Fermentai, kurie katalizuoja tą pačią cheminę reakciją, bet skiriasi pirmine baltymo struktūra, vadinami izofermentais arba izofermentais. Jie katalizuoja to paties tipo reakciją iš esmės tuo pačiu mechanizmu, tačiau skiriasi viena nuo kitos kinetiniais parametrais, aktyvacijos sąlygomis ir apofermento ir kofermento ryšio ypatumais. Izofermentų atsiradimo pobūdis yra įvairus, tačiau dažniausiai tai lemia šiuos izofermentus koduojančių genų struktūros skirtumai. Vadinasi, izofermentai skiriasi pirmine baltymo molekulės struktūra ir atitinkamai fizikinėmis bei cheminėmis savybėmis. Izofermentų nustatymo metodai yra pagrįsti fizikinių ir cheminių savybių skirtumais.

Pagal savo struktūrą izofermentai daugiausia yra oligomeriniai baltymai. Be to, tas ar kitas audinys daugiausia sintetina tam tikrų tipų protomerus. Dėl tam tikro šių protomerų derinio susidaro skirtingos struktūros fermentai – izomerinės formos. Nustačius tam tikras izofermentines fermentų formas, jas galima panaudoti ligų diagnostikai.

Fermentas laktatdehidrogenazė (LDH) katalizuoja grįžtamąjį laktato (pieno rūgšties) oksidaciją į piruvatą (piruvo rūgštį). Aktyvumo padidėjimas pastebimas esant ūminiams širdies, kepenų, inkstų pažeidimams, taip pat esant megaloblastinei ir hemolizinei anemijai. Tačiau tai rodo tik vieno iš išvardytų audinių pažeidimą.

Kreatino kinazė (CK) katalizuoja kreatino fosfato susidarymo reakciją. CC aktyvumo nustatymas kraujo plazmoje turi diagnostinę reikšmę sergant miokardo infarktu (padidėja MB izoformos lygis). MM izoformos kiekis gali padidėti dėl traumos ir griaučių raumenų pažeidimo. BB izoforma negali prasiskverbti per hematoencefalinį barjerą, todėl praktiškai neaptinkama kraujyje net ir insulto metu ir neturi diagnostinės vertės.

10. LDH izofermentų organų specifiškumas. Bendro laktatdehidrogenazės ir jos izofermentų aktyvumo kraujo plazmoje fiziologinės vertės. LDH ir jo izofermentų aktyvumo nustatymo diagnostinė reikšmė.

Laktato dehidrogenazė yra glikolitinis fermentas ir katalizuoja šią reakciją: Laktatas + NAD Laktato dehidrogenazė Piruvatas + NADH

LDH molekulė yra tetrameras, sudarytas iš vieno ar dviejų tipų subvienetų, žymimų M (raumenys) ir H (širdis). Kraujo serume fermentas egzistuoja penkiomis molekulinėmis formomis, besiskiriančiomis pirmine struktūra, kinetinėmis savybėmis, elektroforetiniu judrumu (LDH-1 greičiau juda į anodą, palyginti su LDH-5, tai yra, yra labiau elektroforetiškas). Kiekviena forma turi būdingą polipeptidų sudėtį: LDH-1 susideda iš 4 H-subvienetų, LDH-2 - iš 3H-subvienetų ir 1 M-subvienetų, LDH-3 yra 2 H-subvienetų ir 2 M-subvienetų tetrameras, LDH-4 sudaro 1 H-subvienetas ir 3 M-subvienetai, LDH-5 sudaro tik M-subvienetai. Pagal viso fermento katalizinio aktyvumo sumažėjimo laipsnį visi organai ir audiniai yra išsidėstę tokia tvarka: inkstai, širdis, griaučių raumenys, kasa, blužnis, kepenys, plaučiai, kraujo serumas.

Vyraujantis gliukozės oksidacijos būdas audiniuose priklauso nuo to, kuris izofermentas yra labiausiai atstovaujamas: aerobinis (iki CO2 ir H2O) ar anaerobinis (į pieno rūgštį). Šį skirtumą lemia skirtingi izofermentų afiniteto laipsniai piruvo rūgščiai. Izofermentai, kuriuose daugiausia yra H-subvienetų (LDH-1 ir LDH-2), turi mažą afinitetą piruvatui, todėl negali veiksmingai konkuruoti dėl substrato su piruvato dehidrogenazės kompleksu. Dėl to piruvatas patiria oksidacinį dekarboksilinimą ir patenka į Krebso ciklą acetil-CoA pavidalu.

Priešingai, izofermentai, kuriuose daugiausia yra M-subvienetų (LDH-4 ir LDH-5), turi didesnį afinitetą piruvatui ir dėl to paverčia jį pieno rūgštimi. Kiekvienam audiniui buvo nustatyti tipiškiausi izofermentai. Miokardui ir smegenų audiniams pagrindinis izofermentas yra LDH-1, eritrocitams, trombocitams ir inkstų audiniams – LDH-1 ir LDH-2. Plaučiuose, blužnyje, skydliaukėje ir kasoje, antinksčiuose, limfocituose vyrauja LDH-3. LDH-4 randama visuose audiniuose, kuriuose yra LDH-3, taip pat granulocituose ir vyriškose lytinėse ląstelėse, pastarosiose LDH-5 randama papildomai. Skeleto raumenyse izofermentų aktyvumas yra mažėjančia tvarka: LDH-5, LDH-4, LDH-3. Kepenims taip pat aptinkamas būdingiausias izofermentas LDH-5, LDH-4.

Paprastai pagrindinis LDH aktyvumo šaltinis kraujo plazmoje yra skaidančios kraujo ląstelės. Serume izofermentų aktyvumas pasiskirsto taip: LDH-2> LDH-1> LDH-3> LDH-4> LDH-5. Elektroforezės metu tarp frakcijų LDH-3 ir LDH-4 kartais randama papildoma LDH-X izofermento juosta, šis izofermentas lokalizuotas tuose pačiuose organuose kaip ir LDH-5.

Visas ligas, atsirandančias sunaikinus ląsteles, lydi staigus LDH aktyvumo padidėjimas serume. Bendras fermento aktyvumo padidėjimas nustatomas sergant tokiomis ligomis kaip miokardo infarktas, nekrozinis inkstų pažeidimas, hepatitas, pankreatitas, plaučių uždegimas ir infarktas, įvairios lokalizacijos navikai, pažeidimai, distrofija ir raumenų atrofija, hemolizinė anemija ir fiziologinė gelta. naujagimių, limfogranulomatozė, leukemija. Sergant miokardo infarktu, fermento aktyvumo padidėjimas kraujo serume pastebimas praėjus 8-10 valandų nuo priepuolio momento, didžiausias padidėjimas būna 24-48 val., dažnai 15-20 kartų didesnis nei norma. Padidėjęs LDH aktyvumas išlieka iki 10-12 dienų nuo ligos pradžios. Fermentų aktyvumo padidėjimo laipsnis ne visada koreliuoja su širdies raumens pažeidimo dydžiu ir gali būti tik apytikslis veiksnys prognozuojant ligos baigtį. Sergant krūtinės angina, fermentų aktyvumas nekinta, todėl per 2-3 dienas po infarkto testą galima panaudoti diferencinei diagnostikai. Fermentų organų specifiškumo buvimas leidžia panaudoti jų veiklos tyrimą vietinei diagnostikai.

11. Bendrojo kreatininkinazės (CK) ir jos izofermentų aktyvumo kraujo plazmoje fiziologinės reikšmės. Diagnostinė reikšmė nustatant CK ir jo izofermentų aktyvumą.

Kreatino kinazė (CK) yra fermentas, natūralus cheminių reakcijų katalizatorius, kuris žymiai padidina kreatino ir ATP (adenozino trifosfato) virsmo greitį į didelės energijos junginį kreatino fosfatą, kuris sunaudojamas intensyvių raumenų susitraukimų metu. Šis fermentas randamas įvairių raumenų (širdies, griaučių) ląstelių citoplazmoje, taip pat smegenų, plaučių, skydliaukės ląstelėse.

Kreatino kinazės molekulę galima suskirstyti į dvi dalis, kurių kiekviena realizuojama kaip atskiras subvienetas: M (raumenys) ir B (smegenys). Šie žmogaus kūno subvienetai gali jungtis trimis būdais, sudarydami atitinkamai tris kreatinkinazės izoformas: MM, MB ir BB. Šie izofermentai skiriasi savo lokalizacija žmogaus organizme: kreatino kinazė MM yra miokardo ir griaučių raumenyse; kreatino kinazės CF yra labiau lokalizuota miokarde; Kreatino kinazė BB randama placentos, smegenų, šlapimo takų ląstelėse, kai kuriuose navikuose ir kitose vietose.

Normali fermento koncentracija tiesiogiai priklauso nuo žmogaus amžiaus ir lyties. Dėl aktyvaus raumenų ir nervų sistemos vystymosi vaikų natūralaus katalizatoriaus aktyvumas padidėja, palyginti su suaugusiųjų aktyvumu. Moterims kreatino kinazės kiekis yra mažesnis nei vyrų.

MM izofermento lygis labiau padidėja dėl raumenų pažeidimo ir retai širdies pažeidimo. CC MV turinys yra susijęs su miokardo pažeidimu. Žymus šios formos aktyvumo padidėjimas stebimas sergant miokardo infarktu. Jo lygis smarkiai pakyla per dvi ar keturias valandas po pirmųjų simptomų. Todėl šio fermento koncentracija kraujyje aktyviai naudojama nustatant miokardo infarktą. Tačiau reikia pažymėti, kad MC MV kiekis grįžta į normalų lygį po trijų–šešių dienų, todėl vėlesniuose etapuose diagnostinis efektyvumas yra mažas. Vėžiu sergant padidėja CC BB koncentracija. Izofermentų kiekio sumažėjimas neturi diagnostinės reikšmės, nes minimali CK kiekio riba sveikam žmogui yra lygi nuliui.

12. Kraujo plazmos lipazės. Lipazės aktyvumo nustatymo diagnostinė vertė. Lipazė – žmogaus organizmo sintetinamas vandenyje tirpus fermentas, katalizuojantis netirpių esterių (lipidų substratų) hidrolizę ir skatinantis neutralių riebalų virškinimą, tirpimą ir frakcionavimą. Kartu su tulžimi lipazė skatina riebalų, riebalų rūgščių, riebaluose tirpių vitaminų A, E, D, K virškinimą, paverčiant juos energija ir šiluma. Lipoproteinų lipazės paskirtis – suskaidyti kraujo lipoproteinuose esančius trigliceridus (lipidus), taip užtikrinant riebalų rūgščių patekimą į audinius. Lipazę gamina: kasa; kepenys; plaučiai; žarnos yra specialios liaukos, esančios kūdikių burnoje. Pastaruoju atveju sintetinama vadinamoji kalbinė lipazė. Kiekvienas iš išvardytų fermentų skatina tam tikros riebalų grupės skaidymą.

Kalbant apie reikšmingumą, kasos gaminama lipazė vaidina svarbų vaidmenį diagnozuojant. Fermento kiekio padidėjimas pastebimas esant: pankreatitui, vykstančiam ūmine forma arba paūmėjus lėtiniam procesui; tulžies diegliai; kasos trauma; neoplazmų buvimas kasoje; lėtinės tulžies pūslės patologijos; cistos arba pseudocistos susidarymas kasoje; kasos latako užsikimšimas randu ar akmeniu; intrahepatinė cholestazė; ūminis žarnyno nepraeinamumas; žarnyno infarktas; peritonitas; skrandžio opos perforacija; vidinio (tuščiavidurio) organo perforacija; ūminė ar lėtinė inkstų patologija; kiaulytė, kurios metu pažeidžiama kasa; medžiagų apykaitos sutrikimai, atsirandantys sergant cukriniu diabetu, nutukimu ar podagra; kepenų cirozė; ilgalaikis vaistų vartojimas - ypač barbitūratai, narkotiniai analgetikai, heparinas, indometacinas; organų persodinimo operacijos. Retais atvejais lipazės aktyvacijos procesas yra susijęs su kai kuriais sužalojimais - pavyzdžiui, vamzdinių kaulų lūžiais. Tačiau šiuo atveju fermento lygio svyravimai kraujyje negali būti laikomi specifiniu fizinės žalos buvimo rodikliu. Dėl šios priežasties diagnozuojant įvairios kilmės traumas į lipazės tyrimus neatsižvelgiama.

Serumo lipazės koncentracijos nustatymas yra ypač svarbus bet kokiam kasos pažeidimui. Šiuo atveju šio fermento kiekio kraujyje tyrimas kartu su amilazės (fermento, skatinančio krakmolo skaidymąsi į oligosacharidus) analize labai patikimai rodo patologinio proceso buvimą audiniuose. kasa: abu rodikliai yra didesni nei normalūs). Normalizuojant paciento būklę, šie fermentai negrįžta į tinkamus rodiklius tuo pačiu metu: paprastai lipazės lygis išlieka aukštas ilgiau nei amilazės lygis.

Aukštas lipazės kiekis išlieka nuo 3 iki 7 dienų nuo uždegimo pradžios. Mažėjimo tendencija fiksuojama tik po 7-14 dienų.

Užfiksuojamas mažas lipazės kiekis: esant piktybiniam navikui bet kurioje kūno vietoje, išskyrus pačią kasą; dėl kasos funkcijos sumažėjimo; su cistine fibroze (cistine fibroze) - genetinė sunkios eigos liga, atsirandanti dėl išorinės sekrecijos liaukų (virškinimo trakto, plaučių) patologinio pažeidimo. po kasos pašalinimo operacijos; su pertekliniu trigliceridų kiekiu kraujyje, kuris atsiranda dėl netinkamos mitybos ir riebaus maisto gausos dietoje arba dėl paveldimos hiperlipidemijos. Kai kuriais atvejais lipazės kiekio sumažėjimas yra pankreatito perėjimo į lėtinę formą žymuo.

Daugelio patologinių ir ikipatologinių organizmo būklių esmė yra fermentų sistemų disfunkcijos. Daugelis fermentų yra lokalizuoti ląstelių viduje, todėl jų aktyvumas kraujo serume (plazmoje) yra mažas arba visai nėra. Būtent todėl, analizuojant tarpląstelinius skysčius (kraują), pagal tam tikrų fermentų aktyvumą, galima nustatyti pokyčius, vykstančius įvairių kūno organų ir audinių ląstelių viduje. kiti fermentai nuolat yra kraujyje, žinomais kiekiais ir atlieka specifinę funkciją (pavyzdžiui, kraujo krešėjimo sistemos fermentai).

Fermentų aktyvumas kraujo serume atspindi fermentų sintezės ląstelėse greičio ir jų išėjimo iš ląstelių pusiausvyrą. Kraujo fermentų aktyvumo padidėjimas gali būti sintezės procesų pagreitėjimo, išsiskyrimo greičio sumažėjimo, ląstelių membranų pralaidumo padidėjimo, aktyvatorių veikimo ir ląstelių nekrozės pasekmė. Fermentų aktyvumo sumažėjimą lemia padidėjęs fermento išsiskyrimo greitis, inhibitorių veikimas ir sintezės slopinimas.

Fermento aktyvumo padidėjimas kraujyje yra labai ankstyvas diagnostinis tyrimas. Papildomas izofermento spektro apibrėžimas leidžia išsiaiškinti patologinio proceso lokalizaciją, nes kiekvienas organas turi savo specifinį izofermento spektrą.

Klinikinėje biochemijoje didelę reikšmę turi aspartataminotransferazės ir alanino aminotransferazės aktyvumo rodiklis. Šios transaminazės randamos mitochondrijose ir tirpioje ląstelių citoplazmos frakcijoje. Transaminazių vaidmuo sumažinamas iki aminorūgščių amino grupių perkėlimo į keto rūgštį. Transaminazių kofermentas yra piridoksalio fosfatas, vitamino B6 darinys. Gyvūnų kraujyje abiejų fermentų aktyvumas yra labai mažas, palyginti su jų aktyvumu kituose audiniuose. Tačiau esant patologijoms, kurias lydi ląstelių sunaikinimas, transaminazės per ląstelių membranas išsiskiria į kraują, kur jų aktyvumas žymiai padidėja, palyginti su norma. Nepaisant griežto šių fermentų organų specifiškumo trūkumo, jų aktyvumas padidėja sergant hepatitu, raumenų distrofijomis, traumomis ir per dideliu fiziniu krūviu ant kūno, ypač sportiniams žirgams.

Laktato dehidrogenazė (LDH), glikolitinis fermentas, katalizuojantis grįžtamą piruvinės rūgšties redukciją į pieno rūgštį. LDH susideda iš keturių subvienetų ir apima penkis izofermentus. Be to, izofermentas LdG5 vyrauja raumenų audinyje, širdies raumenyje LdG1 ir LdG2. Sergant ūminiu miokardo infarktu, padidėja LDH1 ir LDH2 izofermentų aktyvumas serume. Sergant parenchiminiu hepatitu, kraujo serume ženkliai padidėja izofermentų LDH4 ir LDH5 aktyvumas, mažėja LDH1 ir LDH2. LDH aktyvumas visame kraujyje yra žymiai didesnis nei fermento aktyvumas kraujo plazmoje. Todėl net ir minimali kraujo hemolizė reikšmingai pakeičia fermento aktyvumą plazmoje, į ką reikėtų atsižvelgti atliekant laboratorinius darbus.

Kreatino fosfokinazė (CPK) vaidina svarbų vaidmenį energijos apykaitoje. Kreatino fosfokinazė reikalinga ATP resintezei dėl ADP transfosforilinimo kreatino fosfatu. Kreatino fosfatas priklauso daug energijos turinčių fosfatų junginių, kurie užtikrina raumenų susitraukimą, atsipalaidavimą ir metabolitų transportavimą į raumenų audinį.

Kreatinas-F + AdP CPK> Kreatinas + ATP.

Kreatino fosfokinazė susideda iš dviejų subvienetų – M ir B, sudarančių tris izofermentus: MM (raumenų tipas), MV (širdies tipas), BB (smegenų tipas).

Audinių analizė rodo, kad reikšmingas CPK aktyvumas vyksta skeleto raumenyse, miokarde ir smegenyse. Širdies raumenyje daugiausia yra MM ir MV izofermentų.Padidėjęs MV izofermento aktyvumas paciento kraujo serume rodo širdies raumens pažeidimą. CPK izofermentų nustatymas yra geriausias viščiukų paveldimos raumenų distrofijos diagnostikos metodas, kai galvijams trūksta seleno, o arkliams – paralyžinė mioglobinurija.

Šarminė fosfatazė (ALP) yra hidrolizinis fermentas, sintetinamas daugiausia kepenyse ir pašalinamas iš organizmo kaip tulžies dalis. Optimalus jo aktyvumas yra esant pH = 8-9. Tai nespecifinis fermentas, katalizuojantis daugelio fosforo esterių hidrolizę ir esantis plazmoje izofermentų pavidalu. Pagrindinis jaunų augančių gyvūnų šarminės fosfatazės šaltinis yra kaulinis audinys. Šarminės fosfatazės aktyvumas žymiai padidėja sergant kepenų ir kaulų ligomis, ypač osteomaliacija. Pagrindinis šarminės fosfatazės vaidmuo tikriausiai yra susijęs su kalcio fosfatų nusėdimu kauliniame audinyje. Serumo šarminės fosfatazės aktyvumo padidėjimas nustatytas esant kaulų navikams.

Cholinesterazė yra fermentas, dalyvaujantis nervinių impulsų perdavimui, acetilcholino hidrolizei į acetatą ir choliną. Serumo cholinesterazė apima dviejų tipų kūno cholinesterazes, kurių pagrindinis substratas yra acetilcholinas. Acetilcholinesterazė (AChE), hidrolizuojanti acetilcholiną sinapsėse, vadinama tiesa. Jo yra kepenyse, eritrocituose, o plazmoje lokalizuojasi tik nedidelė jo dalis. Plazmos cholinesterazė yra pseudocholinesterazė; ji hidrolizuoja butirilcholiną 4 kartus greičiau nei acetilcholinas. Šio fermento taip pat yra kepenyse, kasoje, žarnyno gleivinėje. Kraujo serumo AChE sintezė vyksta kepenyse, todėl, esant šio organo patologijai, stebimas fermento aktyvumo sumažėjimas.

Negrįžtami AChE inhibitoriai yra toksiški organiniai fosforo junginiai (OP). Taigi, OPC insekticidai (chlorofosas, fosfamidas, karbofosas, oktametilas) selektyviai suriša aktyvius AChE molekulės centrus ir taip blokuoja jos aktyvumą. Dėl didelės lipotropijos FOS gali prasiskverbti į gyvūno organizmą per nepažeistą odą ir gleivines. Apsinuodijus FOS, pastebimas gyvūno nerimas, baimės jausmas, susijaudinimas, traukuliai, kurie išsivysto uždusimo ir kosulio priepuolių fone dėl bronchų spazmo. Būdingi akių pakitimai: smarkiai susiaurėja vyzdys, prasideda ašarojimas, sutrinka akomodacija. Dažniausiai tiesioginė FOS apsinuodijusio gyvūno mirties priežastis yra kvėpavimo centro paralyžius.

Amilazę gamina seilių liaukos, o didelius kiekius – kasa. Amilazė turi specifinį poveikį polisacharidų c-1,4-gliukozidinėms jungtims. Serumo amilazės aktyvumo padidėjimas rodo ūminio pankreatito išsivystymą. Vidutinis fermentų aktyvumo padidėjimas pastebimas esant seilių liaukų uždegimui.

Fermentai: fermentų sąvokos apibrėžimas, cheminė prigimtis, fizikinės ir cheminės savybės ir biologinis fermentų vaidmuo.

Fermentai - tai baltymai, kurie veikia kaip katalizatoriai biologinėse sistemose.

Cheminė prigimtis: baltymai.

Fizikinės ir cheminės savybės:

1) yra amfoteriniai junginiai;

2) įsitraukia į tas pačias kokybines reakcijas kaip ir baltymai (biuretikas, ksantoproteinas, folinas ir kt.);

3) kaip ir baltymai, jie ištirpsta vandenyje ir susidaro koloidiniai tirpalai;

4) turi elektroforezinį aktyvumą;

5) hidrolizuojamas iki aminorūgščių;

6) yra linkę į denatūraciją veikiant tiems patiems veiksniams: temperatūrai, pH pokyčiams, sunkiųjų metalų druskų poveikiui, fizikinių veiksnių (ultragarso, jonizuojančiosios spinduliuotės ir kt.) poveikiui;

7) turi kelis makromolekulių organizavimo lygius, tai patvirtina rentgeno struktūrinės analizės, BMR, EPR duomenys.

Biologinis vaidmuo: Fermentai katalizuoja kontroliuojamą visų medžiagų apykaitos procesų eigą organizme.

Izofermentai. Struktūra, biologinis vaidmuo, apibrėžimo diagnostinė reikšmė, ontogenezės ir organų patologijos pokytis, diagnostinė vertė.

Izofermentai- tai yra kelios to paties fermento formos, katalizuojančios tą pačią reakciją, tačiau skiriasi fizinėmis ir cheminėmis savybėmis.

Struktūra: Kvarterinė struktūra, sudaryta iš lyginio skaičiaus subvienetų (2, 4, 6 ir kt.). Fermentų izoformos susidaro dėl įvairių subvienetų derinių.

Biologinis vaidmuo: Izoformų egzistavimas padidina audinių, organų ir viso kūno prisitaikymą prie besikeičiančių sąlygų.

Diagnostinė apibrėžimo vertė: Keičiant izocimo sudėtį, įvertinama organų ir audinių metabolinė būklė.

Ontogeniškumo pokytis: Pavyzdžiui, LDH (laktatą oksiduoja į PVC). Individualaus organizmo vystymosi procese audiniuose kinta deguonies kiekis ir LDH izoformos. Embrione vyrauja LDH 4, LDH 5. Po gimimo kai kuriuose audiniuose padidėja LDH 1, LDH 2 kiekis.

Organų patologijos pokyčiai: Kaip pavyzdį naudojant LDH. LDH 1,2 veikia miokarde. Jei deguonis nepatenka į miokardą, ten padidės anaerobinių subvienetų skaičius – LDH 4,5, o tai rodo organo patologiją.

Diagnostinė vertė:

LDH- padidėjus LDH aktyvumui kraujo plazmoje, galima daryti prielaidą, kad yra pažeistas vienas iš kūno audinių (širdis, raumenys, kepenys). (Paprastai 170–520 U / l)

QC- (katalizuoja kretino virtimą kreatino fosfatu); nustatyti QC aktyvumą kraujo plazmoje. Norma yra 90 TV / l. MM – raumenų traumos, BB – padidėjimas kraujyje nenustatomas net su insultu, nes negali patekti į kraują.

HHHH HHHM HHMM HMMM MMMM

LDH1.2

LDG4.5

Izofermentai, jų prigimtis, biologinis vaidmuo, LDH struktūra.

Izofermentai yra grupė susijusių fermentų, kurie katalizuoja tą pačią reakciją. Jie kilę iš vieno pirmtako dėl genų dubliavimosi su vėlesne susidariusių alelių mutacija. Jie skiriasi vienas nuo kito:

1) katalizės greitis;

3) reakcijos sąlygos;

4) jautrumas reguliatoriams, aplinkos veiksniams. (Daugiau ar mažiau atsparus inhibitoriams);

5) giminingumas substratui;

6) molekulės sandaros ypatumai, jos IEP, Mr, dydis ir krūvis.

Izofermentai turi adaptacinę reikšmę, tai yra, suteikia medžiagų apykaitos specifiškumą.

Izofermentai užtikrina tarporganinį ryšį, pavyzdžiui, raumenų veiklos metu.

Miokarde ir kepenyse yra įvairių LDH izofermentų, kurie užtikrina laktato metabolizmą:

kepenyse: PVC -----> laktatas

širdyje: laktatas ------> PVC

LDH yra oligomerinis fermentas, susidedantis iš 4 2 tipų subvienetų.

H (širdis) ir M (raumenys).

Yra 5 izofermentų formos:

H4 H3M H2M2 HM3 M4

LDG1, LDG2, LDG3, LDG4, LDG5.

Kadangi H-protomerai turi ryškesnį neigiamą krūvį, izofermentas H4 (LDH1) elektroforezės metu greičiausiai migruos į anodą.

Mažiausiu greičiu M4 pereis prie anodo.

Likę izofermentai yra tarpiniai.

LDH izofermentai yra lokalizuoti įvairiuose audiniuose:

LDH1,2 ----> smegenys, aerobiniai audiniai (miokardas).

LDH3 ----> leukemijos ląstelės.

LDG4.5 ----> anaerobiniai audiniai: raumenys, skeletas.

Izofermentai atsiranda įvairiose ontogenezės stadijose ir įgyvendina individualios raidos programą.

Izocimo profilis keičiasi vystymosi metu.

Esant patologijoms, pastebimas didelis izofermento poslinkis.

Biochemija yra mokslas, tiriantis medžiagos, energijos ir informacijos transformacijos gyvame organizme kokybinę ir kiekybinę sudėtį, būdus, metodus, modelius, biologinį ir fiziologinį vaidmenį.

Biologinės chemijos, kaip savarankiškos disciplinos, susiformavimas biologijos mokslų sistemoje buvo ilgas ir sudėtingas procesas. Šiuolaikinė biochemija susiformavo XIX ir XX amžių sandūroje. organinės chemijos ir fiziologijos gelmėse, todėl XIX a. ji buvo vadinama fiziologine chemija. Terminą biochemija 1858 m. sukūrė austrų gydytojas ir chemikas Vincentas Kletzinskis.

Biochemijos istorija atspindi sudėtingą žmogaus pažinimo apie supantį organinį pasaulį būdą, kurio ištakos siekia antiką. Tais laikais puikios pranašiškos idėjos buvo sudėtingai susipynusios su naiviomis idėjomis apie juos supantį pasaulį. Taigi, pavyzdžiui, Aristotelis manė, kad gyvos būtybės susidaro iš pasyvaus, negyvo principo – „materijos“ ir aktyvaus principo – „formos“, kuri formuoja kūną ir palaiko jame gyvybę, derinio.

Vėliau neoplatonistai, plėtodami šias idėjas, suformulavo viduramžiais įvairiomis modifikacijomis egzistavusias sąvokas „gyvybės jėga“, „gyvybę teikianti dvasia“ ir kt. VII – X amžiuje Europoje, vystantis alchemijai, medžiaga pradėjo kauptis apie sudėtingų organinių junginių sudėtį.

Renesanso epochai būdingas dinamiškas supančio pasaulio suvokimas, kuris mokslą iš ritualinio-magiškojo pavertė atviru mokslu. Mokslas į žmogaus kūną žiūrėjo kaip į sudėtingą mechaninę mašiną. Žymus mūsų amžininkas, anglų filosofas ir mokslo istorikas J. Bernalis tą laikmetį apibūdina taip: „... gydytojai laisvai bendravo su menininkais, matematikais, astronomais ir inžinieriais. Tiesą sakant, daugelis jų dirbo kai kuriose iš šių profesijų. Taigi, pavyzdžiui, Kopernikas buvo išsilavinęs ir praktikuojamas kaip gydytojas ... “.

Būtent tai atvedė mokslą į naują etapą – gyvus daiktus imta vertinti cheminėmis kategorijomis. XVI – XVII a., išsivystė jatrochemija(medicininė chemija), kurios svarbiausias atstovas buvo Paracelsas (1493-1541), manęs, kad visų ligų pagrindas yra cheminių procesų organizme eigos sutrikimai, todėl ir jas būtina gydyti chemikalais. Jatrochemija daug davė praktinei medicinai ir prisidėjo prie jos suartėjimo su chemija.

XVII a. vidurys – XVIII amžiaus pabaiga – empirinis laikotarpis organinės chemijos raidoje, kuri pagal didžiojo švedų chemiko J. Berzelio apibrėžimą buvo „augalinių ir gyvūninių medžiagų“ chemija. Per šį laiką buvo sukaupta didžiulė faktinė medžiaga, tačiau teorinių, apibendrinančių sampratų dar neatsirado. Praktiniai žmogaus veiklos poreikiai (vaistų, aliejų, dervų, dažiklių ir kt. gavimas) iš natūralių žaliavų buvo pagrindinė organinių junginių tyrimo priežastis.

Tobulinant eksperimentinius metodus, buvo lengviau išskirti atskirus organinius junginius iš augalų (oksalo, obuolių, citrinų ir kitų rūgščių) bei gyvūnų organizmų atliekų (karbamido, šlapimo ir hipuro rūgštis).

Kitas laikotarpis – analitinis (XVIII a. pabaiga – XIX a. vidurys – pasižymėjo medžiagų sudėties nustatymo tyrimais, kurių metu paaiškėjo, kad anglies yra visuose organiniuose junginiuose. Štai tik keletas šio laikotarpio pasiekimų). :

1828 m. F. Wöhleris pirmą kartą susintetino karbamidą, taip atidarydamas organinės sintezės erą.

1839 m. J. Liebigas nustatė, kad į maisto sudėtį įeina baltymai, riebalai ir angliavandeniai.

1845 metais G. Kolbė susintetino acto rūgštį

1854 m. M. Berthelot susintetino riebalus.

1861 m. Butlerovas susintetino angliavandenius.

Apibendrinant biochemijos raidą XIX a. Atkreipkite dėmesį, kad pagrindiniai jo susidarymo veiksniai buvo svarbiausių natūralių junginių – lipidų, angliavandenių ir ypač baltymų – chemijos raida, pirmieji fermentologijos laimėjimai, pagrindinių daugiapakopio metabolizmo nuostatų sukūrimas ir fermentų vaidmuo šiuose procesuose. procesus. To meto biologinė chemija pagrindiniu tikslu išsikėlė bendrų medžiagų apykaitos procesų tyrimą chemijos metodais, bet kiekvieno atskiro junginio transformaciją organizme ir idėjų apie visas medžiagų apykaitos procesų detales kūrimą visumoje.

Biochemija intensyviausiai pradėjo vystytis XX amžiuje ir ypač pastaraisiais dešimtmečiais. XX amžiaus pirmoje pusėje. buvo padaryti svarbiausi atradimai, kurie leido sudaryti bendrą medžiagų apykaitos schemą, nustatyti fermentų prigimtį ir ištirti svarbiausias jų savybes bei gerokai praplėsti žinias apie pagrindinius biologiškai aktyvius junginius. 40-50-aisiais buvo intensyviai plėtojami ir tobulinami biocheminių tyrimų metodai, kurie lėmė ateinančiais dešimtmečiais susiformuoti atskiroms biochemijos sritims, tapusioms savarankiškais mokslais – bioorganinės chemijos, molekulinės biologijos, molekulinės genetikos, biotechnologijų ir kt.

Vėliau, nagrinėdami atskirus biochemijos skyrius, paliesime jų istorinius aspektus, o dabar trumpai apžvelgsime pagrindinius istorinius vietinės biologinės chemijos raidos etapus.

Izofermentai, arba izofermentai- tai yra įvairių formų fermentų kurios katalizuoja tą pačią reakciją, tačiau skiriasi viena nuo kitos fizinėmis ir cheminėmis savybėmis, ypač afinitetu substratui, didžiausiu katalizuojamos reakcijos greičiu (aktyvumu), elektroforeziniu judumu arba reguliavimo savybėmis.

Gyvojoje gamtoje yra fermentų, kurių molekulės susideda iš dviejų ar daugiau subvienetų, turinčių vienodą arba skirtingą pirminę, antrinę ar tretinę struktūrą. Subvienetai dažnai vadinami protomerais, o kombinuota oligomerinė molekulė multimeris(14.8 pav. a-d).

Manoma, kad oligomerizacijos procesas padidina baltymų subvienetų stabilumą ir atsparumą denatūruojančių medžiagų poveikiui, įskaitant kaitinimą, proteinazių poveikį ir kt. Tačiau dabartiniame žinių etape vienareikšmiškai atsakyti į klausimą ketvirtinės struktūros svarba kataliziniam fermentų aktyvumui, nes nėra metodų, leidžiančių "minkštomis" sąlygomis sunaikinti tik ketvirtinę struktūrą. Dažniausiai naudojami sunkaus apdorojimo metodai (ekstremalios pH vertės, didelės guanidino chlorido ar karbamido koncentracijos) sunaikina ne tik ketvirtinę, bet ir antrinę bei tretinę stabilaus oligomerinio fermento struktūras, kurių protomerai denatūruojami ir , todėl neturi biologinio aktyvumo.

Ryžiai. 14.8. Kai kurių oligomerinių fermentų struktūriniai modeliai: a - glutamato dehidrogenazės molekulė, susidedanti iš 6 protomerų (336 kDa); b - RNR polimerazės molekulė; c - pusė katalazės molekulės; d – piruvatdehidrogenazės molekulinis kompleksas

Reikėtų pažymėti, kad tarp subvienetų nėra kovalentinių, pagrindinio-valentinių ryšių. Ryšiai dažniausiai yra nekovalentiniai, todėl tokie fermentai gana lengvai disocijuoja į protomerus. Stebėtina tokių fermentų savybė – viso komplekso aktyvumo priklausomybė nuo atskirų subvienetų pakavimo būdo. Jeigu genetiškai skirtingi subvienetai gali egzistuoti daugiau nei viena forma, tada, atitinkamai, fermentas, sudarytas iš dviejų ar daugiau tipų subvienetų, sujungtų skirtingomis kiekybinėmis proporcijomis, gali egzistuoti keliomis panašiomis, bet ne identiškomis formomis. Panašios fermento atmainos vadinamos izofermentai (izofermentai arba, rečiau, izofermentai).

Vienas iš labiausiai tirtų fermentų, kurio formų įvairovė detaliai ištirta gelio elektroforezės metodu, yra laktato dehidrogenazė (LDH), kuri katalizuoja grįžtamąjį piruvo rūgšties pavertimą pieno rūgštimi. Jį gali sudaryti keturi dviejų skirtingų H ir M tipų (širdies ir raumenų) subvienetai. Aktyvus fermentas yra vienas iš šių derinių: HHHH, HHHM, HHMM, HMMM, MMMM arba H 4, H 3 M, H 2 M 2, HM 3, M 4. Jie atitinka izofermentus LDH 1, LDH 2, LDH 3, LDH 4 ir LDH 5. Šiuo atveju H ir M tipų sintezę vykdo skirtingi genai ir skirtingai išreiškiama skirtinguose organuose.

Kadangi H-protomerai, kurių pH yra 7,0-9,0, turi ryškesnį neigiamą krūvį nei M-protomerai, elektroforezės metu izofermentas H4 migruos didžiausiu greičiu elektriniame lauke iki teigiamo elektrodo (anodo). Mažiausiu greičiu M 4 izofermentas pajudės prie anodo, o likę izofermentai užims tarpines pozicijas (14.9 pav.).

Ryžiai. 14.9. LDH izofermentų pasiskirstymas ir santykinis kiekis įvairiuose organuose

Kiekvienas audinys paprastai turi savo LDH formų (izocimų spektro) santykį. Pavyzdžiui, širdies raumenyje vyrauja H 4 tipas, t.y., LDH 1, o skeleto raumenyse ir kepenyse – M 4 tipas, t.y. LDH 5.

Šios aplinkybės plačiai naudojamos klinikinėje praktikoje, nes LDH izofermentų (ir daugelio kitų fermentų) atsiradimo kraujo serume tyrimas gali būti įdomus atliekant organinių ir funkcinių organų ir audinių pakitimų diferencinę diagnostiką. Pagal izofermentų kiekio kitimą kraujo serume galima spręsti tiek apie patologinio proceso topografiją, tiek apie organo ar audinio pažeidimo laipsnį.

Kai kuriais atvejais subvienetai turi beveik identišką struktūrą ir kiekviename yra kataliziškai aktyvi vieta (pavyzdžiui, β-galaktozidazė, susidedanti iš keturių subvienetų). Kitais atvejais subvienetai nėra identiški. Pastarosios pavyzdys yra triptofano sintazė, susidedanti iš dviejų subvienetų, kurių kiekvienas turi savo (bet ne pagrindinį) fermentinį aktyvumą, tačiau tik sujungti į makromolekulinę struktūrą abu subvienetai pasižymi triptofano sintazės aktyvumu.

Terminas " įvairių formų fermentų»Taikoma baltymams, kurie katalizuoja tą pačią reakciją ir natūraliai atsiranda tos pačios rūšies organizmuose. Terminas " izofermentas»Taikoma tik toms kelioms fermentų formoms, kurios atsiranda dėl genetiškai nulemtas pirminės baltymo struktūros skirtumai (bet ne formų, atsirandančių dėl vienos pirminės sekos modifikacijos).