтів з підвищеною масою тіла і у хворих гепатитом C. Збільшення активності АлАТ є своєрідним маркером при скринінгу гепатиту C серед населення. Визначення активності катионной B-форми глутатіон-S-трансферази - ферменту, який бере участь в процесах детоксикації, є більш чутливим маркером ушкодження печінкових клітин, ніж визначення активності амінотрансфераз. У поєднанні з визначенням активності АлАТ чутливість даного тесту для діагностики гепатиту С збільшується до 80%.
Ферменти в діагностиці захворювань підшлункової залози
Визначення амілази залишається найбільш часто використовуваним показником для діагностики гострого панкреатиту. Даний тест не був повністю замінений визначенням активності ліпази, незважаючи на більш високу специфічність. При недостатній функції підшлункової залози низький рівень сироваткової панкреатичної ізоамілази - зручний, але малочутливий маркер порушеної функції підшлункової залози.
Даний діагноз може бути підтверджений з високою діагностичною чутливістю (> 80%) шляхом визначення хімотрипсину або панкреатичної еластази в калі.
Ферменти при захворюваннях скелетного м'яза
Визначення активності КК у сироватці залишається найбільш доступним лабораторним методом в діагностиці миопатий. Визначення КК залишається цінним у вивченні генетично обумовлених миопатий, особливо Дюшенна і Беккера, незважаючи на збільшення використання методів ДНК-діагностики. Низька вартість і практично 100% -ва чутливість робить визначення КК кращим для скринінгу новонароджених, постановки або виключення доклінічного діагнозу. Визначення КК залишається корисним для виявлення жінок-носіїв як доповнення до ДНК-діагностики. Визначення активності КК набуло поширення для виявлення пошкодження м'язів лікарськими препаратами, особливо гиполипидемическими препаратами.
Ферменти при захворюваннях кісткової системи
Розробка простих і специфічних методів для визначення кісткової фракції лужної фосфатази привела до підвищення чутливості і специфічності визначення цього ферменту для діагностики захворювань кісткової системи. Кісткова ЩФ продовжує використовуватися для оцінки діяльності остеобластів, і виявилося, що її активність більш повно відображає ці процеси, ніж інші маркери, при хворобі Педжета і метастазах пухлин в кістки.
У зв'язку з цим визначення активності ферменту може мати певну цінність для скринінгу населення з метою виявлення остеопорозу.
Ферменти в діагностиці захворювань передміхурової залози
Простатична кисла фосфатаза (КФ) у сироватці, певна з використанням інгібітора - тартрату або більш сучасним імуноферментним методом тривалий час використовувалася для діагностики пухлин передміхурової залози.
В даний час в більшості лабораторій застосовують більш чутливий метод - визначення простатспеціфічного антигену (PSA).
Інтерес до застосування ферментів в діагностиці не обмежується сироватковими ферментами. Визначення ферментативної активності проводять в таких біологічних рідинах, як спинномозкова, сеча, амніотична, синовіальна та ін. А також в клітинах крові і інших тканин при дослідженні матеріалу біопсії.