Зависимость скорости реакции от температуры.

Закон о повышении скорости реакции в 2-4 раза при повышении температуры на 10°С справедлив и для ферментативных реакций, но только в пределах до 55-60°С, т.е. до температур денатурациибелков. Наряду с этим, как исключение, имеются ферменты некоторых микроорганизмов, существующих в воде горячих источников и гейзеров.

При понижении температуры активность ферментов понижается, но не исчезает совсем. Иллюстрацией может служить зимняя спячка некоторых животных (суслики, ежи), температура тела которых понижается до 3-5°С. Это свойство ферментов также используется в хирургической практике при проведении операций на грудной полости, когда больного подвергают охлаждению до 22°С.

Зависимости скорости от рН.

Зависимость также описывается колоколообразной кривой с максимумом скорости при оптимальном для данного фермента значении рН.

Данная особенность ферментов имеет существенное значение для организма в его адаптации к изменяющимся внешним и внутренним условиям. Сдвиги величины рН вне- и внутри клетки играет роль в патогенезе заболеваний, изменяя активность ферментов разных метаболических путей.

Для каждого фермента существует определенный узкий интервал рН среды, который является оптимальным для проявления его высшей активности. Например, оптимальные значения рН для пепсина 1,5-2,5, трипсина 8,0-8,5, амилазы слюны 7,2, аргиназы 9,7, кислой фосфатазы 4,5-5,0, сукцинатдегидрогеназы 9,0.

3. Зависимость скорости от количества фермента.

При увеличении количества молекул фермента скорость реакции возрастает непрерывно и прямо пропорционально количеству фермента, т.к. большее количество молекул фермента производит большее число молекул продукта.

Зависимость скорости от концентрации субстрата.

При увеличении концентрации субстрата скорость реакции сначала возрастает, т.к. к катализу добавляемых молекул субстрата подключаются новые и новые молекулы фермента. Т.е. скорость накопления продукта возрастает, и это означает увеличение активности фермента. Затем наблюдается эффект насыщения (плато на кривой), когда все молекулы фермента заняты молекулами субстрата и непрерывно ведут катализ, здесь скорость реакции максимальна. В некоторых случаях, при дальнейшем увеличении концентрации субстрата между его молекулами возникает конкуренция за активный центр фермента и активность фермента (скорость реакции) снижается.

Изоферменты и их характеристика. Изоферменты лактатдегидрогеназы. Диагностическое значение изоферментов. Медицинская энзимология: энзимопатология, энзимодиагностика, энзимотерапия.

Изоферменты – это молекулярные формы одного и того же фермента, возникшие в результате небольших генетических различий в первичной структуре фермента, но катализирующие одну и ту же реакцию. Изоферменты отличаются сродством к субстрату, максимальной скоростикатализируемой реакции, разной чувствительности к ингибиторам и активаторам, условиямработы (оптимум pH и температуры).

Как правило, изоферменты имеют четвертичную структуру, т.е. состоят из двух или более субъединиц. Например, димерный фермент креатинкиназа (КК) представлен тремя изоферментными формами, составленными из двух типов субъединиц: M (англ. muscle – мышца) и B (англ. brain – мозг). Креатинкиназа-1 (КК-1) состоит из субъединиц типа B и локализуется в головном мозге, креатинкиназа-2 (КК-2) – по одной М- и В-субъединице, активна в миокарде, креатинкиназа-3 (КК-3) содержит две М-субъединицы, специфична для скелетной мышцы.

Т акже существует пять изоферментов лактатдегидрогеназы(роль ЛДГ) – фермента, участвующего в обмене глюкозы. Отличия между ними заключаются в разном соотношении субъединиц Н (англ. heart – сердце) и М (англ. muscle – мышца). Лактатдегидрогеназы типов 1 (Н₄) и 2 (H₃M₁) присутствуют в тканях с аэробнымобменом (миокард, мозг, корковый слой почек), обладают высоким сродством к молочной кислоте (лактату) и превращают его в пируват. ЛДГ-4 (H₁M₃) и ЛДГ-5 (М₄) находятся в тканях, склонных к анаэробномуобмену (печень, скелетные мышцы, кожа, мозговой слой почек), обладают низким сродством к лактату и катализируют превращение пирувата в лактат. В тканях с промежуточнымтипом обмена (селезенка, поджелудочная железа, надпочечники, лимфатические узлы) преобладает ЛДГ-3 (H₂M₂).

По изменению изоферментного состава оценивают метаболическое состояние органов и тканей.

Энзимодиагностика– это исследование активности ферментов плазмы крови, мочи, слюны с целью диагностики тех или иных заболеваний (подробнее). Примером может служить фермент лактатдегидрогеназа, определение его активности в плазме крови необходимо при заболеваниях сердца, печени, скелетной мускулатуры. Увеличение активности α-амилазы в плазме крови и моче наблюдается при воспалительных процессах в поджелудочной и слюнных железах.

Энзимотерапия – это использование ферментов в качестве лекарственных средств.

Самыми распространенными ферментативными препаратами являются комплексы ферментовжелудочно-кишечного тракта (Фестал, Панзинорм форте, Мезим форте, Энзистал и т.п.), содержащие пепсин, трипсин, амилазу и т.п., и используемые для заместительной терапии при нарушениях переваривания веществ в желудочно-кишечном тракте.

Тканевой фермент гиалуронидазанужна организму для обратимого изменения проницаемости межклеточного вещества, в основе которого находится гиалуроновая кислота. Лекарственную форму гиалуронидазы – лидазу– вводят для размягчения рубцов, появления подвижности в суставах, рассасывания гематом.

Цитохром с – белок, участвующий в процессах тканевого дыхания. Его применяют при асфиксии новорожденных, астматических состояниях, сердечной недостаточности, различных видах гепатита и т.п.

Энзимопатологии (энзимопатии) – состояния, связанные с патологическим увеличением или снижением активности ферментов. Наиболее часто встречается снижение их активности с нарушением соответствующих метаболических процессов. При энзимопатологии клиническое значение может иметь

· накоплениесубстрата реакции, например: фенилаланина при фенилкетонурии, свободного билирубина при физиологических желтухах новорожденных, некоторых жиров при болезнях лизосомального накопления (липидозы),

· недостатокпродукта, например: меланина при альбинизме, катехоламинов при паркинсонизме,

· обе особенности одновременно, как при гликогенозах, сопровождающихся гипогликемией при избытке гликогена в печени.

По характеру нарушения выделяют первичныеи вторичныеэнзимопатии.

Первичные(наследственные) энзимопатии связаны с генетическим дефектом и наследственным снижением активности. Например, фенилкетонурия связана с дефектом фенилаланин-4-монооксигеназы, которая превращает фенилаланин в тирозин. В результате накапливаются аномальные метаболиты фенилаланина, оказывающие сильный токсический эффект. Заболевание подагра связано с дефектом ферментов метаболизма пуриновых оснований и накоплением мочевой кислоты.

Вторичные(приобретенные) энзимопатии возникают как следствие заболеваний органов, вирусных инфекций и т.п., что приводит к нарушению синтеза фермента или условий его работы, например, гипераммониемия при заболеваниях печени, при которых ухудшается синтез мочевины и в крови накапливается аммиак.

Питание как составная часть обмена веществ. Понятие об адекватном питании. Частичная взаимозаменяемость пищевых веществ. Минеральные вещества пищи. Макро- , микро- и ультрамикроэлементы.

Питание человека - один из факторов внешней среды, существенно влияющий на его здоровье и продолжительность жизни. Питание обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма, его рост, развитие, приспособляемость и активную деятельность человека. Все это осуществляется за счет питательных веществ, которые в отличие от других внешних факторов становятся собственными элементами организма, участвуя в обмене веществ и энергии.

Идеальным считается питание, при котором приток пищевых веществ в организм соответствует их расходу. Пища состоит из нескольких компонентов, различных по физиологическому значению, полезных, балластных и вредных, или токсичных. В ней содержатся и незаменимые вещества, кото­рые не могут образовываться в организме, но необходимы для его жизнедеятельности. Обмен веществ у человека определяется уровнем концентрации аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, витаминов и минеральных веществ, следовательно, можно создать так называемые элементные (мономерные) диеты. Утилизация пищи осуществляется самим организмом.

Необходимым компонентом пищи яв­ляются не только полезные, но и балластные вещества (пищевые волокна). Было сформулировано представление о внутренней экологии (эндоэкологии) человека, образуемой благодаря взаи­модействию организма хозяина и его микрофлоры.

Основные пищевые вещества: углеводы, жиры, белки, суточная потребность, переваривание; частичная взаимозаменяемость при питании. Взаимозаменяемость пищевых продуктов — возможность замены врационе человека одних продуктов на другие, близких им по химическому составу. Взаимозаменяемыми являются, например, мясо, рыба и творог.

Минеральные вещества делятся на: макроэлементы - кальций, хлор, магний, калий, натрий - суточная потребность более 100 мг имикроэлементы - железо, марганец, медь, йод, фтор, молибден, селен, цинк и др. - суточная потребность - несколько миллиграммов. Биологическая роль минеральных веществ:

1. являются структурными компонентами тканей (кальций, фтор);

2. обеспечивают водно-солевой баланс (натрий, калий);

3. являются простетической группой ферментов, входят в состав активных центров, стабилизируют структуру ферментов и фермент-субстратных комплексов (магний, железо, медь);

4. участвуют в передаче нервных импульсов (кальций);

5. участвуют в гормональной регуляции обмена веществ (иод входит в состав гормонов щитовидной железы, цинк – в состав инсулина).

•Макроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме выше 10 х(-2) %. К ним относятся кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, натрий и хлор. •Микроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме находится в пределах от 10 х(-3) до 10 х(-5) %. К ним относятся йод, медь, мышьяк, фтор, бром, стронций, барий, кобальт. •Ультрамикроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме ниже 10 х(-5) %. К ним относятся ртуть, золото, уран, торий, радий и др.