Ферменты-3. Изменение активности ферментов при патологии

Изменение активности ферментов при патологии

Внутриклеточная локализация ферментов
Ядро – ДНК полимераза.
Митохондрии – ферменты цикла кребса, β- окисления жирных кислот, АсАТ
Цитоплазма – ферменты гликолиза.

Происхождение ферментов
сыворотки крови:
Собственные ферменты плазмы крови (секреторные)
протромбин,
проакцелерин.
Экскреторные
амилаза липаза
Индикаторные (клеточные)

Органоспецифические ферменты (изоферменты)

Энзимопатии
- заболевания, возникающие при отсутствии фермента или нарушении его активности.

Энзимопатии
Наследственные (первичные) генетические – характеризуются отсутствием, недостатком или дефектом структуры какого-либо фермента
Альбинизм  Фенилкетонурия
 Галактоземия  Гликогенозы
Приобретённые (вторичные)
- ингибирование фермента
- доступность кофакторов

PHENYLALANINE HYDROXYLASE
PHENYLALANINE
Dietry sources, particularly plant proteins
BODY PROTEINS
BREAKDOWN
Нормальный метаболизм фенилаланина.
TYROSINE

HYDROXYPHENYLACETIC ACID
PHENYLACETIC ACID
Фенилкетонурия

Albinism - tyrosinase is deficient and melanine (black pigment of skin, hear and eyes) not produce, and affected individuals (called albinos) are extremely sensitive to sunlight.

Alcaptonuria - coused by a deficiency of homogentisate oxidase. Large quantities of homogentisate (product of tyrosine metabolism) excreted in urine and autooxidizes, forming dark colored pigment (black urine). In additional, pigment accumulates in various tissue and cause a degenerative arthritis.

A → B → C → D → P
E1 E2 E3 E4
Inhibition
Threonine deaminase is regulated
by isoleucine in the cell.
Isoleucine binds to enzyme at allosteric
site and acts as allosteric inhibitor
Вторичные энзимопатии

Вторичные энзимопатии
Доступность кофакторов:
недостаток витаминов в питании;
нарушение процессов усвоения и транспорта витаминов;
изменение сродства кофермента к активному центру фермента.

1/3 больных чувствительны
к витаминотерапии

Пиридоксин (В6) – пиридоксальфосфат (PLP).
1,3 мг/день. В составе ~ 112 ферментов (3%).
* Проект «Менделевское наследование у человека» (англ. Mendelian Inheritance in Man, MIM).
Аланин-глиоксилат аминотрансфераза – гипероксалатурия, МКБ и почечная недостаточность. OMIM 259900*
β-аланин: α-кетоглутарат трансаминаза.
Синдром Кохена – выраженная умственная отсталость сочетается с ожирением, мышечной гипотонией, гипоплазией нижней челюсти с выдающимися резцами, узкими руками и ногами и пр. OMIM 216550*

Специфическая эритроидная синтетаза δ-аминолевулиновой кислоты (митохондрий) – связанная с Х хромасомой сидеробластическая анемия OMIM 301300
Нарушен синтез дельта-АЛК (сукцинил Со-А + Gly), - недостаточное образование копропорфирина и протопорфиринов в эритробластах и накопление в них Fe2+.
Кинурениназа – превращает кинуренин (Trp) в антраниловую кислоту.
Нарушение умственного развития. OMIM 236800
Декарбоксилаза ароматических L-аминокислот. Cинтез дофамина и серотонина.
Нарушение развития , гипотония, и пр. OMIM 107930

Орнитинаминотрансфераза (митохондрий) (ЕС 2.6.1.13.) – гиратная (кольцевидная) атрофия сетчатки (OMIM 258870)* Нарушение превращения орнитина в пролин.
Симптомы: атрофия сетчатки и пигментного эпителия глаз.
Вначале - «куриная" (сумеречная) слепота, в 60-70 лет - прогрессирующая дегенерация сетчатки и сосудистого сплетения глаз.
Цистатионин β-синтетаза. (OMIM 236200) Гипергомоцистеинемия, нарушения развития, сердечно-сосудистая и скелетная патология, и пр.
* Проект «Менделевское наследование у человека» (англ. Mendelian Inheritance in Man, MIM).

Тиамин (В1) – 1,2 мг в день., тиаминдифосфат, 4 фермента.
Дегидрогеназа АК с разветвлённой цепью (митохондрии) – болезнь кленового сиропа - в моче Val, Leu, Ile - даёт запах кленового сиропа. OMIM 248600.
Симптомы: кетоацидоз, нарушение умственного развития, атаксия, слепота (> α-кетокислот).
Пируват декарбоксилаза (митохондрий) – болезнь Лея (Leigh disease) подострая некротическая энцефаломиелопатия.
Лактоацидоз, энцефаломиелопатия, нарушение умственного развития, атаксия (беспорядок, греч.), повышенная восприимчивость к инфекциям, мышечная слабость, гипотония и др. OMIM 312170.
Ген в X хромасоме. У новорожденных девочек из-за лактоацидоза развивается эпилептический синдром Веста – неблагоприятный прогноз.
В сентябре 2016 года рождён ребёнок "от трёх родителей".

Мембранный переносчик тиамина SLC19A2 (белок мембран) – мегалобластическая анемия, сахарный диабет, нейросенсорная глухота OMIM 603941.
Тиамин пирофосфокиназа - мегалобластическая анемия, сахарный диабет, нейросенсорная глухота OMIM 606370.
α-кетоглютарат дегидрогеназа (митохондрии) - мегалобластическая анемия, сахарный диабет, нейросенсорная глухота OMIM 203740.

Рибофлавин (В2) – 1,3 мг/день. ФМН и ФАД, в составе 4% (~ 150) ферментов.
метилен-THF редуктаза – гипергомоцистинемия, сердечно-сосудистые заболевания, мигрень, диабетическая нефропатия, врождённые нарушения развития сердца OMIM 236250.
НАД(Ф)хинон оксидоредуктаза – высокий риск лейкемии, урогенитальных опухолей OMIM 125860.
Протопорфириноген оксидаза – смешанная (пёстрая) порфирия, нейропсихиатрические нарушения, двигательная невропатия OMIM 176200.

Короткоцепочечная-, средне- и длинно- ацил-КоА дегидрогеназа – нейромышечные нарушения, метаболический ацидоз, припадки, отставание в физическом развитии
OMIM 201470, 201450, 201460.
Комплекс I ЦПЭ митохондрий – выраженные миопатии, непереносимость физических нагрузок, возможны митохондриальные энцефаломиелопатии, лактоацидоз и острые нарушения мозгового кровообращения OMIM 252010.

Энзимотерапия

Применение ферментов
в медицине
- диагностическое - определение активности ферментов в сыворотке крови и биологических жидкостях.
- терапевтическое – лекарства.
- лабораторное (аналитическое) - реагенты.

Основные принципы для применения :
• если из-за повреждения клеток повышается концентрация внутриклеточных ферментов в крови или биологических жидкостях (моча);
• количество фермента достаточно для определения;
• активность фермента определяется лишь при повреждении клеток, стабильна на протяжении определённого времени и выше нормальных величин;
• ферменты имеет приоритет или абсолютную локализацию в определенных органах;
• имеется различие во внутриклеточной локализации.
Ферменты в диагностике

Ферменты плазмы крови
Собственные ферменты крови - секреторные. Синтезируются в печени – место действия – кровь (протромбин, проакцелерин, проконвертин, церулоплазмин, холинестераза и др.)
Экскреторные – попадают в кровь из секреторных органов – панкреатического сока, слюны и пр. (амилаза, липаза).
Клеточные – попадают в кровь при повреждении клеток или тканей.

Клеточные ферменты в небольших количествах могут попадать в кровь также в результате:
• благодаря диффузии через неповреждённые мембраны
• при физиологическом старении клеток.
Ферменты плазмы крови

Повышение уровня в крови
• некроз клеток;
• повышение проницаемости мембран;
• повышение внутриклеточного синтеза ;
• повышение уровня в тканях;
повреждение механизма хранение/экскреция.

1. Врождённое (генетическое)
2. Приобретённое:
- ингибирование фермента
- доступность кофакторов
Понижение уровня в крови

Заместительная терапия (мезим, фестал)
Лечение гнойно-некротических и рубцовых процессов (химотрипсин, лидаза (гиалуронидаза))
Тромболитическая терапия (фибринолизин, урокиназа)
Противоопухолевые препараты (аспарагиназа)
Противомикробные препараты (ДНКаза)
Применение ферментов
в лечении болезней

Антиферментные препараты
(лекарственные препараты – ингибиторы ферментов)
- сульфаниламидные антибиотики (стрептоцид) структурное сходств сульфаниламидного фрагмента с ПАБК - субстратом дигидроптероатсинтетазы, синтезирующим дигидроптероевую кислоту (конкурентное ингибирование).
- антиметаболиты (5-фторурацил)
- ингибиторы протеолиза (контрикал, трасилол)
- ингибиторы моноаминооксидазы (антидепрессанты)
- ингибиторы ксантиноксидазы (аллопуринол)
- коферментные ингибиторы (антивитамины)

Необратимые ингибиторы: Allopurinol

Необратимые ингибиторы : Penicillin

Элементы комплексной терапии
применение ферментов в сочетании с другой терапией
Трипсин - обработка гнойных ран
Фибринолизин - тромболитическая терапия
Лидаза - лечение рубцово-спаечных процессов

Энзимодиагностика
- постановка диагноза заболевания на основе определения активности ферментов в биологическом материале
(биологические жидкости, ткани человека).

Использование ферментов в качестве аналитических реактивов

Иммобилизованные ферменты
- ферменты, связанные с твердым носителем или помещенные в полимерную капсулу
Для иммобилизации ферментов используют два основных подхода:
химическая модификация фермента
физическая изоляция фермента в инертном материале

Использование иммобилизированных ферментов в аналитических и препаративных целях:
ферментные электроды (глюкозооксидаза) тест-системы (уреаза)
получение L-аминокислот
обработка молока (галактозидаза)