Диагностическая энзимология
достигла значительных успехов при постановке
диагноза болезней не только указанных
органов, но и других, в частности почек,
поджелудочной железы, желудка, кишечника
и легких [2]. Широко используют в клинической
практике, например, определение трансамидиназы
в сыворотке крови - фермента, открытого
только в ткани почек и поджелудочной
железы; или определяют активность фермента
гистидазы, обнаруженного только в клетках
печени и эпидермиса кожи. Соответственно,
при органических поражениях этих органов,
воспалительных процессах, травмах, хирургических
вмешательствах в сыворотке крови больных
появляются указанные ферменты, в норме
отсутствующие в сыворотке.
Естественно, что здесь представлены
лишь отдельные примеры из большого числа
ферментов, определяемых в клинике, и описаны
только некоторые болезни из известных
почти 10 тысяч болезней человека. Однако
и из этих примеров можно сделать заключение,
что ферментная диагностика может служить
основой не только для постановки правильного
и, что самое главное, своевременного диагноза
болезни, но и для проверки эффективности
применяемого метода лечения.
Обладая высокой специфичностью
действия, ферменты применяются в качестве
самых тонких и избирательных инструментов
в направленном воздействии на течение
любой патологии. О степени поражения
органов, биомембран клеток и субклеточных
структур, о тяжести патологического процесса
можно судить по появлению (или резкому
повышению уровня) органотропных ферментов
и изоферментов в сыворотке крови больных,
что составляет предмет диагностической
энзимологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Браунштейн А.Е. На стыке
химии и биологии. М., 1987.
2. Мардашев С.Р. Биохимические
проблемы медицины. М., 1975.
3. Зильва М., Пэннел Г. Клиническая
химия в диагностике и лечении.
М.: Медицина, 1984.
4. Панченко Н.И., Гусева
Н.Р., Масленникова Н.К. и др. // Лаб.
диагностика. 1993. № 4. С. 37 - 41.
* * *
Темирболат Темболатович Березов,
доктор медицинских наук, профессор, зав.
кафедрой биохимии Российского Университета
дружбы народов. Автор 400 научных работ,
включая 4 монографии и два учебника по
биохимии для студентов медвузов. Имеет
46 авторских свидетельств и 2 патента.
Лауреат премии РАМН им. Н.И. Пирогова и
академика В.С. Гулевича.
ФЕРМЕНТЫ
Окисление одного
вещества всегда сопряжено с восстановлением
другого: первое отдает атом водорода,
а второе его присоединяет. Катализируют
эти процессы дегидрогеназы, обеспечивающие
перенос атомов водорода от субстратов
к коферментам. В цикле трикарбоновых
кислот одни специфические дегидрогеназы
окисляют субстраты с образованием восстановленной
формы кофермента (никотинамиддинуклеотида,
обозначаемого НАД), а другие окисляют
восстановленный кофермент (НАД×Н), восстанавливая другие дыхательные
ферменты, в том числе цитохромы (железосодержащие
гемопротеины), в которых атом железа попеременно
то окисляется, то восстанавливается.
В конечном итоге восстановленная форма
цитохромоксидазы, одного из ключевых
железосодержащих ферментов, окисляется
кислородом, попадающим в наш организм
с вдыхаемым воздухом. Когда происходит
горение сахара (окисление кислородом
воздуха), входящие в его состав атомы
углерода непосредственно взаимодействуют
с кислородом, образуя диоксид углерода.
В отличие от горения, при окислении сахара
в организме кислород окисляет собственно
железо цитохромоксидазы, но в конечном
итоге его окислительный потенциал используется
для полного окисления сахаров в ходе
многоступенчатого процесса, опосредуемого
ферментами.
На отдельных этапах
окисления энергия, заключенная в питательных
веществах, высвобождается в основном
маленькими порциями и может запасаться
в фосфатных связях АТФ. В этом принимают
участие замечательные ферменты, которые
сопрягают окислительные реакции (дающие
энергию) с реакциями образования АТФ
(запасающими энергию). Этот процесс сопряжения
известен как окислительное фосфорилирование.
Не будь сопряженных ферментативных реакций,
жизнь в известных нам формах была бы невозможна.
Ферменты выполняют
и множество других функций. Они катализируют
разнообразные реакции синтеза, включая
образование тканевых белков, жиров и
углеводов. Для синтеза всего огромного
множества химических соединений, обнаруженных
в сложных организмах, используются целые
ферментные системы. Для этого нужна энергия,
и во всех случаях ее источником служат
фосфорилированные соединения, такие,
как АТФ.
Ферменты и пищеварение.
Ферменты – необходимые участники
процесса пищеварения. Только низкомолекулярные
соединения могут проходить через стенку
кишечника и попадать в кровоток, поэтому
компоненты пищи должны быть предварительно
расщеплены до небольших молекул. Это
происходит в ходе ферментативного гидролиза
(расщепления) белков до аминокислот, крахмала
до сахаров, жиров до жирных кислот и глицерина.
Гидролиз белков катализирует фермент
пепсин, содержащийся в желудке. Ряд высокоэффективных
пищеварительных ферментов секретирует
в кишечник поджелудочная железа. Это
трипсин и химотрипсин, гидролизующие
белки; липаза, расщепляющая жиры; амилаза,
катализирующая расщепление крахмала.
Пепсин, трипсин и химотрипсин секретируются
в неактивной форме, в виде т.н. зимогенов
(проферментов), и переходят в активное
состояние только в желудке и кишечнике.
Это объясняет, почему указанные ферменты
не разрушают клетки поджелудочной железы
и желудка. Стенки желудка и кишечника
защищает от пищеварительных ферментов
и слой слизи. Некоторые важные пищеварительные
ферменты секретируются клетками тонкого
кишечника.
Большая часть энергии,
запасенной в растительной пище, такой,
как трава или сено, сосредоточена в целлюлозе,
которую расщепляет фермент целлюлаза.
В организме травоядных животных этот
фермент не синтезируется, и жвачные, например
крупный рогатый скот и овцы, могут питаться
содержащей целлюлозу пищей только потому,
что целлюлазу вырабатывают микроорганизмы,
заселяющие первый отдел желудка – рубец.
С помощью микроорганизмов происходит
переваривание пищи и у термитов.
Ферменты находят
применение в пищевой, фармацевтической,
химической и текстильной промышленности.
В качестве примера можно привести растительный
фермент, получаемый из папайи и используемый
для размягчения мяса. Ферменты добавляют
также в стиральные порошки.
Ферменты в медицине и сельском
хозяйстве.
Осознание ключевой роли ферментов
во всех клеточных процессах привело к
широкому их применению в медицине и сельском
хозяйстве. Нормальное функционирование
любого растительного и животного организма
зависит от эффективной работы ферментов.
В основе действия многих токсичных веществ
(ядов) лежит их способность ингибировать
ферменты; таким же эффектом обладает
и ряд лекарственных препаратов. Нередко
действие лекарственного препарата или
токсичного вещества можно проследить
по его избирательному влиянию на работу
определенного фермента в организме в
целом или в той или иной ткани. Например,
мощные фосфорорганические инсектициды
и нервно-паралитические газы, разработанные
в военных целях, оказывают свой губительный
эффект, блокируя работу ферментов – в
первую очередь холинэстеразы, играющей
важную роль в передаче нервного импульса.
Чтобы лучше понять
механизм действия лекарственных препаратов
на ферментные системы, полезно рассмотреть,
как работают некоторые ингибиторы ферментов.
Многие ингибиторы связываются с активным
центром фермента – тем самым, с которым
взаимодействует субстрат. У таких ингибиторов
наиболее важные структурные особенности
близки к структурным особенностям субстрата,
и если в реакционной среде присутствуют
и субстрат и ингибитор, между ними наблюдается
конкуренция за связывание с ферментом;
при этом чем больше концентрация субстрата,
тем успешнее он конкурирует с ингибитором.
Ингибиторы другого типа индуцируют в
молекуле фермента конформационные изменения,
в которые вовлекаются важные в функциональном
отношении химические группы. Изучение
механизма действия ингибиторов помогает
химикам создавать новые лекарственные
препараты.
Литература Фёршт Э. Структура и механизм
действия ферментов. М., 1980
Страйер Л. Биохимия, т.
1 (с. 104–131), т. 2 (с. 23–94). М., 1984–1985
Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохомия человека,
т. 1. М., 1993