Човешки ензими. Ролята на заместителната терапия с лекарството "Micrazim"
Ензимите (Ензимите) са специфични протеини, биологично активни органични вещества, които ускоряват химичните реакции в клетката. Огромната роля на ензимите в организма. Те могат да увеличат скоростта на реакцията повече от десет пъти. Това е просто необходимо за нормалното функциониране на клетката. А ензимите участват във всяка реакция.
В тялото на всички живи същества, включително и на най-примитивните микроорганизми, са открити ензими. Ензимите, поради своята каталитична активност, са много важни за нормалното функциониране на нашите телесни системи.
Ключови ензими в тялото
В сърцето на живота човешкото тяло- хиляди химични реакции, протичащи в клетките. Всеки от тях се осъществява с участието на специални ускорители - биокатализатори или ензими.
Ензимите действат като катализатори в почти всички биохимични реакции, протичащи в живите организми. До 2013 г. са описани повече от 5000 различни ензими
Съвременната наука познава около две хиляди биокатализатори. Нека се спрем на т.нар ключови ензими . Те включват най-важните биокатализатори за живота на организма, чието „разрушаване“ по правило води до появата на заболявания. Стремим се да отговорим на въпроса как действа този ензим в здраво тяло и какво се случва с него в процеса на заболяването на човека?
Известно е, че най-важните биополимери, които са в основата на всички живи същества (всички компоненти на клетките на нашето тяло и всички ензими са изградени от тях), са с протеинова природа. От своя страна протеините се състоят от прости азотни съединения - аминокиселини, свързани помежду си чрез химични връзки - пептидни връзки. В тялото има специални ензими, които разграждат тези връзки чрез добавяне на водни молекули (реакция на хидролиза). Такива ензими се наричат пептидни хидролази. Под тяхно влияние химичните връзки между аминокиселините в белтъчните молекули се разкъсват и се образуват фрагменти от белтъчни молекули - пептиди, състоящи се от различен брой аминокиселини. Пептидите, които имат висока биологична активност, могат дори да причинят отравяне на тялото. В крайна сметка, когато са изложени на пептидни хидролази, пептидите или губят, или значително намаляват своята биологична активност.
През 1979 г. професор В. Н. Орехович и неговите ученици успяха да открият, изолират в чиста форма и подробно изучат физичните, химичните и каталитичните свойства на една от пептидните хидролази, неизвестна преди това на биохимиците. Сега той е включен в международния списък под името ензим карбоксикатепсин. Изследванията ни доближиха до отговора на въпроса: защо е необходим карбоксикатепсин? здраво тялои какво може да се случи в резултат на определени промени в структурата му.
Оказа се, че карбоксикатепсинът участва както в образуването на пептида ангиотензин В, който повишава кръвното налягане, така и в разрушаването на друг пептид, брадикинин, който, напротив, има свойството да понижава кръвното налягане.
Така карбоксикатепсинът се оказа ключов катализатор, участващ във функционирането на един от най-важните биохимични системитялото - системи за регулиране на кръвното налягане. Колкото по-активен е карбоксикатепсинът, толкова по-висока е концентрацията на ангиотензин Р и по-ниска концентрация на брадикинин, което от своя страна води до повишаване на кръвното налягане. Не е изненадващо, че хората страдат хипертония, активността на карбокси-катепсин в кръвта се повишава. Определянето на този показател помага на лекарите да оценят ефективността на мерките за лечение и да предскажат хода на заболяването.
Възможно ли е да се инхибира действието на карбоксикатепсин директно в човешкото тяло и по този начин да се постигне намаляване на кръвното налягане? Изследванията, проведени в нашия институт, показват, че в природата съществуват пептиди, които са способни да се свързват с карбоксикатепсин, без да се подлагат на хидролиза, като по този начин го лишават от способността да изпълнява присъщата си функция.
В момента се работи по синтеза на изкуствени блокери (инхибитори) на карбоксикатепсин, които се предполага, че се използват като нови терапевтични средства за борба с хипертонията.
Други важни ключови ензими, участващи в биохимичните трансформации на азотни вещества в човешкото тяло, включват аминооксидази. Реакциите на окисление на така наречените биогенни амини, които включват много химични предаватели на нервни импулси - невротрансмитери, не могат да протичат без тях. Разграждането на аминооксидазите води до дисфункции на централната и периферната нервна система; Химическите блокери на аминооксидазите вече се използват в клиничната практика като терапевтични средства, например при депресивни състояния.
В процес на учене биологични функцииаминооксидазите успяха да открият своето неизвестно преди това свойство. Оказа се, че определени химически промени в молекулите на тези ензими са съпроводени с качествени промени в техните каталитични свойства. Така моноаминооксидазите, които окисляват биогенни моноамини (например добре известните невротрансмитери норепинефрин, серотонин и допамин), частично губят присъщите си свойства след третиране с окислители. Но те откриват качествено нова способност да разрушават диамини, някои аминокиселини и аминозахари, нуклеотиди и други азотни съединения, необходими за живота на клетките. Освен това е възможно да се трансформират моноаминооксидазите не само in vitro (т.е. в случаите, когато изследователите експериментират с пречистени ензимни препарати), но и в тялото на животно, в което предварително са симулирани различни патологични процеси.
В клетките на човешкото тяло моноаминооксидазите са включени в биологични мембрани - полупропускливи прегради, които служат като клетъчни мембрани и разделят всяка от тях на отделни отделения, където протичат определени реакции. Биомембраните са особено богати на лесно окисляеми мазнини, които са в полутечно състояние. Много заболявания са придружени от натрупване на излишни количества продукти от окисляване на мазнините в биомембраните. Прекомерно окислени (преокислени), те нарушават нормалната пропускливост на мембраните и нормална работаензими, влизащи в състава им. Тези ензими включват моноаминооксидази.
По-специално, по време на радиационно увреждане, мазнините се преокисляват в биомембраните на клетките на костния мозък, червата, черния дроб и други органи, а моноаминооксидазите не само частично губят своята полезна активност, но и придобиват качествено ново свойство, което е вредно за тяло. Те започват да унищожават жизненоважните за клетката азотни вещества. Свойството на моноаминооксидазите да трансформират своята биологична активност се проявява както в експерименти с пречистени ензимни препарати, така и в жив организъм. Освен това се оказа, че терапевтичните средства, използвани в борбата с радиационните увреждания, също предотвратяват развитието на качествени промениензими.
Това много важно свойство - обратимостта на трансформацията на моноаминооксидазите - беше установено в експерименти, по време на които изследователите се научиха не само да предотвратяват трансформацията на ензими, но и да елиминират нарушенията, връщайки функциите на катализаторите към нормалното и постигайки определен терапевтичен ефект. .
Чао ние говорим заотносно опитите с животни. Днес обаче има всички основания да се смята, че активността на аминооксидазите също се променя в човешкото тяло, по-специално при атеросклероза. Следователно, изследването на свойствата на аминооксидазите, както и на химичните вещества, които могат да се използват за повлияване на тяхната активност в човешкото тяло с лечебни цели, в момента продължава с особено упорство.
И един последен пример. Добре известно е какво важна роляВъглехидратите играят роля в живота на нашето тяло и следователно са ключови ензими, които ускоряват техните биохимични трансформации. Такива катализатори включват ензима гама-амилаза, открит в нашия институт; участва в разграждането на химичните връзки между молекулите на глюкозата (от тях са изградени сложни молекули на гликоген). Вродената липса или дефицит на гама-амилаза води до нарушаване на нормалните биохимични трансформации на гликоген. Съдържанието му в клетките на жизненоважните органи на детето се увеличава, те губят способността си да изпълняват присъщите си функции. Всички тези промени характеризират тежко заболяване - гликогеноза.
Други ензими също участват в биохимичните трансформации на гликогена.
Техен вроден дефицитсъщо води до гликогеноза. За да се разпознае своевременно и точно от какъв тип гликогеноза страда детето (и това е важно за избора на метод на лечение и прогнозиране на хода на заболяването), се извършват изследвания на активността на редица ензими, включително гама-амилаза. необходимо. Методите за диференциална лабораторна химична диагностика на гликогенозата, разработени в Института по биологична и медицинска химия на Академията на медицинските науки на СССР през 70-те години, все още се използват в клиничната практика.
Според професор В.З. ГОРКИНА
Храносмилателни ензими- Това са белтъчни вещества, които се произвеждат в стомашно-чревния тракт. Те осигуряват процеса на смилане на храната и стимулират нейното усвояване.
Главна функция храносмилателни ензимие разграждането на сложни вещества в по-прости, които лесно се абсорбират в червата на човека.
Действието на протеиновите молекули е насочено към следните групи вещества:
- протеини и пептиди;
- олиго- и полизахариди;
- мазнини, липиди;
- нуклеотиди.
Видове ензими
- Пепсин.Ензимът е вещество, което се произвежда в стомаха. Действа върху протеиновите молекули в храната, като ги разгражда до техните елементарни компоненти – аминокиселини.
- Трипсин и химотрипсин.Тези вещества са част от групата панкреатични ензими, които се произвеждат от панкреаса и се доставят в дванадесетопръстника. Тук те също засягат протеиновите молекули.
- Амилаза.Ензимът е вещество, което разгражда захарите (въглехидратите). Амилазата се произвежда в устната кухинаи в тънко черво. Той разгражда един от основните полизахариди – нишестето. Резултатът е малък въглехидрат - малтоза.
- Малтаза.Ензимът влияе и върху въглехидратите. Неговият специфичен субстрат е малтозата. Разгражда се на 2 молекули глюкоза, които се абсорбират от чревната стена.
- Сахараза.Протеинът действа върху друг често срещан дизахарид, захарозата, който се намира във всяка храна с високо съдържание на въглехидрати. Въглехидратите се разграждат до фруктоза и глюкоза, които лесно се усвояват от тялото.
- Лактаза.Специфичен ензим, който действа върху въглехидратите от млякото - лактозата. При разпадането му се получават други продукти – глюкоза и галактоза.
- Нуклеази.Ензимите от тази група действат върху нуклеиновите киселини – ДНК и РНК, които се съдържат в храната. След експозиция веществата се разпадат на отделни компоненти - нуклеотиди.
- Нуклеотидаза.Втората група ензими, които действат върху нуклеиновите киселини, се наричат нуклеотидази. Те разграждат нуклеотидите, за да се получат по-малки компоненти - нуклеозиди.
- Карбоксипептидаза.Ензимът действа върху малки протеинови молекули - пептиди. В резултат на този процес се получават отделни аминокиселини.
- Липаза.Веществото разгражда мазнините и липидите, постъпващи в храносмилателната система. В този случай се образуват техните компоненти - алкохол, глицерин и мастни киселини.
Липса на храносмилателни ензими
Недостатъчното производство на храносмилателни ензими е сериозен проблем, който изисква медицинска намеса. С малко количество ендогенни ензими храната не може да се смила нормално в червата на човека.
Ако веществата не се усвояват, те не могат да се абсорбират в червата. Храносмилателната система може да абсорбира само малки фрагменти от органични молекули. Големите компоненти, които са включени в храната, не могат да бъдат от полза за човек. В резултат на това тялото може да развие дефицит на определени вещества.
Липсата на въглехидрати или мазнини ще доведе до лишаване на тялото от „гориво“ за енергична дейност. Дефицитът на протеини лишава човешкото тяло от строителни материали, които са аминокиселини. В допълнение, лошото храносмилане води до промени в характера на изпражненията, което може да повлияе неблагоприятно на характера.
причини
- възпалителни процеси в червата и стомаха;
- хранителни разстройства (преяждане, недостатъчна топлинна обработка);
- метаболитни заболявания;
- панкреатит и други заболявания на панкреаса;
- увреждане на черния дроб и жлъчните пътища;
- вродени патологии на ензимната система;
- постоперативни последствия (ензимен дефицит поради отстраняване на част от храносмилателната система);
- лечебни ефекти върху стомаха и червата;
- бременност;
Симптоми
Дълготрайното персистиране на храносмилателна недостатъчност е придружено от появата на общи симптомисвързани с намалено снабдяване на организма с хранителни вещества. Тази група включва следните клинични прояви:
- обща слабост;
- намалена производителност;
- главоболие;
- нарушения на съня;
- повишена раздразнителност;
- в тежки случаи симптоми на анемия поради недостатъчна абсорбция на желязо.
Излишък от храносмилателни ензими
Излишните храносмилателни ензими най-често се наблюдават при заболяване като панкреатит. Състоянието е свързано със свръхпроизводството на тези вещества от клетките на панкреаса и нарушаване на екскрецията им в червата. В тази връзка се развива активно възпаление в органната тъкан, причинено от действието на ензими.
Признаците на панкреатит могат да включват:
- силна болка в коремната област;
- гадене;
- подуване на корема;
- нарушение на характера на изпражненията.
Често се развива общо влошаване на състоянието на пациента. Появяват се обща слабост, раздразнителност, телесното тегло намалява, нормалният сън се нарушава.
Как да идентифицираме смущенията в синтеза на храносмилателни ензими?
Основни принципи на терапия на ензимни нарушения
Промяната в производството на храносмилателни ензими е причина да се консултирате с лекар. След цялостно проучванеЛекарят ще определи причината за нарушенията и ще предпише подходящо лечение. Не се препоръчва да се справяте сами с патологията.
Важен компонент на лечението е правилното хранене. На пациента се предписва подходяща диета, която е насочена към улесняване на храносмилането на храната. Необходимо е да се избягва преяждането, тъй като това провокира чревни разстройства. Пациентите са предписани лекарствена терапия, включително заместващо лечение.
Конкретните лекарства и техните дозировки се избират от лекаря.
История на изследването
Срок ензимпредложен през 17 век от химика ван Хелмонт, когато се обсъждат механизмите на храносмилането.
В кон. XVIII – ран XIX век вече беше известно, че месото се усвоява от стомашния сок, а нишестето се превръща в захар под действието на слюнката. Механизмът на тези явления обаче беше неизвестен.
Класификация на ензимите
Според вида на реакциите, които катализират, ензимите се разделят на 6 класа според йерархичната класификация на ензимите (CF, - Enzyme Commission code). Класификацията е предложена от Международния съюз по биохимия и молекулярна биология. Всеки клас съдържа подкласове, така че ензимът се описва с набор от четири числа, разделени с точки. Например пепсинът има името EC 3.4.23.1. Първото число грубо описва механизма на реакцията, катализирана от ензима:
- CF 1: Оксидоредуктази, катализиращи окисление или редукция. Пример: каталаза, алкохол дехидрогеназа.
- CF 2: Трансферази, катализирайки трансфера химични групиот една субстратна молекула към друга. Сред трансферазите особено се отличават киназите, които пренасят фосфатна група, обикновено от ATP молекула.
- CF 3: Хидролази, катализиращи хидролизата на химичните връзки. Пример: естераза, пепсин, трипсин, амилаза, липопротеин липаза.
- CF 4: Лиази, като катализира разкъсването на химичните връзки без хидролиза с образуването на двойна връзка в един от продуктите.
- CF 5: Изомерази, катализиращи структурни или геометрични промени в молекулата на субстрата.
- CF 6: Лигази, катализирайки образуването на химични връзки между субстратите, дължащи се на АТФ хидролиза. Пример: ДНК полимераза.
Кинетични изследвания
Най-простото описание кинетикаедносубстратни ензимни реакции е уравнението на Михаелис-Ментен (виж фигурата). Към днешна дата са описани няколко механизма на действие на ензима. Например, действието на много ензими се описва чрез механизма на пинг-понг.
През 1972-1973г е създаден първият квантово-механичен модел на ензимна катализа (автори М.В. Волкенштейн, Р.Р. Догонадзе, З.Д. Урушадзе и др.).
Структура и механизъм на действие на ензимите
Активността на ензимите се определя от тяхната триизмерна структура.
Както всички протеини, ензимите се синтезират под формата на линейна верига от аминокиселини, която се нагъва по определен начин. Всяка последователност от аминокиселини се нагъва по специален начин и получената молекула (протеинова глобула) има уникални свойства. Няколко протеинови вериги могат да се комбинират, за да образуват протеинов комплекс. Третичната структура на протеините се разрушава от топлина или излагане на определени химикали.
Активно място на ензими
Активният център условно се разделя на:
- каталитичен център - директно химически взаимодействащ със субстрата;
- свързващ център (контактно или "котвящо" място) - осигуряване на специфичен афинитет към субстрата и образуването на ензим-субстратния комплекс.
За да катализира реакция, ензимът трябва да се свърже с един или повече субстрати. Протеиновата верига на ензима се сгъва по такъв начин, че се образува празнина или вдлъбнатина на повърхността на глобулата, където се свързват субстратите. Тази област се нарича място за свързване на субстрата. Обикновено съвпада или е близо до активното място на ензима. Някои ензими също съдържат места за свързване на кофактори или метални йони.
Ензимът се свързва със субстрата:
- почиства основата от водно „слойче“
- подрежда реагиращите субстратни молекули в пространството по начина, необходим за протичане на реакцията
- подготвя субстратните молекули за реакция (например поляризира).
Обикновено ензимът се прикрепя към субстрата чрез йонни или водородни връзки, рядко чрез ковалентни връзки. В края на реакцията нейният продукт (или продукти) се отделят от ензима.
В резултат на това ензимът намалява енергията на активиране на реакцията. Това е така, защото в присъствието на ензима реакцията следва различен път (всъщност възниква различна реакция), например:
При липса на ензим:
- A+B = AB
В присъствието на ензим:
- A+F = AF
- AF+B = AVF
- AVF = AB+F
където A, B са субстрати, AB е реакционният продукт, F е ензимът.
Ензимите не могат самостоятелно да осигурят енергия за ендергонични реакции (които изискват енергия, за да се появят). Следователно ензимите, които извършват такива реакции, ги свързват с екзергонични реакции, които освобождават повече енергия. Например, реакциите на синтез на биополимер често се свързват с реакцията на хидролиза на АТФ.
Активните центрове на някои ензими се характеризират с явлението кооперативност.
Специфичност
Ензимите обикновено показват висока специфичност за техните субстрати (субстратна специфичност). Това се постига чрез частична комплементарност между формата, разпределението на заряда и хидрофобните участъци върху молекулата на субстрата и мястото на свързване на субстрата върху ензима. Ензимите обикновено показват високи нива на стереоспецифичност (образуват само един от възможните стереоизомери като продукт или използват само един стереоизомер като субстрат), региоселективност (образуват или разрушават химична връзка само в една от възможните позиции на субстрата) и химиоселективност (катализиране само на една химична реакция от няколко възможни за дадени условия). Въпреки общото високо ниво на специфичност, степента на субстратна и реакционна специфичност на ензимите може да варира. Например, ендопептидазата трипсин разрушава пептидната връзка само след аргинин или лизин, освен ако не са последвани от пролин, но пепсинът е много по-малко специфичен и може да разкъса пептидната връзка след много аминокиселини.
Модел с ключалка
Хипотезата за предизвикано съответствие на Кошланд
По-реалистична е ситуацията в случай на предизвикана кореспонденция. Грешни субстрати - твърде големи или твърде малки - не пасват на активното място
През 1890 г. Емил Фишер предлага специфичността на ензимите да се определя от точното съвпадение между формата на ензима и субстрата. Това предположение се нарича модел ключ-заключване. Ензимът се свързва със субстрата, за да образува краткотраен ензим-субстратен комплекс. Въпреки това, въпреки че този модел обяснява високата специфичност на ензимите, той не обяснява феномена на стабилизиране на преходното състояние, който се наблюдава на практика.
Модел на предизвикано съответствие
През 1958 г. Даниел Кошланд предлага модификация на модела ключ-заключване. Ензимите обикновено не са твърди, а гъвкави молекули. Активното място на ензима може да промени конформацията след свързване със субстрат. Страничните групи на аминокиселините на активния център заемат позиция, която позволява на ензима да изпълнява своята каталитична функция. В някои случаи молекулата на субстрата също променя конформацията след свързване в активния център. За разлика от модела ключ-заключване, моделът на индуцираното прилягане обяснява не само спецификата на ензимите, но и стабилизирането на преходното състояние. Този модел се нарича "ръка ръкавица".
Модификации
Много ензими претърпяват модификации след синтеза на протеиновата верига, без които ензимът не проявява напълно своята активност. Такива модификации се наричат посттранслационни модификации (обработка). Един от най-често срещаните видове модификации е добавянето на химични групи към страничните остатъци на полипептидната верига. Например, добавянето на остатък от фосфорна киселина се нарича фосфорилиране и се катализира от ензима киназа. Много еукариотни ензими са гликозилирани, т.е. модифицирани от олигомери с въглехидратна природа.
Друг често срещан тип посттранслационна модификация е разцепването на полипептидната верига. Например, химотрипсин (протеаза, участваща в храносмилането) се получава чрез разцепване на полипептидна област от химотрипсиноген. Химотрипсиногенът е неактивен прекурсор на химотрипсин и се синтезира в панкреаса. Неактивната форма се транспортира до стомаха, където се превръща в химотрипсин. Този механизъм е необходим, за да се избегне разцепването на панкреаса и други тъкани, преди ензимът да навлезе в стомаха. Неактивният ензимен прекурсор се нарича още "зимоген".
Ензимни кофактори
Някои ензими изпълняват каталитичната функция сами, без никакви допълнителни компоненти. Въпреки това, има ензими, които изискват непротеинови компоненти, за да извършат катализа. Кофакторите могат да бъдат или неорганични молекули (метални йони, клъстери желязо-сяра и т.н.), или органични (например флавин или хем). Органичните кофактори, които са тясно свързани с ензима, се наричат също простетични групи. Органичните кофактори, които могат да бъдат отделени от ензима, се наричат коензими.
Ензим, който изисква наличието на кофактор за каталитична активност, но не е свързан с него, се нарича апо ензим. Apo ензим в комбинация с кофактор се нарича холо ензим. Повечето кофактори са свързани с ензима чрез нековалентни, но доста силни взаимодействия. Има и простетични групи, които са ковалентно свързани с ензима, например тиамин пирофосфат в пируват дехидрогеназа.
Регулиране на ензимите
Някои ензими имат места за свързване на малки молекули и могат да бъдат субстрати или продукти на метаболитния път, в който ензимът влиза. Те намаляват или повишават активността на ензима, което създава възможност за обратна връзка.
Инхибиране от крайния продукт
Метаболитният път е верига от последователни ензимни реакции. Често крайният продукт на метаболитен път е инхибитор на ензим, който ускорява първата реакция в този метаболитен път. Ако има твърде много от крайния продукт, тогава той действа като инхибитор за първия ензим и ако след това има твърде малко от крайния продукт, тогава първият ензим се активира отново. По този начин инхибирането от крайния продукт съгласно принципа на отрицателната обратна връзка е важен начин за поддържане на хомеостазата (относително постоянство на условията вътрешна средаорганизъм).
Влияние на условията на околната среда върху ензимната активност
Активността на ензимите зависи от условията в клетката или тялото – налягане, киселинност на средата, температура, концентрация на разтворени соли (йонна сила на разтвора) и др.
Множество форми на ензими
Множеството форми на ензими могат да бъдат разделени на две категории:
- Изоензими
- Правилни форми за множествено число (вярно)
Изоензими- това са ензими, чийто синтез се кодира от различни гени, имат различни първични структури и различни свойства, но катализират една и съща реакция. Видове изоензими:
- Орган - ензими за гликолиза в черния дроб и мускулите.
- Клетъчна - цитоплазмена и митохондриална малат дехидрогеназа (ензимите са различни, но катализират една и съща реакция).
- Хибридни - ензими с кватернерна структура, образувани в резултат на нековалентно свързване на отделни субединици (лактатдехидрогеназа - 4 субединици от 2 вида).
- Мутантен - образува се в резултат на единична генна мутация.
- Алоензимите са кодирани от различни алели на един и същи ген.
Всъщност форми за множествено число(true) са ензими, чийто синтез е кодиран от един и същ алел на един и същи ген, те имат същата първична структура и свойства, но след синтез върху рибозомите претърпяват модификация и стават различни, въпреки че катализират една и съща реакция.
Изоензимите са различни генетично нивои се различават от първичната последователност, а истинските множествени форми стават различни на посттранслационно ниво.
Медицинско значение
Връзката между ензимите и наследствени заболяванияметаболизмът е установен за първи път А. Гарродомпрез 1910-те години Гаррод нарича болестите, свързани с ензимни дефекти, "вродени грешки на метаболизма".
Ако настъпи мутация в гена, кодиращ определен ензим, аминокиселинната последователност на ензима може да се промени. В същото време, в резултат на повечето мутации, неговата каталитична активност намалява или напълно изчезва. Ако един организъм получи два от тези мутантни гени (по един от всеки родител), химическата реакция, катализирана от този ензим, престава да протича в тялото. Например, появата на албиноси се свързва с прекратяването на производството на ензима тирозиназа, който е отговорен за един от етапите в синтеза на тъмния пигмент меланин. Фенилкетонурия се свързва с намалена или липсваща активност на ензима фенилаланин-4-хидроксилаза в черния дроб.
Понастоящем са известни стотици наследствени заболявания, свързани с ензимни дефекти. Разработени са методи за лечение и профилактика на много от тези заболявания.
Практическа употреба
Ензимите се използват широко в национална икономика- хранителна, текстилна промишленост, във фармакологията и медицината. Повечето лекарства влияят върху хода на ензимните процеси в организма, като стартират или спират определени реакции.
Обхватът на използване на ензимите в научните изследвания и медицината е още по-широк.
Бележки
Литература
- Volkenshtein M.V., Dogonadze R.R., Madumarov A.K., Urushadze Z.D., Kharkats Yu.I. Към теорията на ензимната катализа.- Молекулярна биология, т. 6, бр. 3, 1972 г., чл. 431-439.
- Диксън, М. Ензими / М. Диксън, Е. Уеб. – В 3 т. – Прев. от английски - Т.1-2. - М.: Мир, 1982. - 808 с. Голяма медицинска енциклопедия
ЕНЗИМИ- (от лат. fermentum ферментация, закваска), ензими, биокатализатори, специфични. протеини, присъстващи във всички живи клетки и играещи ролята на биол. катализатори. Чрез тях се реализира ген. информация и всички процеси на обмен се извършват ... ... Биологичен енциклопедичен речник
ЕНЗИМИ- (лат. Fermentum квас, от fervere да бъде горещ). Органична материя, предизвикващи ферментация на други органични тела, без самите те да гният. Речник чужди думи, включен на руски език. Чудинов A.N., 1910. ЕНЗИМИ ... ... Речник на чуждите думи на руския език
ЕНЗИМИ- (от латински fermentum закваска) (ензими) биологични катализатори, присъстващи във всички живи клетки. Те извършват трансформацията на веществата в тялото, като по този начин насочват и регулират неговия метаболизъм. Химическата природа на протеините. Ензими...... Голям енциклопедичен речник
ЕНЗИМИ- (от латински fermentum закваска), биологични катализатори, присъстващи във всички живи клетки. Извършват трансформации (метаболизъм) на вещества в тялото. Според химическата природа на протеините. Участва в множество биохимични реакции в клетката... ... Съвременна енциклопедия
ензими- съществително име, брой синоними: 2 биокатализатори (1) ензими (2) Речник на синонимите ASIS. В.Н. Тришин. 2013 ... Речник на синонимите
ензими- ензими. Вижте ензими. (
Често наред с витамини, минерали и други полезни за човешкото тяло елементи се споменават вещества, наречени ензими. Какво представляват ензимите и каква функция изпълняват в организма, какво е тяхното естество и къде се намират?
Това са вещества от протеинова природа, биокатализатори. Нямаше да съществува без тях бебешка храна, готови каши, квас, фета сирене, сирене, кисело мляко, кефир. Те засягат функционирането на всички системи на човешкото тяло. Недостатъчната или прекомерната активност на тези вещества има отрицателно въздействие върху здравето, така че трябва да знаете какви са ензимите, за да избегнете проблеми, причинени от техния дефицит.
Какво е?
Ензимите са протеинови молекули, синтезирани от живи клетки. Във всяка клетка има повече от сто от тях. Ролята на тези вещества е колосална. Те влияят на скоростта на химичните реакции при температура, която е подходяща за на даден организъм. Друго име на ензимите е биологични катализатори. Увеличаването на скоростта на химичната реакция се осъществява чрез улесняване на нейния ход. Като катализатори те не се изразходват по време на реакцията и не променят нейната посока. Основните функции на ензимите са, че без тях всички реакции биха протичали много бавно в живите организми и това значително би повлияло на жизнеспособността.
Например, когато дъвчете храни, които съдържат нишесте (картофи, ориз), в устата се появява сладникав вкус, който се свързва с работата на амилазата, ензим, който разгражда нишестето, присъстващо в слюнката. Самото нишесте е безвкусно, тъй като е полизахарид. Продуктите на неговото разцепване (монозахариди) имат сладък вкус: глюкоза, малтоза, декстрини.
Всички са разделени на прости и сложни. Първите се състоят само от протеини, докато вторите се състоят от протеинови (апоензимни) и непротеинови (коензимни) части. Витамините от групи В, Е, К могат да бъдат коензими.
Ензимни класове
Традиционно тези вещества се разделят на шест групи. Първоначално те са били наименувани въз основа на субстрата, върху който действа определен ензим, чрез добавяне на края -ase към неговия корен. По този начин тези ензими, които хидролизират протеини (протеини), започват да се наричат протеинази, мазнини (липо) - липази, нишесте (амилон) - амилази. След това ензимите, които катализират подобни реакции, получават имена, които показват вида на съответната реакция - ацилази, декарбоксилази, оксидази, дехидрогенази и др. Повечето от тези имена все още се използват днес.
По-късно Международният биохимичен съюз въвежда номенклатура, според която наименованието и класификацията на ензимите трябва да съответстват на вида и механизма на катализираната химична реакция. Тази стъпка донесе облекчение при систематизирането на данни, които се отнасят до различни аспекти на метаболизма. Реакциите и ензимите, които ги катализират, са разделени на шест класа. Всеки клас се състои от няколко подкласа (4-13). Първата част от името на ензима съответства на името на субстрата, втората - на вида на катализираната реакция с окончание -аза. Всеки ензим според класификацията (CF) има свой кодов номер. Първата цифра съответства на класа на реакция, следващата на подкласа, а третата на подподкласа. Четвъртата цифра показва номера на ензима в неговия подклас. Например, ако EC 2.7.1.1, тогава ензимът принадлежи към 2-ри клас, 7-ми подклас, 1-ви подклас. Последна цифрасе обозначава ензимът хексокиназа.
Значение
Ако говорим за това какво представляват ензимите, не можем да пренебрегнем въпроса за тяхното значение в модерен свят. Те са намерили широко приложение в почти всички сектори на човешката дейност. Тяхното разпространение се дължи на факта, че те могат да запазят уникалните си свойства извън живите клетки. В медицината например се използват ензими от групите на липазите, протеазите и амилазите. Те разграждат мазнини, протеини, нишесте. По правило този тип е включен в такива лекарства като Panzinorm и Festal. Тези лекарства се използват предимно за лечение на стомашно-чревни заболявания. Някои ензими са способни да разтварят кръвни съсиреци в кръвоносните съдове, помагат при лечението на гнойни рани. При лечение онкологични заболяванияОсобено място заема ензимната терапия.
Благодарение на способността да разгражда нишестето в Хранително-вкусовата промишленостЕнзимът амилаза е широко използван. В същата област се използват липази, които разграждат мазнините и протеази, които разграждат протеините. Ензимите амилаза се използват в пивоварството, винопроизводството и печенето. Протеазите се използват при приготвяне на готови каши и за омекотяване на месо. При производството на сирене се използват липази и сирище. Козметичната индустрия също не може без тях. Включват се в праховете за пране и кремовете. Например амилазата, която разгражда нишестето, се добавя към праховете за пране. Протеиновите петна и протеините се разграждат от протеази, а липазите почистват тъканта от масло и мазнини.
Ролята на ензимите в организма
Два процеса са отговорни за метаболизма в човешкото тяло: анаболизъм и катаболизъм. Първият осигурява усвояването на енергията и необходимите вещества, вторият - разграждането на отпадъчните продукти. Постоянното взаимодействие на тези процеси оказва влияние върху усвояването на въглехидрати, протеини и мазнини и поддържането на жизнените функции на организма. Обменни процесирегулира се от три системи: нервна, ендокринна и кръвоносна. Те могат да функционират нормално с помощта на верига от ензими, които от своя страна осигуряват адаптирането на човека към промените във външните и вътрешни условия на околната среда. Ензимите включват както протеинови, така и непротеинови продукти.
В процеса на биохимични реакции в организма, в които участват ензими, самите те не се изразходват. Всеки има различна химична структура и уникална роля, така че всеки инициира само специфична реакция. Биохимичните катализатори помагат на ректума, белите дробове, бъбреците и черния дроб да премахнат токсините и отпадъчните продукти от тялото. Те също така помагат за изграждането на кожа, кости, нервни клетки и мускулна тъкан. За окисляването на глюкозата се използват специфични ензими.
Всички ензими в организма се делят на метаболитни и храносмилателни. Метаболитните участват в неутрализирането на токсините, производството на протеини и енергия и ускоряват биохимичните процеси в клетките. Например, супероксиддисмутазата е мощен антиоксидант, който се намира естествено в повечето зелени растения, зеле, брюкселско зеле и броколи, пшенични кълнове, билки и ечемик.
Ензимна активност
За да могат тези вещества да изпълняват напълно своите функции, са необходими определени условия. Тяхната активност се влияе предимно от температурата. Когато се увеличи, скоростта на химичните реакции се увеличава. В резултат на увеличаването на скоростта на молекулите, те имат по-голям шанс да се сблъскат една с друга и следователно възможността за протичане на реакция се увеличава. Оптималната температура осигурява най-голяма активност. Поради денатурацията на протеина, която възниква при отклонение на оптималната температура от нормата, скоростта на химичната реакция намалява. Когато температурата достигне точка на замръзване, ензимът не се денатурира, а се инактивира. Методът за бързо замразяване, който се използва широко за дългосрочно съхранение на продуктите, спира растежа и развитието на микроорганизмите, последвано от инактивиране на ензимите, които се намират вътре. В резултат на това храната не се разлага.
Активността на ензима се влияе и от киселинността на околната среда. Те работят при неутрално pH. Само някои от ензимите работят в алкална, силно алкална, кисела или силно кисела среда. Например сирището разгражда протеините в силно киселинната среда в човешкия стомах. Ензимът може да бъде повлиян от инхибитори и активатори. Те се активират от някои йони, например метали. Други йони имат инхибиторен ефект върху ензимната активност.
Хиперактивност
Прекомерната ензимна активност има последици за функционирането на целия организъм. Първо, той провокира увеличаване на скоростта на действие на ензима, което от своя страна причинява дефицит на реакционния субстрат и образуването на излишък от продукта на химичната реакция. Дефицитът на субстрати и натрупването на тези продукти значително влошава здравословното състояние, нарушава жизнените функции на организма, причинява развитието на заболявания и може да доведе до смърт на човек. Натрупване пикочна киселина, например, води до подагра и бъбречна недостатъчност. Поради липсата на субстрат няма да има излишен продукт. Това работи само в случаите, когато едното и другото могат да бъдат изоставени.
Има няколко причини за излишната ензимна активност. Първата е генна мутация, тя може да бъде вродена или придобита под въздействието на мутагени. Вторият фактор е излишъкът от витамин или микроелемент във водата или храната, който е необходим за функционирането на ензима. Излишъкът от витамин С, например, чрез повишена активност на ензимите за синтез на колаген, нарушава механизмите за зарастване на рани.
Хипоактивност
Както повишената, така и намалената ензимна активност оказват негативно влияние върху функционирането на организма. Във втория случай е възможно пълно спиране на дейността. Това състояние драматично намалява скоростта на химичната реакция на ензима. В резултат на това натрупването на субстрат се допълва от дефицит на продукта, което води до сериозни усложнения. На фона на смущения в жизнените функции на организма, здравето се влошава, развиват се заболявания и може да има смърт. Натрупването на амоняк или дефицитът на АТФ води до смърт. Олигофренията се развива поради натрупването на фенилаланин. Тук също се прилага принципът, че при липса на ензимен субстрат няма да настъпи натрупване на реакционен субстрат. Състоянието, при което кръвните ензими не изпълняват функциите си, има лош ефект върху тялото.
Разглеждат се няколко причини за хипоактивност. Мутация на гени, вродена или придобита - това е първото. Състоянието може да се коригира с помощта на генна терапия. Можете да опитате да изключите субстратите на липсващия ензим от храната. В някои случаи това може да помогне. Вторият фактор е липсата на витамин или микроелемент в храната, необходим за функционирането на ензима. Причините са нарушена активация на витамина, дефицит на аминокиселини, ацидоза, поява на инхибитори в клетката и денатурация на протеина. Ензимната активност също намалява с понижаване на телесната температура. Някои фактори засягат функцията на всички видове ензими, докато други засягат функцията само на някои видове.
Храносмилателни ензими
Човек се наслаждава на процеса на хранене и понякога пренебрегва какво основната задачаХраносмилането е превръщането на храната във вещества, които могат да станат източник на енергия и строителен материал за тялото, като се абсорбират в червата. Протеиновите ензими допринасят за този процес. Храносмилателните вещества се произвеждат от храносмилателните органи, които участват в процеса на разграждане на храната. Действието на ензимите е необходимо, за да се получат необходимите въглехидрати, мазнини, аминокиселини от храната, които съставляват необходимите хранителни вещества и енергия за нормалното функциониране на тялото.
За да се нормализира нарушеното храносмилане, се препоръчва едновременно с храненето да се приемат необходимите протеинови вещества. При преяждане можете да приемате 1-2 таблетки след или по време на хранене. Продава се в аптеките голям бройразлични ензимни препарати, които спомагат за подобряване на храносмилателните процеси. Трябва да се запасите с тях, когато приемате един вид хранителни вещества. Ако имате проблеми с дъвченето или преглъщането на храна, трябва да приемате ензими по време на хранене. Съществени причини за употребата им могат да бъдат и заболявания като придобити и вродени ензимопатии, синдром на раздразнените черва, хепатит, холангит, холецистит, панкреатит, колит, хроничен гастрит. Ензимните препарати трябва да се приемат заедно с лекарства, които влияят на храносмилателния процес.
Ензимопатология
В медицината има цял раздел, който търси връзка между дадено заболяване и липсата на синтез на даден ензим. Това е областта на ензимологията - ензимопатология. Недостатъчен ензимен синтез също трябва да се има предвид. Например, наследственото заболяване фенилкетонурия се развива на фона на загубата на способността на чернодробните клетки да синтезират това вещество, което катализира превръщането на фенилаланин в тирозин. Симптомите на това заболяване са умствена дейност. Поради постепенното натрупване на токсични вещества в тялото на пациента, признаци като повръщане, тревожност, повишена раздразнителност, липса на интерес към нищо и силна умора са тревожни.
При раждането на дете патологията не се проявява. Първичните симптоми могат да бъдат забелязани на възраст между два и шест месеца. Втората половина от живота на бебето се характеризира с изразено изоставане в умственото развитие. 60% от пациентите развиват идиотия, по-малко от 10% са ограничени до лека степен на олигофрения. Клетъчните ензими не се справят с функциите си, но това може да се коригира. Навременна диагноза патологични променив състояние да спре развитието на болестта до пубертета. Лечението се състои в ограничаване на приема на фенилаланин с храната.
Ензимни препарати
Отговаряйки на въпроса какво представляват ензимите, могат да се отбележат две дефиниции. Първото са биохимичните катализатори, а второто са лекарствата, които ги съдържат. Те са в състояние да нормализират състоянието на околната среда в стомаха и червата, да осигурят разграждането на крайните продукти в микрочастици и да подобрят процеса на усвояване. Те също така предотвратяват появата и развитието на гастроентерологични заболявания. Най-известният от ензимите е лекарствен продукт"Мезим форте" Съдържа липаза, амилаза и протеаза, които помагат за намаляване на болката при хроничен панкреатит. Капсулите се приемат като заместително лечение при недостатъчно производство на необходимите ензими от панкреаса.
Тези лекарства се използват предимно по време на хранене. Броят на капсулите или таблетките се предписва от лекаря въз основа на установените нарушения на механизма на абсорбция. По-добре е да ги съхранявате в хладилника. При продължителна употребахраносмилателните ензими не предизвикват пристрастяване и това не засяга функционирането на панкреаса. Когато избирате лекарство, трябва да обърнете внимание на съотношението дата, качество и цена. Ензимните препарати се препоръчват да се приемат, когато хронични болестихраносмилателни органи, преяждане, периодични стомашни проблеми, както и хранително отравяне. Най-често лекарите предписват таблетното лекарство Mezim, което се е доказало добре на вътрешния пазар и уверено заема позицията си. Има и други аналози на това лекарство, не по-малко известни и повече от достъпни. По-специално, много хора предпочитат таблетки Pakreatin или Festal, които имат същите свойства като техните по-скъпи колеги.