Применение ферментов в медицине
Использование ферментов в медицине
Успехи современной биохимии в выяснении основательной природы
жизни и молекулярных баз патологии, включая потомственные
заболевания жителя нашей планеты, а также в определении структуры и функции белков
и нуклеиновых кислот в внушительной ступени обоснованы обширным
внедрением в биохимию достижений физики, химии и арифметики.
Этот альянс с пунктуальными науками дозволил не только лишь создать
методологические подходы для наиболее глубочайшего исследования строения и
функций личных хим компонентов живой материи на
молекулярном степени, да и содействовал развитию новейших направлений
в биохимии, включая молекулярную биологию, биоорганическую химию и
энзимологию.
Употребление ферментов в медицине
Успехи современной биохимии в выяснении базовой природы
жизни и молекулярных оснований патологии, включая потомственные
заболевания жителя нашей планеты, а также в определении структуры и функции белков
и нуклеиновых кислот в полноценной ступени обоснованы обширным
внедрением в биохимию достижений физики, химии и арифметики.
Этот альянс с пунктуальными науками дозволил не только лишь создать
методологические подходы для наиболее глубочайшего исследования строения и
функций личных хим компонентов живой материи на
молекулярном степени, да и содействовал развитию новейших направлений
в биохимии, включая молекулярную биологию, биоорганическую химию и
энзимологию.
Учение о ферментах — энзимология — перевоплотился в
без помощи других и интенсивно развивающуюся область познания.
Русские ученые (академики В.А. Энгельгардт, А.Е.
Браунштейн, С.Р. Мардашев, И.В. Березин и др.) внесли большущий
вклад в мировую науку в области исследования структуры и функций
ферментов, устройств энзиматического катализа и регуляции
активности и синтеза ферментов; это содействовало
существенному улучшению способов диагностики, исцеления и
обслуживания болезней жителя нашей планеты.
До того как дотрагиваться мед вопросов энзимологии, коротко
перечислим главные функции ферментов не только лишь в организме
жителя нашей планеты и животных, да и в отдельной живой клеточке. Главный
и, быть может, генеральной функцией ферментов приходит их
способность резко увеличивать (в 10-ки и сотки млрд разов)
скорость хим реакций, другими словами ферменты исполняют роль
катализаторов громадного числа хим реакций,
исполняемых раз в секунду во целых живых порядках. Наиболее того,
ферменты приходят регуляторами скорости хим реакций,
жестко контролируя процессы синтеза и распада личных
хим компонентов клеточки и итого организма в целом.
Благодаря этому свойству ферментов живые порядка берегут
всепостоянство внутренней среды (так-называемый гомеостаз); они
различаются от идущих в ногу со временем большущих промышленных производств не
мощностью либо даже не грузоподъемностью, а высочайшей
эффективностью, экономичностью, рациональностью и ювелирной
точностью результатов в микропространстве клеточки (никаких
побочных товаров, никаких отклонений, загрязняющих окружающую
среду).
Ферменты исполняют главные защитные функции, обезвреживая как
экзогенные (поступающие из показной среды), так и эндогенные
(образующиеся в самом организме) токсические вещества;
бранные подвергаются под деяньем ферментов разнообразным
реакциям окисления, возобновления и, в конце концов, распада на
продукты, утрачивающие родные токсические характеристики. Эта область
исследования заработала заглавие ксенобиохимии.
Ферменты употребляются, не считая того, в качестве приборов для
воплощения высокого хим органического синтеза в
беглой, пищевой, микробиологической и лекарственной
индустрии (создание кормового белка, гормонов,
лекарств и остальных фармацевтических препаратов и
L-аминокислот), а также в генноинженерных исследованиях и
биотехнологии.
Дотрагиваясь мед вопросов учения о ферментах, надлежит как-то
итого выделить, что одно из многообещающих направлений
исследования ферментов — мед энзимология — появилось
логическим развитием корпоративного био учения о ферментах.
К истинному медли заработаны убедительные подтверждения, что
современная биология и медицина разговаривают на языке энзимологии и
что вероятности внедрения ферментов в медицине на теоретическом уровне
беспредельны [1, 2]. В частности, верно определились три
главных направления исследований в области мед
энзимологии: энзимопатология, энзимодиагностика и
энзимотерапия. По сиим дилеммам созываются национальные и
международные конференции, симпозиумы и конгрессы, издаются
научные журнальчики (к примеру, «Вопросцы мед химии»),
публикуются ежегодные сборники (Advanses in Clinical
Enzymology, Annual Reports in Medical Chemistry) и т.д.
Отметим также, что в каждой из указанных областей мед
энзимологии водятся не только лишь собственные цели и определенные
задачки, да и особенные методологические подходы и методические
приемы. Басистее будут коротко изложены наши представления о главном
направлении мед энзимологии, в частности
энзимопатологии, и наиболее тщательно о применении ферментов
для диагностики органических и многофункциональных поражений
организма и отдельных органов при патологии.
Область исследования энзимопатологии, жаждая и включает заглавие
патологии (учение о причинах и механизмах развития хворей),
по сути приходит теоретической, базовой долею
мед энзимологии. Она призвана учить молекулярные
начала развития патологического процесса, основанные на принесенных
нарушения устройств регуляции активности либо синтеза
личного фермента, либо группы ферментов. Ферменты
исполняют не только лишь неповторимые каталитические функции, да и,
владея выраженной органотропностью и высочайшей спецификой
деяния, могут иметься применены в качестве самых высоких и
избирательных приборов для направленного действия на
патологический процесс. Как не тайна, из наиболее чем 2-ух тыщ
потомственных хворей жителя нашей планеты молекулярный механизм
развития выяснен лишь у 2-ух — 3-х 10-ов. Гуще итого
развитие заболевания прямо соединено с потомственной
дефицитностью либо полным неименьем синтеза
один-одинешенек-единственного фермента в организме больного.
Обычным образцом сходственной отношения заболевания с неименьем синтеза
в печени специфичного фермента приходит фенилпировиноградная
олигофрения — потомственное болезнь, приводящее в ранешном
детстве к погибели малыша либо к развитию тяжеленной умственной
отсталости. Молекулярный недостаток заболевания содержится в
перекрытии перевоплощения неподменной аминокислоты фенилаланина
(Фен) в тирозин (Тир) в согласовании с уравнением
Оказалось, что фермент, катализирующий предоставленную реакцию, —
Фен-4-гидроксилаза, вернее Фен-4-монооксигеназа, — не
синтезируется в клеточках печени, единственном органе, где он в
норме раскрыт. Следствием этого молекулярного нарушения размена
фенилаланина приходит развитие трудного потомственного
болезни, обусловленного лишним скоплением самого
фенилаланина и товаров его побочного пути размена —
фенилпировиноградной кислоты (отсюда и заглавие заболевания) — в
организме, в частности в ткани мозга и сыворотке крови нездоровых
деток. Традиционно диагноз ставят на основании хим способа
открытия фенилаланина либо фенилпировиноградной кислоты на
пеленках деток. Исцеление в главном сводится к исключению из
кормленья малыша (в том числе и из молока мамы) аминокислоты
фенилаланина [4]. Для такового малыша тирозин (сантим.. отличия в
формулах) оказывается неподменной аминокислотой.
Подобно, развитие второго трудного потомственного
болезни — галактоземии, другими словами непереносимость молочного
сахара, соединено с неименьем синтеза в клеточках печени
фермента, катализирующего перевоплощение галактозы в глюкозу.
Следствием сходственной аномалии приходит скопление галактозы в
тканях и развитие катаракты в ранешном детстве, поражения тканей
печени и мозга, часто приводящие к погибели малыша; исцеление в
данном варианте сводится к исключению из диеты молочного сахара.
Кроме потомственных болезней, энзимопатология удачно
решает и трудности патогенеза соматических хворей, не столько
причинных причин, вызывающих развитие заболевания, сколько
устройств развития более всераспространенных хворей
жителя нашей планеты. В частности, организованы большие научные центры и
Научно-исследовательские университеты (Онкологический научный
центр РАМН, Кардиологический научный центр РАМН, НИИ
ревматологии РАМН), в задачку тот или иной заходит выяснение
молекулярных оснований, к примеру, злокачественного роста,
артериосклероза либо ревматоидных артритов. Несложно
представить громадную роль ферментных порядков либо даже отдельных
ферментов, нарушение регуляции активности либо синтеза тот или иной
приводит к развитию, формированию патологического процесса.
2-ое направление исследований в области мед
энзимологии — энзимодиагностика — призвано заниматься
разработкой ферментных тестов, основанных на определении
активности (степени) ферментов и изоферментов в био
жидкостях организма больного (сыворотка крови, желудочный либо
дуоденальный сок, спинномозговая жидкость, моча и др.). Эти
исследования развиваются в 2-ух направлениях: во-главных, по
пути поиска органотропных либо тканетропных ферментов,
специфичных для определенного органа, группы органов либо
целостного человеческого организма; во-вторых, по пути
совершенствования теснее обрисованных в литературе способов
определения активности ферментов в биосредах.
Диагностическая энзимология достигла большущих фурроров, подсобляя
доктору не только лишь в постановке правильного диагноза болезни
и выяснения ступени тяжести заболевания, да и в определении
строгости избранного способа исцеления. В нынешнее время
разработаны количественные способы анализа почти всех
всераспространенных ферментов, выявляемых в био
жидкостях при поражении различных органов. Для каждого из этих
ферментов определены контрольные величины (степени) активности
и границы потрясения в норме как в сыворотке крови, так и в
самом органе [3, 4].
В качестве образца можнож сослаться на результаты определения
активности 2-ух трансаминаз: аспартатаминотрансферазы (в
медицинской литературе главным образом знакомой как
глутамат-оксалоацетат-трансаминаза — GOT) и
аланинаминотрансферазы (глутамат-пируват-трансаминазы — GPT);
величины активности этих ферментов в сыворотке крови в норме
колеблются меж 5 — 40 международными единицами. При
сердечной дефицитности, при ишемической заболевания сердца
активность обеих трансаминаз в сыворотке крови больного едва
слегка, жаждая и статистически достоверно, увеличивается; все-таки
при пришествии инфаркта миокарда теснее спустя 20 минут
активность обеих трансаминаз в сыворотке крови резко, в
10-ки и сотки разов, превосходит степени контрольных величин в
крови здорового жителя нашей планеты [3].
Надо указать, что, кроме трансаминаз сыворотки крови,
при инфаркте миокарда очень информативными диагностическими
ферментными пробами приходят лактатдегидрогеназный и
креатинфосфокиназный испытания, касающиеся также к так нарекаемым
некротическим ферментным способам. Это значит, что при
повреждении и распаде числа сердечной мускулы вследствие
закупорки коронарной артерии тромбом из обескровленной зоны
вымываются в кровь продукты распада, включая ферменты. Укажем
также, что при благоприятном финале заболевания степени ферментов в
сыворотке крови ворачиваются к норме теснее ко 2 — 3-му дню потом
инфаркта. В то же период при повторном инфаркте миокарда,
настающем традиционно в процесс основной недельки заболевания,
электрокардиограмма традиционно не улавливает повторного инфаркта,
тогда как ферментные испытания реагируют повторным и резким
увеличением степени их в сыворотке крови.
Диагностическая ценность ферментов значительно повысилась
потом внедрения в клиническую практику способов определения
изоферментов, отличающихся в большей степени различной
электрофоретической подвижностью, жаждая и наделенных схожей
био активностью [3]. В данной для нас отношения надлежит наиболее
тщательно осмотреть диагностическую значимость 2-ух
ферментов, определение изоферментных спектров тот или иной внедрено
практически во целых лабораториях медицинской химии мира.
Основным из их приходит упоминавшаяся выше лактатдегидрогеназа
(ЛДГрам), тот или другой катализирует обратимое перевоплощение
пировиноградной кислоты в молочную кислоту по уравнению
Надлежит выделить, что ЛДГрам приходит главным ферментом
анаэробного размена углеводов во целых живых организмах,
определяя скорость образования энергии в внешности
аденозинтрифосфата (АТФ).
ЛДГрам — пространно всераспространенный фермент, он синтезируется практически
во целых клеточках человеческого организма [3]; распознают два разновидности
ЛДГрам: так-называемый сердечный тип, означаемый H-тип (от
англ. heart), и мышечный тип, означаемый M-тип (от англ.
muscle); любой из их состоит из 4 субъединиц,
означаемых сообразно цифрами. Ежели в молекуле ЛДГрам все
четыре субъединицы представлены H-разновидностью, ее означают ЛДГрам H4
; ежели все субъединицы составлены из M-разновидности, тогда фермент
означают M4 . Так как в клеточках постоянно держатся два разновидности
молекул H и M, суммарно четыре субъединицы строятся как из H-,
так и из M-видов. Эким образом, распознают 5 изоферментов ЛДГрам,
составленных из надлежащих видов H и M:
H4 , H3M1 , H2M2 , H1M3 и M4 ;
сообразно они обозначаются: 1-, 2-, 3-, 4- и 5-й
изоферменты ЛДГрам.
При органическом поражении сердечной мускулы, к примеру при
инфаркте миокарда, в сыворотке крови резко увеличивается ватерпас
не только лишь корпоративной лактатдегидрогеназы, но, что чрезвычайно принципиально для
точности диагноза, это рост в большей степени обосновано
изоферментами 1 и 2, сообразно H4 и H3M1 .
С иной сторонки, при поражениях скелетной мускулатуры, а
также при воспалительных действиях печени (гепатиты) либо при
вирусных поражениях ткани печени [4], и в конце концов, при
отравлении четыреххлористым углеродом либо вторыми ядовитыми веществами, иной раз
в большей степени поражается печень, вызывая некроз ткани [3,
4], изоферментный диапазон слева направо (другими словами
степени 5 и 4 изоферментов ЛДГрам резко увеличиваются при практически
неизмененном степени 1 и 2 изоферментов). Эти результаты чрезвычайно
главны для врачующего доктора, тот или другой на основании основным образом
медицинской картины заболевания, лабораторных принесенных,
электрофоретической картины спектров ЛДГрам ставит конечный
диагноз и приступает к исцелению больного. Природно, что
способы исцеления будут резко выдаваться, и в выборе этих способов
большую роль играет изоферментный диапазон ЛДГрам сердечного либо
мышечного разновидности.
Вторым ферментом, диагностическая ценность тот или другой еще выше,
в индивидуальности при инфаркте миокарда [3, 4], приходит
креатинфосфокиназа (КФК), катализирующая биосинтез
креатинфосфата из креатина и АТФ в согласовании с уравнением
Креатинфосфокиназа — главный фермент биосинтеза
макроэргического (наделенного либо держащего высочайший
энергетический потенциал) субстрата — креатинфосфата,
играющего вместе с АТФ выдающуюся роль в биоэнергетике
сердечной мускулы и итого организма. Оказалось, что молекула КФК
также состоит из 2-ух видов субъединиц: из M-разновидности (другими словами
мышечный тип, от англ. muscle) и B-разновидности (другими словами мозговой; от
англ. brain); сообразно выделены и охарактеризованы три
изофермента КФК, тот или другой обозначаются латинскими знаками:
MM-изофермент (мышечный тип), в большей степени отличительный для
поперечно-полосатой мускулатуры, BB-изофермент (мозговой тип,
в большей степени держится в ткани мозга) и неоднородный тип,
означаемый MB-изоферментом, тот или другой держится лишь в
сердечной мышце.
Беря во внимание эти предоставленные, в частности органотропность изоферментов
КФК, при органических либо многофункциональных поражениях этих
тканей в сыворотке крови больного возникают в норме
отсутствующие изоферменты КФК, и, сообразно, они
раскрываются при электрофорезе.
На нашей кафедре В.П. Сараев и Ф.Б. Левин изучили
сыворотку крови нездоровых инфарктом миокарда в динамике с
основного часа пришествия заболевания и изобразили, что корпоративная
активность ЛДГрам резко увеличивается теснее спустя 0,5 часа и держится
на этом высочайшем степени до 2 — 3 дней, а у отдельных нездоровых —
до 4 дней; потом острого периода величины ЛДГрам скоро прибывают
к норме, жаждая изоферментный диапазон ЛДГрам все еще бережет
сердечный тип до 7 — 8 суток. Укажем также, что во целых
вариантах инфактов миокарда, включая благоприятные случаи, В.П.
Сараев и Ф.Б. Левин определяли активность еще один-одинешенек фермента
— палитра-глутамилтрансферазы — в сыворотке крови. Оказалось,
что активность этого фермента неторопливо увеличивается при
пришествии инфаркта, но высочайшие степени его возникают в крови
лишь на 10 — 14-е день потом пришествия инфаркта. По
суждению почти всех клиницистов, палитра-глутамилтрансферазный тест
сыворотки крови может служить принципиальным постинфарктным ферментным
тестом. Будущие предоставленные свидетельствуют о том, что
некротизированная зона сердечной мускулы вероятнее всего не
приходит источником палитра-глутамилтрансферазы, так как
вымывание ткани при инфаркте приходит теснее в основные 10 — 15
минут. Наиболее возможно предположение, что в процессе заживления
и наполнения некротизированной зоны обычной мышечной тканью
в постинфарктном периоде происходит усиленная васкуляризация
(развитие сосудистой сети); в эндотелии образующихся в данной для нас
зоне сосудов искренне завышенное число (по активности)
палитра-глутамилтрансферазы, что, по-видимому, может служить
источником завышенного содержания этого фермента в сыворотке
крови нездоровых инфарктом миокарда.
Диагностическая энзимология достигла полноценных фурроров при
постановке диагноза хворей не только лишь указанных органов, да и
остальных, в частности почек, поджелудочной железы, желудка,
кишечного тракта и свободных [2]. Пространно употребляют в медицинской
практике, к примеру, определение трансамидиназы в сыворотке
крови — фермента, обнаруженного лишь в ткани почек и
поджелудочной железы; либо определяют активность фермента
гистидазы, найденного лишь в клеточках печени и эпидермиса
кожи. Сообразно, при органических поражениях этих
органов, воспалительных действиях, травмах, хирургических
вмешательствах в сыворотке крови нездоровых возникают указанные
ферменты, в норме отсутствующие в сыворотке.
Природно, что тут представлены едва отдельные образцы из
огромного числа ферментов, определяемых в поликлинике, и описаны
лишь некие заболевания из узнаваемых практически 10 тыщ хворей
жителя нашей планеты. Все-таки и из этих образцов можнож сделать заключение,
что ферментная диагностика может служить основанием не только лишь для
постановки правильного и, что самое генеральное, своевременного
диагноза заболевания, да и для проверки эффективности используемого
способа исцеления.
Владея высочайшей спецификой деяния, ферменты приноравливаются
в качестве самых высоких и избирательных приборов в
направленном действии на процесс каждый патологии. О ступени
поражения органов, биомембран клеток и субклеточных структур,
о тяжести патологического процесса можнож судить по возникновению
(либо резкому увеличению степени) органотропных ферментов и
изоферментов в сыворотке крови нездоровых, что сочиняет предмет
диагностической энзимологии.
ЛИТЕРАТУРА
- Браунштейн А.Е. На стыке химии и биологии. Мтр., 1987.
- Мардашев С.Р. Биохимические трудности медицины. Мтр., 1975.
-
Зильва Мтр., Пэннел Грам. Клиническая химия в диагностике и
лечении. Мтр.: Медицина, 1984. -
Панченко Н.И., Гусева Н.Р., Масленникова Н.К. и др. //
Лаб. диагностика. 1993. 4. С. 37 — 41
Оригинал статьи размещен на вебсайте
«
Создатель — Т.Т. Березов, Русский Институт дружбы
народов
Posted in ЭкоМедицина by admin with comments disabled.