умови дії ферментів

умови дії ферментів

Міжмолекулярне перенесення функціональних груп, гідролітичне і негідролітичне розщеплювання хімічних зв язків, внутрішньомолекулярну перебудову та новоутворення хімічних зв язків і окиснювально - відновні реакції. Прискорення реакції відбувається за рахунок зниження енергії активації того енергетичного бар єру, який відокремлює один стан системи (початкову хімічну сполуку) від іншого (продукт реакції). Так, достатньо проста з погляду традиційної хімії реакція відщеплення води від вугільної кислоти з утворенням со 2 вимагає участі ферменту, оскільки без нього вона протікає дуже повільно. Завдяки каталітичній дії ферментів в організмі стає можливим протікання таких реакцій, які без каталізатора протікали б в сотні і тисячі разів повільніше.

Стереохімічну – фермент діє на субстрати, що мають тільки визначену просторову конфігурацію, тобто виявляють просторову, оптичну, стереоізомерну специфічность. Специфічність ферментів обумовлена їх унікальною амінокислотною послідовністю, від якої залежить конформація активного центру, що взаємодіє з компонентами реакції. При пониженні температури сповільнюється броунівський рух, зменшується швидкість дифузії і, отже, сповільнюється процес утворення комплексу між ферментом і компонентами реакції (субстратами). Оскільки в клітині містяться сотні ферментів і для кожного з них існують свої межі оптимуму рн - середовища, тому зміна рн – це один з важли - вих чинників регуляції ферментативної активності. 6, 0, активність ферменту різко знижується, швидкість утворення продукту сповільнюється, але при цьому активізується інший фермент, для якого ці значення рн оптимальні і продукт першої реакції піддається подальшому хімічному перетворенню. По хімічній будові розрізняють прості ферменти (складаються тільки з білку) і складні ферменти (мають білкову та небілкову частини або простетичну групу). Білкова частина носить назву – апофермент, а небілкова, якщо вона пов язана ковалентно з апоферментом, називається кофермент, а якщо зв язок нековалентний (іонний, водневий) – кофактор. Важлива особливість структури активного центру – його поверхня комплементарна поверхні субстрату, тобто залишки амінокислот цієї зони ферменту здатні вступати в хімічну взаємодію з певними групами субстрату.

Зв’язування субстрату відбувається в декількох точках активного центру, що приводить до зміни структури субстрату, його деформації за рахунок зміни енергії зв язків в молекулі. В результаті такого перетворення нова речовина (продукт) втрачає здатність утримуватися в активному центрі ферменту і фермент - субстратний, вірніше вже фермент - продуктний комплекс дисоціює (розпадається). Будова молекули конкурентного інгібітору схожа із структурою субстрату і співпадає з поверхнею активного центру як ключ із замком (або майже співпадає). Вони взаємодіють з ферментом поза активним центром і надлишок субстрату не впливає на їх здатність інгібірування, як у випадку з конкурентними інгібіторами.

Вони захищають молекулу ферменту від інактиваційних дій, утворюють із субстратом комплекс, який активніше зв язується з активним центром ферменту, а також взаємодіючи із ферментом, що має четвертинну структуру, роз єднують його субодиниці і тим самим відкривають доступ субстрату до активного центру.

Коферменти над, надф, фад, фмн акцептують на собі відщеплений ферментом гідроген, перетворюючись при цьому на відновлену форму (надн 2, надфн 2, фадн 2) і переносять до іншого фермент - субстратного комплексу, де його і віддають. іммобілізація ферментів – це включення об єкта (ферменту) в ізольовану фазу, що відділена від фази вільного розчину, але здатна обмінюватися з нею молекулами.

іммобілізовані ферменти одержують шляхом зв язування з носіями розчинних ферментів або клітин, що володіють ферментативною активністю, тобто роблять сорбцію ферменту на носії і включення в структуру носіїв – гелів. Перевага їхнього використання полягає в тому, що їх можна видаляти з реакційного середовища, тобто контролювати хід реакції і багаторазово їх використовувати.

Використання іммобілізованих ферментів дозволяє проводити кожен процес безупинно, пропускаючи розчини субстратів через реактори з іммобілізованими ферментами.

Вона використовується для видалення оксигену з тих харчових речовин, фарбування і аромат яких погіршуються в результаті окисних процесів (пиво, фруктові соки, продукти, що містять жири). Цей фермент використовують також у тих випадках, коли продукти піддають висушуванню, у ході якого відбувається взаємодія глюкози з білками з утворенням темнопофарбованих продуктів (реакція майяра). У харчовій промисловості глюкозооксидаза як ендогенний фермент цвілевих грибів знаходить застосування при ферментації глюконової кислоти для одержання d - глюконата кальцію. Важливе значення мають інгібітори цього ферменту, тому що ферментативне побуріння фруктів, соків і інших рослинних матеріалів при їхній переробці є небажаним. Процес потемніння фруктів, соків, продуктів їхньої переробки під впливом дифенолоксидази може бути уповільнений вітаміном с, двоокисом сірки, сульфітом натрію, додаванням повареної солі. інгібіторами цього ферменту є деякі амінокислоти (гліцин, цистеїн, аспарагінова і глутамінова кислоти), карбонові й оксикарбонові кислоти (щавлева, лимонна, винна), пектини, флавоноїди і дубильні речовини, кверцитин, антоціани, катехіни.

Каталаза інгібується речовинами, що утворюють комплекси з центральним атомом заліза, наприклад, ціанідом, сульфідом, фторидом, co, no, ціанамідом і ін. У харчовій промисловості використовують її препарати з печінки і цвілевих грибів у тих випадках, коли спочатку проводиться обробка перекисом водню, а потім він повинен бути вилучений. При переробці харчових продуктів використовують інгібітори ліпоксигенази, що взаємодіють з вільними радикалами, які утворюються як проміжні продукти при дії цього ферменту на ненасичені жирні кислоти.

Мікробні препарати ліпази використовуються для гідролізу жирів у тих випадках, коли необхідне омилення при збереженні біологічно активних жиророзчинних речовин (наприклад, токоферолу). Вона є важливим компонентом ферментних препаратів, що використовуються для освітлення фруктових і виноградних соків, а також для одержання низькомолекулярних пектинів при виготовленні желе.

A - амілаза (субстрат - крохмаль, декстрини); b - амілаза (субстрат - крохмаль, декстрини); глюкоамілаза (субстрат - крохмаль, декстрини, мальтоза); інулаза (субстрат - інулін); полігалактуроназа (субстрат - пектин, полігалактуронова кислота). Характерне розходження між пивоварним і спиртовим виробництвом полягає в тому, що в пивоварстві солод служить одночасно субстратом і джерелом ферменту, оскільки містить як крохмаль, так і амілази.

Повне розщеплення крохмалю в пивоварстві небажано, оскільки пиво повинно містити ще багато низькомолекулярних продуктів розщеплення крохмалю (декстрини), що сприяють одержанню тонкого смаку і піноутворенню. У харчовій промисловості амілази із солоду або цвілевих грибів часто додають у борошно, оскільки власна амілазна активність борошна не завжди достатня для утворення необхідної для готування тіста кількості цукру, ступінь бродіння тіста виявляється незначним і не досягається потрібний ступінь пористості хліба. Крім того, із крохмалю за допомогою препаратів амілаз готують солодкі сиропи (патоки), що знаходять застосування у виробництві кондитерських виробів і лікерів. Широке застосування знаходять амілази у виробництві миючих засобів, паперової і, особливо, в текстильній промисловості для шліхтування з метою зміцнення і розгладження ниток. Температурний оптимум дії пектолітичних ферментів дуже важливий для технології, оскільки освітлення фруктових соків здійснюється найчастіше при підвищених температурах. Використовуючи ферменти, що викликають бродіння, людина одержує продукти (наприклад, молочнокислі), що легше, ніж вихідні (молоко), засвоюються організмом. Як відомо, до надходження на підприємства харчування м ясо після забою худоби повинне дозріти, у процесі чого усувається післязабійне задубіння і відбувається ряд інших змін, завдяки чому воно здобуває відповідні органолептичні властивості. В зарубіжній та вітчизняній практиці ферменти широко використовуються в технології переробки сировини, зокрема, при рішенні питань про інтенсифікацію виробництва, збільшення виходу готової продукції з однієї ж і тієї сировини, покращення її якості. В хлібопекарській і кондитерській промисловості при виробництві хлібобулочних виробів використовуються очищені ферментні препарати, які включені в стандарти на хлібобулочні вироби.

В консервній промисловості застосування пектолітичних ферментних препаратів підвищує вихід готової продукції на 15…20 % і сприяє освітленню фруктових соків. В рибній промисловості протеолітичні ферменти використовуються для прискорення дозрівання оселедців, для переробки відходів рибної промисловості з метою отримання білкових гідролізатів. В м ясній промисловості ферменти використовуються для приготування гідролізатів, м ясних паштетів, паст і екстрактів, полегшення відділення м яса від кісток, при солінні м яса, субпродуктів, збільшення термінів зберігання м ясопродуктів. Для пом якшення жорстких тканин, особливо яловичих туш і для виробництва жарених напівфабрикатів використовують ферменти мікробного (терезин), тваринного (пепсин, трипсин, ск пф – сухий комплексний препарат із підшлункової залози) і рослинного (папаїн, бромелайн, ферменти із пророслого насіння сої та інші) походження. Ферменти мікробіального походження сильно впливають на м язові волокна, ферменти рослинного походження – на елементи сполучної тканини; ферменти тваринного походження займають проміжне положення. Під дією ферментів в сполучнотканинних прошарках відмічається роз - пад мукополісахаридів, розрихлення, фрагментація і деструкціяколагенових і еластинових волокон. Важливе значення має також спосіб застосування ферментів, в якізанурюють шматки м яса або шприцюють їх за допомогою голок і безгольчастим способом шляхом внутрішньовенного введення ферментів перед забоєм тварин. дія амілази в крохмальвмісних продуктах викликає деградацію крохмалю, знижує хлібопекарські властивості борошна і, таким чином, якість хліба; умови дії ферментів властивості ферментів. Залежно від рн середовища активний центр ферменту може бути в різній мірі іонізований, що впливає на формування активного фермент - субстратного комплексу.

Під специфічністю дії ферментів розуміють відповідну спрямованість їх впливу на певний субстрат, групу субстратів, близьких за своїми властивостями, або певний тип зв’язку.

Ферменти, які каталізують лише одну реакцію і діють на один точно визначений субстрат, мають абсолютну специфічність (уреаза каталізуює гідролітичне розщеплення сечовини). Групова специфічність характерна для ферментів, які діють на різні субстрати, що мають однаковий тип зв’язку (естерази каталізують гідролітичне розщеплення зв’язку складноефірного типу). Стереоізомерна (просторова) специфічність ферментів виявляється тоді, коли вони діють на оптично активні сполуки, або сполуки, для яких характерна цис - і транс - ізомерія (наприклад, це такі ферменти, які каталізують окислення тільки l - амінокислот або тільки d - амінокислот). До першої групи належать спадкові захворювання обміну речовин, у патогенезі яких основну роль відіграє відсутність, нестача або аномальна структура ферменту.

Аномальна структура днк, порушення перенесення генетичного коду від днк до рнк, змінена структура рнк і порушення в передачі інформації від рнк до рибосом. Ферментативні дефекти при спадкових ферментопатіях спричинюють порушення обміну речовин (метаболічний блок), що є причиною нагромадження невикористаного субстрату та його попередників, які, у випадку їх токсичності, призводять до патологічних змін і можуть викликати вторинний метаболічний блок. Так, при галактоземії (дефіцит галактозо - 1 - фосфат - уридилтрансферази або галактокінази) відбувається накопичення в крові й тканинах галактозо - 1 - фосфату, вільної галактози та спирту дульциту – продукту відновлення галактози.

Високий їх вміст діє токсично, у немовлят після споживання молока спостерігають блювання та пронос, збільшується печінка, розвивається катаракта, затримується розумовий розвиток. Сфінгомієліноз або хвороба німана - піка (дефіцит сфінгомієлінази) супроводжується нагромадженням сфінгомієлінів у клітинах ретикуло - ендотеліальної системи, головного мозку, кісткового мозку, печінки та інших внутрішніх органів. Етіологічний фактор викликає порушення (пригнічення або стимуляцію) діяльності однієї або декількох ферментативних систем і порушення відповідних обмінних процесів, у результаті чого виникає захворювання з характерними для нього симптомами.

Так, інфекційні хвороби (вірусні, бактеріальні, паразитарні) супроводжуються тяжкими розладами функцій ферментативних систем, насамперед, у результаті дії на них екзо - й ендотоксинів мікроорганізмів, які блокують синтез низки важливих ферментів або гальмують їх активність. Гіпо - або гіперфункція певної ендокринної залози пов’язана зі зниженням або підвищенням синтезу відповідних гормонів, отже, з порушенням роботи ферментативних систем, які ними регулюються. Порушення водно - мінерального обміну, кислотно - лужного стану, терморегуляції – це також ферментопатії, оскільки нормальний електролітний склад, рн і температура організму забезпечують оптимальні умови для функціонування всіх ферментів. Гіпо - й авітамінози, нестача незамінних амінокислот, есенціальних жирних кислот, макро - та мікроелементів у харчово­му раціоні викликають порушення синтезу великої кількості ферментів, сприяючи цим самим розвитку езимопатій. Для ранньої діагностики низки захворювань дослідження активності тих чи інших ферментів є значно інформативнішим порівняно з іншими біохімічними тестами.

Так, для диференційного діагнозу різних за генезом жовтяниць визначають кілька органоспецифічних ферментів (або ізоферментів) печінки, наприклад, фруктозомонофосфатальдолазу, сорбітолдегідрогеназу, для оцінки переходу гострого гепатиту в хронічний використовують алат, асат, аденозиндезаміназу, 5 - нуклеотидазу тощо. При захворюваннях нирок і сечовидільної системи важливе діагностичне значення має визначення активності сироваткової гліцинамідинотрансферази, ферментів сечі – лейцинамінопептидази - глюкуронідази, арилсульфатази.

Ферменти досить чітко відображають перебіг захворювання і зарекомендували себе надійними критеріями, які характеризують період хвороби (гострий, хронічний) та її можливе загострення. Так, визначення активності амінотрансфераз в сироватці крові значно достовірніше відображає ступінь репаративних процесів у печінці при гепатиті порівняно з вмістом білірубіну.

Різке зниження активності амінотрансфераз на тлі зростання вмісту білірубіну (ферментнобілірубінова дисоціація) свідчить про виснаження тканинних джерел ферментів за рахунок тяжкого пошкодження паренхіми печінки, що визначає відповідний прогноз. Відомо, що при пошкодженні тканин ізоферменти надходять у кров та інші біологічні рідини й їх ізоферментний спектр стає близьким до тканинного, що лежить в основі використання ізоферментів у діагностиці. Методи прижиттєвої пункційної біопсії дають можливість досліджувати ізоферменти в тканинах людини, що достовірніше відображає картину ферментативних порушень в ураженому органі. Ферментотерапія– використання ферментів як лікарських засобів – проводиться переважно в разі нестачі в організмі якогось ферменту, коферменту (замісна ферментотерапія) або як допоміжний засіб при деяких захворюваннях. Патологічні стани травної системи досить часто є наслідком дефіциту травних ферментів, який може виникати в зв’язку з природженою відсутністю ферментів, бути пов’язаний із запальними процесами слизової оболонки шлунка та кишок (гастрит, дуоденіт, ентероколіт тощо); порушенням екзокринної функції підшлункової залози (панкреатит, муковісцидоз) тощо. Засоби замісної терапії (панкреатин, фестал, панзинорм, дігестал, креон тощо) застосовують для покращення функціонального стану травного тракту та нормалізації процесів травлення. Вони також показані особам із нормальною функцією травного тракту у випадку порушення правильного харчування (споживання жирної їжі, великої кількості їжі, нерегулярного харчування), при порушенні жувальної функції, малорухомому способі життя, тривалій іммобілізації, підготовці до рентгенологічного чи ультразвукового дослідження органів черевної порожнини.

Фермент підшлункової залози трипсин застосовується зовнішньо для очищення гнійних ран і внутрішньом язово як протизапальний засіб при остеомієлітах і гаймориті. Фібринолізин рекомендується для розсмоктування тромбів судин, цитохром с застосовують при отруєнні чадним газом і деякими іншими отруйними речовинами, які сповільнюють процес тканинного дихання. Нуклеази застосовують при лікуванні деяких вірусних захворювань, наприклад, при лікуванні вірусного кон юнктивіту успішно застосовуються очні краплі, що містять днказу (фермент руйнує днк віруса). Для лікування деяких форм лейкозу використовують аспарагіназу, лікувальний ефект якої базується на тому, що зазначений фермент розщеплює аспарагін на аміак і аспарагінову кислоту, внаслідок чого синтез білків у лейкозних клітинах припиняється і клітини пухлини гинуть. Метод системної ферментотерапії базується на кооперативному впливі спрямовано приготовлених сумішей гідролітичних ферментів рослинного та тваринного походження, які чинять лікувальний вплив на ключові процеси життєдіяльності організму людини.

Він чинить загальнотерапевтичний вплив при запальних процесах, обмежує патологічні прояви аутоімунних продуктів обміну речовин і некротизованих тканин, розсмоктує гематоми, нормалізує проникність судинних стінок, густину крові й тим самим покращує мікроциркуляцію. Деякі лікарські засоби можуть викликати індукцію, тобто стимулювання утворення ферментативних систем, які беруть участь у метаболізмі лікарських і токсичних речовин. Одним із найактивніших є фенобарбітал (люмінал), вживання якого збільшує швидкість гідроксилування, наприклад, барбітуратів і мепробамату, дезалкілування амідопірину та інших мікросомальних біотрансформацій. Фенобарбітал спричинює індукцію ферментів ендоплазматичного ретикулуму клітин за рахунок збільшення кількості білка в мікросомах, у тому числі й ферментів, а також знижує швидкість їх розпаду.

Введення цього препарату призводить до збільшення кількості гладких мембран ендоплазматичного ретикулуму та до збільшення вмісту в них білка, рнк і фосфоліпідів. Введення актиноміцину усуває стимульоване фенобарбіталом підвищення активності окиснювального дезамінування, посилене утворення цитохрому р 450 і мікросомального білка. Після припинення введення фенобарбіталу відбувається зворотний розвиток цього індукованого синтезу, а рівень ферментної активності повільно повертається до норми.

Ліпоєва кислота володіє гепатопротекторними та детоксикуючими властивостями під час отруєння фосфорорганічними сполуками, свинцем, миш’яком, ртуттю, фенотіазинами тощо. – у разі дефіциту фізіологічних інгібіторів, які виконують важливу для організму функцію – обмеження впливу ендогенних ферментів, а інколи – його захисту від пошкоджувальної дії чужорідних ферментів, зокрема, мікробного походження; – у разі введення з лікувальною метою ферментів у неадекватній дозі або при несприйнятті введеного ферменту.

Так, наприклад, під час передозування тромболітичних препаратів (фібринолізину), активаторів плазміну (стрептокінази, урокінази) застосовують інгібітори протеолізу (трасилол, амінокапронову кислоту тощо); – під час захворювань, у патогенезі яких визначну роль відіграє гіперфункція ферментів, пов’язана з неадекватною їх активацією, аномальним викидом у кров і тканини (механічні, термічні та хімічні травми, інфекційна патологія, тромбози та емболії тощо); – під час змін ферментного спектру, при патологічному переважанні однієї ізоформи ферменту над іншою. У клінічній практиці з цією метою інгібітори широко використовують в онкології, оскільки пригнічення активності ферментів пухлинних клітин – один із відомих напрямків створення лікарських препаратів для терапії онкопатології; – у разі потреби викликати необхідну, частіше всього, нефізіологічну реакцію. На цьому принципі базується дія деяких регуляторів судинного тонусу (інгібіторів тих ферментів, які беруть участь в утворенні ангіотензину іі або катехоламінів), активаторів метаболічних процесів у печінці, лікарських засобів, які пригнічують синтез простагландинів тощо. Група препаратів біохімічний (фізіологічний) ефект ензим - мішень основні лікарські засоби показання для застосування нестероїдні протизапальні інгібітори синтезу простагландинів циклооксиге - наза (простаглан - динсинтаза) ацетилсаліци - лова кислота, індометацин, вольтарен підвищення тем - ператури тіла, міалгія, артралгія, невралгія, ревматизм спазмолітики інгібітори метаболізму циклічних нуклеотидів фосфодіестераза, цамф ксантинол (компламін), пентоксифілін (трентал) порушення периферійного кро - вообігу, ангіопатії, ретинопатії гіпотензивні інгібітори синтезу ангіотензину іі інгібітори синтезу катехоламінів ангіотензинкон - вертуючий ензим (дипептидилкар - боксипептидаза дофамін - b - монооксигеназа каптоприл, еналаприл допегіт гіпертонічна хвороба антиагрегаційні, антитромботичні інгібітори синтезу тромбоксану тромбоксан - синтетаза клопідогрель коагулопатії, тромбо - емболічні ураження антидепресанти психостимулятори інгібітори окиснювального дезамінування нейромедіаторів моноаміно - оксидази а, в сеган, селегілін депресивні стани.

Хвороба паркінсона антидіабетичні пригнічення від - новлення глюкози альдозоредуктаза ізодибут діабетична ангіопатія діючі на периферійні холінергічні процеси накопичення ацетилхоліну в холінергічних рецепторах холінестераза прозерин міастенія, неврити, атонія кишок і сечового міхура, глаукома противірусні, протипухлинні інгібітори синтезу полінуклеотидів рнк - полімераза, днк - полімераза ербісол рифампіцин, ацикловір злоякісні пухлини, лейкоз, лімфограну - лематоз, герпес антиалергійні активатор метабо - лізму гістаміну амінооксидаза фенкарол кропивниця, набряк квінке, дерматози.

інгібітори, виділені з рослин і мікроорганізмів, належать, здебільшого, до простих білків, а інгібітори тваринного походження часто містять у своєму складі вуглеводи.

їх широко використовують у клінічних лабораторіях як аналітичні реагенти для визначення кількості субстрату, ідентифікації медпрепаратів, визначення активності інших ензимів. Функція ензиму ензим вимірювана речовина визначення субстрату гексокіназа глюкоза визначення коензимів аспартатамінотрансфераза піридоксальфосфат визначення активаторів ізоцитратдегідрогеназа магній визначення інгібіторів лужна фосфатаза теофілін зменшення впливу інших речовин оксидаза аскорбінова креатинін спряжені реакції яблучна дегідрогеназа аспартатамінотрансфераза посилення діючого сигналу луцифераза надн імунологічні визначення лужна фосфатаза пероксидаза хрону дегідрогеназа глюкозо - 6 - фосфату тироксин пролактин фенитоїн. Перевагою цих методів є те, що відповідний субстрат для його визначення не потребує попереднього виділення та очищення, він може бути ідентифікований у сироватці крові або іншій біологічній рідині. При гідролізі розщеплюються на амінокислоти; мають високу молекулярну масу; утворюють високу молекулярну масу; створюють колоїдні розчини; погано кристалізуються; дуже нестійкі до високих температур солей, важких металів, кислот, лугів і т. В даний час нам відомо понад 300 окремих ферментів (а, може набагато більше, бо наука не стоїть на місці), в склад яких входять в якості коферментів вітаміни або їх похідні. Харчотравлення, використання всіх корисних речовин, які поступили в організм, ріст, згортання крові, м’язові скорочення і багато інших фізіологічних процесів – все це побудовано на чіткій, послідовній роботі ферментних систем. Найважливішою ознакою ферментів є не тільки їх властивість прискорювати хід хімічних реакцій, але вибірково каталізувати лише визначений шлях перетворення даного субстракта. Здатність ферментів прискорювати хімічні процеси в сторону синтезу, так і розпаду, має велике значення, так як створює можливість переключення цих процесів з одного на інший, чим забезпечує тісний взаємозв’язок катаболізму і анаболізму, гнучкість і пристосованість обміну речовин під впливом зовнішніх і внутрішніх факторів. Для більшості ферментів оптимальне середовище близьке до нейтрального (ph біля 7, 0), так як максимальна активність ферментів проявляється при фізіологічних значеннях ph, а в кислому або лужному середовищі їх активність знижується. При підвищенні температури до 40 - 50 0 с підвищується активність більшості ферментів, що відповідає загальновідомому закону прискорення хімічних реакцій з підвищенням температури.

В плазмі крові проходить інактивація ферментів, потім вони поглинаються клітинами ретикулоендотеліальної системи, де в наслідок катаболізму, розпадаються.