Od dawna ustalono, że wszystkie enzymy są białkami i mają wszystkie właściwości białek. Dlatego, podobnie jak białka, enzymy dzielą się na proste i złożone.

Proste enzymy składają się wyłącznie z aminokwasów – np. pepsyna , trypsyna , lizozym.

Złożone enzymy(holoenzymy) posiadają część białkową złożoną z aminokwasów – apoenzym i część niebiałkową – kofaktor. Przykład kompleksu enzymy Czy dehydrogenaza bursztynianowa(zawiera FAD), aminotransferazy(zawiera fosforan pirydoksalu), peroksydaza(zawiera hem), dehydrogenaza mleczanowa(zawiera Zn 2+), amylasa(zawiera Ca2+).

Kofaktor, z kolei można nazwać koenzymem (NAD+, NADP+, FMN, FAD, biotyna) lub grupą prostetyczną (hem, oligosacharydy, jony metali Fe2+, Mg2+, Ca2+, Zn2+).

Podział na koenzymy i grupy prostetyczne nie zawsze jest jasny:
jeśli połączenie kofaktora z białkiem jest silne, wówczas w tym przypadku mówi się o obecności grupa protetyczna,
ale jeśli pochodna witaminy działa jako kofaktor, wówczas nazywa się to koenzym niezależnie od siły połączenia.

Do przeprowadzenia katalizy niezbędny jest kompletny kompleks apoproteiny i kofaktora, nie mogą one przeprowadzić katalizy osobno. Kofaktor wchodzi w skład centrum aktywnego i bierze udział w wiązaniu substratu lub jego przemianie.

Podobnie jak wiele białek, enzymy mogą być monomery, tj. składają się z jednej podjednostki i polimery, składający się z kilku podjednostek.

Strukturalna i funkcjonalna organizacja enzymów

Enzym zawiera obszary, które spełniają różne funkcje:

1. Centrum aktywne - kombinacja reszt aminokwasowych (zwykle 12-16), która zapewnia bezpośrednie wiązanie z cząsteczką substratu i przeprowadza katalizę. Rodniki aminokwasowe w centrum aktywnym mogą występować w dowolnej kombinacji, z aminokwasami znajdującymi się obok siebie i znacznie od siebie oddalonymi w łańcuchu liniowym. W aktywnym centrum znajdują się dwa regiony:

• kotwica(kontakt, wiązanie) – odpowiada za wiązanie i orientację podłoża w ośrodku aktywnym,
• katalityczny– jest bezpośrednio odpowiedzialny za realizację reakcji.

Schemat struktury enzymu

Enzymy zawierające kilka monomerów mogą mieć kilka centrów aktywnych w zależności od liczby podjednostek. Ponadto dwie lub więcej podjednostek może tworzyć jedno miejsce aktywne.

W złożonych enzymach koniecznie znajduje się centrum aktywne grupy funkcyjne kofaktor.

Schemat tworzenia złożonego enzymu

2. Centrum allosteryczne (allos- obcy) jest ośrodkiem regulującym aktywność enzymu, który jest przestrzennie oddzielony od centrum aktywnego i nie występuje we wszystkich enzymach. Wiązanie się z centrum allosterycznym dowolnej cząsteczki (zwanym aktywatorem lub inhibitorem, a także efektorem, modulatorem, regulatorem) powoduje zmianę konfiguracji białka enzymatycznego i w konsekwencji szybkość reakcji enzymatycznej.

Enzymy allosteryczne są białkami polimerowymi; centra aktywne i regulacyjne znajdują się w różnych podjednostkach.

Schemat budowy enzymu allosterycznego

Takim regulatorem może być produkt tej lub jednej z kolejnych reakcji, substrat reakcji lub inna substancja (patrz „Regulacja aktywności enzymu”).

Izoenzymy

Izoenzymy są formy molekularne ten sam enzym, powstający z małych różnice genetyczne V struktura pierwotna enzymatyczny, ale katalityczny ta sama reakcja. Izoenzymy są różne podobieństwo do podłoża, maksymalnie prędkość reakcja katalizowana wrażliwość na inhibitory i aktywatory, warunki pracy (optymalne pH i temperatura).

Z reguły izoenzymy mają czwartorzędowy strukturę, tj. składać się z dwóch lub więcej podjednostek. Na przykład dimeryczny enzym kinaza kreatynowa (CK) jest reprezentowany przez trzy formy izoenzymu złożone z dwóch typów podjednostek: M (eng. mięsień– mięsień) i B (ang. mózg- mózg). Kinaza kreatynowa-1 (CK-1) składa się z podjednostek typu B i jest zlokalizowana w mózgu, kinaza kreatynowa-2 (CK-2) - po jednej podjednostce M i B, aktywna w mięśniu sercowym, kinaza kreatynowa-3 ( CK-3) zawiera dwie podjednostki M, specyficzne dla mięśni szkieletowych.

Istnieje również pięć izoenzymów dehydrogenaza mleczanowa(rola LDH) – enzym biorący udział w metabolizmie glukozy. Różnice między nimi polegają na różnym stosunku podjednostek H. serce- serce) i M (ang. mięsień– mięśnie). Dehydrogenazy mleczanowe typu 1 (H 4) i 2 (H 3 M 1) występują w tkankach aerobik metabolizmie (miokardium, mózg, kora nerek), mają duże powinowactwo do kwasu mlekowego (mleczany) i przekształcają go w pirogronian. LDH-4 (H 1 M 3) i LDH-5 (M 4) występują w tkankach podatnych na beztlenowy metabolizm (wątroba, mięśnie szkieletowe, skóra, rdzeń nerki), mają niskie powinowactwo do mleczanu i katalizują konwersję pirogronianu do mleczanu. W tkankach z mediator rodzaj metabolizmu (śledziona, trzustka, nadnercza, węzły chłonne) dominuje LDH-3 (H 2 M 2).

Innym przykładem izozymów jest grupa heksokinaza, które przyłączają grupę fosforanową do monosacharydów heksozy i angażują je w komórkowe reakcje metaboliczne. Z czterech izoenzymów heksokinaza IV ( glukokinaza), który różni się od innych izoenzymów dużą specyficznością wobec glukozy, niskim powinowactwem do niej i niewrażliwością na hamowanie przez produkt reakcji.

Kompleksy wieloenzymowe

W kompleksie wieloenzymowym kilka enzymów jest ze sobą ściśle powiązanych pojedynczy kompleks i przeprowadzić szereg kolejnych reakcji, w których produkt reakcji jest bezpośrednio przenoszony do następnego enzymu i jest tylko on podłoże. Powstaje efekt tunelowy , tj. substrat wchodzi do „tunelu” utworzonego przez enzymy. W rezultacie metabolity pośrednie unikają kontaktu z środowisko skraca się czas ich przejścia do kolejnego ośrodka aktywnego i znacznie przyspiesza szybkość reakcji.

) i katalizując specyficzne reakcje. Zdolność ta powstaje w wyniku powstania produktu pośredniego, gdy przeciwciało wiąże się z antygenem (imitacja przejścia złożone E-X reakcja enzymatyczna).

Izoenzymy, Lub izoenzymy- Ten wiele form enzymu, katalizujące tę samą reakcję, ale różniące się między sobą właściwościami fizycznymi i właściwości chemiczne w szczególności powinowactwo do substratu, maksymalną szybkość katalizowanej reakcji (aktywność), ruchliwość elektroforetyczną czy właściwości regulacyjne.

W naturze żywej występują enzymy, których cząsteczki składają się z dwóch lub więcej podjednostek o tej samej lub różnej strukturze pierwszorzędowej, drugorzędowej lub trzeciorzędowej. Podjednostki są często nazywane protomerami, a połączona cząsteczka oligomeryczna nazywana jest multimer(Rys. 14.8 a-d).

Uważa się, że proces oligomeryzacji nadaje podjednostkom białek zwiększoną stabilność i odporność na działanie czynników denaturujących, w tym na ciepło, działanie proteinaz itp. Jednakże na obecnym etapie wiedzy nie da się jednoznacznie odpowiedzieć na pytanie: znaczenie struktury czwartorzędowej dla aktywności katalitycznej enzymów, gdyż nie ma jeszcze metod pozwalających w „łagodnych” warunkach zniszczyć jedynie strukturę czwartorzędową. Typowo stosowane surowe metody przetwarzania (ekstremalne wartości pH, wysokie stężenia chlorku guanidyny lub mocznika) prowadzą do zniszczenia nie tylko czwartorzędowych, ale także drugorzędowych i trzeciorzędowych struktur stabilnego enzymu oligomerycznego, którego protomery ulegają denaturacji i, w miarę w rezultacie pozbawiony aktywności biologicznej.

Ryż. 14.8. Modele budowy niektórych enzymów oligomerycznych: a – cząsteczka dehydrogenazy glutaminianowej złożona z 6 protomerów (336 kDa); b – cząsteczka polimerazy RNA; c – połowa cząsteczki katalazy; d – kompleks molekularny dehydrogenazy pirogronianowej

Należy zauważyć, że pomiędzy podjednostkami nie występują kowalencyjne, głównie wartościowe wiązania. Wiązania są w większości niekowalencyjne, więc takie enzymy dość łatwo dysocjują na protomery. Zaskakującą cechą takich enzymów jest zależność aktywności całego kompleksu od sposobu upakowania poszczególnych podjednostek. Jeśli genetycznie odrębne podjednostki może występować w więcej niż jednej postaci, wówczas enzym utworzony z dwóch lub więcej typów podjednostek, połączonych w różnych proporcjach ilościowych, może występować w kilku podobnych, ale nie identyczne formy. Takie typy enzymów nazywane są izoenzymy (izoenzymy lub, rzadziej, izozymy).

Jednym z najczęściej badanych enzymów, którego mnogość form szczegółowo zbadano metodą elektroforezy żelowej, jest dehydrogenaza mleczanowa (LDH), która katalizuje odwracalną konwersję kwasu pirogronowego do kwasu mlekowego. Może składać się z czterech podjednostek dwóch różnych typów H i M (sercowych i mięśniowych). Aktywnym enzymem jest jedna z następujących kombinacji: HHHH, HHHM, HHMM, HMMM, MMMM lub H4, H3M, H2M2, HM3, M4. Odpowiadają one izoenzymom LDH 1, LDH 2, LDH 3, LDH 4 i LDH 5. Jednocześnie synteza typów H i M jest przeprowadzana przez różne geny i ulega różnej ekspresji w różnych narządach.

Ponieważ protomery H przy pH 7,0-9,0 niosą bardziej wyraźny ładunek ujemny niż protomery M, izoenzym H 4 podczas elektroforezy będzie migrował z największą prędkością w polu elektrycznym do elektrody dodatniej (anody). Izoenzym M4 będzie przemieszczał się w kierunku anody z najniższą prędkością, natomiast pozostałe izoenzymy zajmą pozycje pośrednie (rys. 14.9).

Ryż. 14.9. Dystrybucja i Kwota względna Izoenzymy LDH w różnych narządach

Każda tkanka ma zwykle swój własny stosunek form (widmo izoenzymów) LDH. Przykładowo w mięśniu sercowym dominuje typ H4, czyli LDH 1, a w mięśniach szkieletowych i wątrobie typ M4, tj. LDH 5.

Okoliczności te są szeroko stosowane w praktyce klinicznej, gdyż badanie pojawiania się izoenzymów LDH (i szeregu innych enzymów) w surowicy krwi może być interesujące w diagnostyce różnicowej zmian organicznych i czynnościowych narządów i tkanek. Na podstawie zmian zawartości izoenzymów w surowicy krwi można ocenić zarówno topografię procesu patologicznego, jak i stopień uszkodzenia narządu lub tkanki.

W niektórych przypadkach podjednostki mają niemal identyczną strukturę i każda zawiera miejsce aktywne katalitycznie (na przykład β-galaktozydaza, składająca się z czterech podjednostek). W pozostałych przypadkach podjednostki nie są identyczne. Przykładem tej ostatniej jest syntaza tryptofanu, która składa się z dwóch podjednostek, z których każda ma własną (ale nie główną) aktywność enzymatyczną, jednak dopiero po połączeniu w strukturę makrocząsteczkową obie podjednostki wykazują aktywność syntazy tryptofanu.

Termin " wiele form enzymu„ odnosi się do białek, które katalizują tę samą reakcję i występują naturalnie w organizmach tego samego gatunku. Termin " izoenzym» dotyczy tylko tych różnorodnych form enzymów, które pojawiają się w wyniku zdeterminowane genetycznie różnice w strukturze pierwszorzędowej białka (ale nie do form powstałych w wyniku modyfikacji jednej sekwencji pierwszorzędowej).

Enzymy, które katalizują tę samą reakcję chemiczną, ale różnią się podstawową strukturą białka, nazywane są izoenzymami lub izoenzymami. Katalizują ten sam typ reakcji o zasadniczo identycznym mechanizmie, ale różnią się między sobą parametrami kinetycznymi, warunkami aktywacji i cechami połączenia między apoenzymem i koenzymem.

Charakter pojawiania się izoenzymów jest różnorodny, jednak najczęściej wynika to z różnic w budowie genów kodujących te izoenzymy. W związku z tym izoenzymy różnią się pierwotną strukturą cząsteczki białka, a zatem właściwościami fizykochemicznymi. Metody oznaczania izoenzymów opierają się na różnicach we właściwościach fizykochemicznych.

W swojej strukturze izoenzymy są głównie białkami oligomerycznymi. Co więcej, ta lub inna tkanka przeważnie syntetyzuje pewne rodzaje protomery. W wyniku pewnej kombinacji tych protomerów, enzymy z inna struktura- formy izomeryczne. Wykrycie niektórych izoenzymów enzymów pozwala na ich wykorzystanie w diagnostyce chorób.

Izoformy dehydrogenazy mleczanowej. Enzym dehydrogenaza mleczanowa (LDH) katalizuje odwracalne utlenianie mleczanu (kwasu mlekowego) do pirogronianu (kwasu pirogronowego) (patrz punkt 7).

Dehydrogenaza mleczanowa- białko oligomeryczne o masie cząsteczkowej 134 000 D, składające się z 4 podjednostek 2 typów: M (z języka angielskiego mięśni - mięśni) i H (z języka angielskiego serce - serce). Połączenie tych podjednostek leży u podstaw powstania 5 izoform dehydrogenazy mleczanowej (ryc. 2-35, A). LDH 1 i LDH 2 są najbardziej aktywne w mięśniu sercowym i nerkach, LDH4 i LDH5 w mięśniach szkieletowych i wątrobie. Inne tkanki zawierają różne formy tego enzymu.

Izoformy LDH różnią się ruchliwością elektroforetyczną, co umożliwia określenie tożsamości tkankowej izoform LDH (ryc. 2-35, B).

Izoformy kinazy kreatynowej. Kinaza kreatynowa (CK) katalizuje powstawanie fosforanu kreatyny:

Cząsteczka KK jest dimerem składającym się z dwóch rodzajów podjednostek: M (z angielskiego „muscle”) i B (z angielskiego „mózg”). Z tych podjednostek powstają 3 izoenzymy - BB, MB, MM. Izoenzym BB występuje głównie w mózgu, MM w mięśniach szkieletowych, a MB w mięśniu sercowym. Izoformy KK mają różną ruchliwość elektroforetyczną (ryc. 2-36).

Aktywność CK zwykle nie powinna przekraczać 90 IU/l. Oznaczenie aktywności CK w osoczu krwi ma wartość diagnostyczną w przypadku zawału mięśnia sercowego (występuje wzrost poziomu izoformy MB). Ilość izoformy MM może wzrosnąć podczas urazu i uszkodzenia mięśni szkieletowych. Izoforma BB nie może przenikać przez barierę krew-mózg, dlatego jest praktycznie niewykrywalna we krwi nawet podczas udarów i nie ma wartości diagnostycznej.

Izoenzymy- są to enzymy, których synteza jest kodowana przez różne geny, mają różne struktury pierwotne i różne właściwości, ale katalizują tę samą reakcję. Rodzaje izoenzymów:

Narząd - enzymy glikolityczne w wątrobie i mięśniach.

Komórkowa - cytoplazmatyczna i mitochondrialna dehydrogenaza jabłczanowa (enzymy są różne, ale katalizują tę samą reakcję).

Hybryda - enzymy o strukturze czwartorzędowej, powstałe w wyniku niekowalencyjnego wiązania poszczególnych podjednostek (dehydrogenaza mleczanowa - 4 podjednostki 2 typów).

Mutant - powstały w wyniku mutacji pojedynczego genu.

Alloenzymy są kodowane przez różne allele tego samego genu.

10. I. Stosowanie enzymów z cel terapeutyczny z kolei dzieli się na dwa typy: 1) wniosek o Terapia zastępcza oraz 2) w celu wpłynięcia na enzym w miejscu choroby.

Z celem Terapia zastępcza Najszerzej stosowane enzymy trawienne, w przypadku stwierdzenia u pacjenta niedoborów. Przykładami są preparaty soku żołądkowego lub czyste pepsyna lub kwasyn-pepsyna, która jest niezbędna w przypadku zapalenia żołądka z niewydolnością wydzielniczą i niestrawnością u dzieci. Pankreatyna - lek będący mieszaniną enzymów trzustkowych stosowany jest w zapaleniu trzustki, głównie o charakterze przewlekłym. Dobrze znane leki mają to samo znaczenie Cholenzym, panzinorm itp.

Kolejnym obszarem zastosowania terapii zastępczej jest leczenie schorzeń związanych z tzw enzymopatie. Są to choroby wrodzone lub dziedziczne, w których upośledzona jest synteza jakichkolwiek enzymów. Choroby te są zwykle niezwykle ciężkie, dzieci z dziedzicznym brakiem jakiegokolwiek enzymu żyją krótko, cierpią na poważne zaburzenia psychiczne i psychiczne oraz opóźniony rozwój fizyczny i umysłowy. Terapia zastępcza może czasami pomóc w przezwyciężeniu tych zaburzeń.

Stosuje się wiele preparatów enzymatycznych chirurgiczny praktyka czyszczenia powierzchni rany z ropy, drobnoustrojów, nadmiaru tkanki ziarninowej; w klinice chorób wewnętrznych stosuje się je: do upłynniania lepkiej wydzieliny, wysięku, skrzepów krwi np. w ciężkich chorobach zapalnych płuc i oskrzeli. Są to głównie enzymy – hydrolazy, zdolne do rozkładania naturalnych biopolimerów – białek, NA, polisacharydów. Ze względu na działanie przeciwzapalne stosuje się je również w zakrzepowym zapaleniu żył, postaciach zapalnych i dystroficznych para O dontoza, zapalenie kości i szpiku, zapalenie zatok, zapalenie ucha i inne choroby zapalne.

Wśród nich znajdują się enzymy takie jak trypsyna, chymotrypsyna, RNA-aza, DNAaza, fibrynolizyna. Fibirynolizyna stosowany również do usuwania skrzeplin wewnątrznaczyniowych. RNazy i DNazy są z powodzeniem stosowane w leczeniu niektórych infekcji wirusowych, na przykład w celu ich zniszczenia wirus opryszczki.

Enzymy takie jak hialuronidaza, kolagenaza, lidaza, służą do zwalczania nadmiaru formacje blizn.

Asparaginaza- enzym wytwarzany przez niektóre szczepy Escherichia coli. Ma działanie terapeutyczne na niektóre formy nowotworów. Efekt terapeutyczny związany jest ze zdolnością enzymu do zakłócania metabolizmu aminokwasu asparaginy, niezbędnego do wzrostu komórek nowotworowych.

Zastosowanie preparatów enzymatycznych do celów leczniczych jest wciąż bardzo młodą dziedziną nauk medycznych. Ograniczeniem jest tu złożoność technologii i wysoki koszt otrzymania czystych preparatów enzymatycznych w postaci krystalicznej, nadających się do przechowywania i stosowania u ludzi. Ponadto przy stosowaniu preparatów enzymatycznych należy wziąć pod uwagę również inne okoliczności:

1) Enzymy są białkami i dlatego w niektórych przypadkach mogą powodować niepożądaną reakcję alergiczną.

2) Szybki rozkład wprowadzonych enzymów (lek białkowy jest zatem natychmiast wychwytywany przez komórki „zmiatacze” – makrofagi, fibroblasty itp. Dlatego też do uzyskania pożądanego efektu potrzebne są duże stężenia leków.

3) Jednakże wraz ze wzrostem stężenia preparaty enzymatyczne mogą okazać się toksyczne.

A jednak w przypadkach, w których te przeszkody można pokonać, preparaty enzymatyczne mają doskonałe działanie terapeutyczne.

Na przykład te wady są częściowo eliminowane poprzez konwersję enzymów do tzw. formy „unieruchomionej”.

Więcej o metodach immobilizacji enzymów i sposobach ich wykorzystania przeczytasz w swoich pomocach dydaktycznych.

Enzymy: definicja pojęcia, natura chemiczna, właściwości fizykochemiczne i rola biologiczna enzymy.

Enzymy - Są to białka pełniące rolę katalizatorów w układach biologicznych.

Natura chemiczna: białka.

Charakterystyka fizykochemiczna:

1) są związkami amfoterycznymi;

2) wejść w to samo reakcje jakościowe, jako białka (biuret, ksantoproteina, folina itp.);

3) podobnie jak białka, rozpuszczają się w wodzie i tworzą roztwory koloidalne;

4) mają aktywność elektroforetyczną;

5) hydrolizują do aminokwasów;

6) podatne na denaturację pod wpływem tych samych czynników: temperatury, zmian pH, działania soli metale ciężkie, działanie czynniki fizyczne(ultradźwięk, promieniowanie jonizujące itd.);

7) mają kilka poziomów organizacji makrocząsteczek, co potwierdzają analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich, dane NMR i ESR

Rola biologiczna: Enzymy katalizują kontrolowane zachodzenie wszystkich procesów metabolicznych w organizmie.

Izoenzymy. Budowa, rola biologiczna, wartość diagnostyczna definicji, zmiany w ontogenezie i patologii narządu, wartość diagnostyczna.

Izoenzymy- Ten formy liczby mnogiej jeden enzym, katalizujący tę samą reakcję, ale różniący się właściwościami fizycznymi i chemicznymi.

Struktura: Struktura czwartorzędowa utworzona przez parzystą liczbę podjednostek (2, 4, 6 itd.). Izoformy enzymów powstają z różnych kombinacji podjednostek.

Rola biologiczna: Istnienie izoform zwiększa zdolność adaptacyjną tkanek, narządów i organizmu jako całości do zmieniających się warunków.

Wartość diagnostyczna definicje: Stan metaboliczny narządów i tkanek ocenia się na podstawie zmian w składzie izoenzymów.

Zmiana w ontogenezie: Na przykładzie LDH (utlenia mleczan do PVC). W trakcie rozwój indywidualny Zawartość tlenu i izoformy LDH zmieniają się w tkankach organizmu. W zarodku dominują LDH 4 i LDH 5. Po urodzeniu w niektórych tkankach wzrasta zawartość LDH 1 i LDH 2.

Zmiany w patologii narządów: Na przykładzie LDH. LDH 1,2 działa w mięśniu sercowym. Jeśli tlen nie dostanie się do mięśnia sercowego, liczba podjednostek beztlenowych - LDH 4,5 - wzrośnie tam, co wskazuje na patologię narządu.

Wartość diagnostyczna:

LDH– wraz ze wzrostem aktywności LDH w osoczu krwi można przypuszczać uszkodzenie jednej z tkanek organizmu (serca, mięśni, wątroby). (Zwykle 170-520 U/l)

Kontrola jakości– (katalizują konwersję kretyny do fosforanu kreatyny); określić aktywność CK w osoczu krwi. Norma wynosi 90 IU/l. Wzrost MM jest uszkodzeniem mięśni, VV nie jest wykrywany we krwi nawet przy udarach, ponieważ nie może przeniknąć do krwi.