Информация        26 января 2020        37         Комментарии к записи Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов отключены

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

Концепция индуцированного соответствия

В 1959 г. новую
интерпретацию гипотезы «ключа и замка»
предложил Кошланд (Koshland). На основании
данных, позволявших считать ферменты
и их активные центры физически более
гибкими, чем это казалось вначале, он
предложил идею о динамическом
взаимодействии между ферментом и
субстратом. Согласно этому представлению
субстрат, соединяясь с ферментом,
вызывает изменения в структуре последнего.

Рис.
3.3.3. Изменения
структуры активного центра фермента,
вызванные субстратом,
согласно модели Д. Кошланда: 1 – активный
комплекс; 2 – неактивный комплекс; А, В,
С – функциональные
группы
активного центра

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

Эту гипотезу
называют гипотезой
индуцированного соответствия.
Подходящей аналогией в этом случае
может служить перчатка, которая при
надевании на руку соответствующим
образом изменяет свою форму. С выяснением
отдельных деталей механизма различных
реакций в эту гипотезу вносятся уточнения.
Выяснилось, например, что молекулы
субстрата в некоторых случаях несколько
изменяют свою форму еще до того, как
вступить в соединение с ферментом.

Контроль количества ферментов в клетке – процесс, зависящий от соотношения скоростей их биосинтеза и деградации.

Аллостерическими
ферментами называют ферменты, активность
которых регулируется не только количеством
молекул субстрата, но и другими веществами,
называемыми эффекторами. Участвующие
в аллостерической регуляции эффекторы
– клеточные метаболиты часто именно
того пути, регуляцию которого они
осуществляют.

Роль
аллостерических ферментов в метаболизме
клетки.
Аллостерические ферменты играют важную
роль в метаболизме, так как они чрезвычайно
быстро реагируют на малейшие изменения
внутреннего состояния клетки.
Аллостерическая регуляция имеет большое
значение в следующих ситуациях:

  • при
    анаболических процессах. Ингибирование
    конечным продуктом метаболического
    пути и активация начальными метаболитами
    позволяют осуществлять регуляцию
    синтеза этих соединений;

  • при
    катаболических процессах. В случае
    накопления АТФ в клетке происходит
    ингибирование метаболических путей,
    обеспечивающих синтез энергии. Субстраты
    при этом расходуются на реакции запасания
    резервных питательных веществ;

  • для
    координации анаболических и катаболических
    путей. АТФ и АДФ – аллостерические
    эффекторы, действующие как антагонисты;

  • для
    координации параллельно протекающих
    и взаимосвязанных метаболических путей
    (например, синтез пуриновых и пиримидиновых
    нуклеотидов, используемых для синтеза
    нуклеиновых кислот). Таким образом,
    конечные продукты одного метаболического
    пути могут быть аллостерическими
    эффекторами другого метаболического
    пути.

Особенности
строения и функционирования аллостерических
ферментов:

  • обычно это олигомерные
    белки, состоящие из нескольких протомеров
    или имеющие доменное строение;

  • они имеют аллостерический
    центр, пространственно удалённый от
    каталитического активного центра;

  • эффекторы присоединяются
    к ферменту нековалентно в аллостерических
    (регуляторных) центрах;

  • аллостерические
    центры, так же, как и каталитические,
    могут проявлять различную специфичность
    по отношению к лигандам: она может быть
    абсолютной и групповой. Некоторые
    ферменты имеют несколько аллостерических
    центров, одни из которых специфичны к
    активаторам, другие – к ингибиторам;

  • протомер, на котором
    находится аллостерический центр, –
    регуляторный протомер, в отличие от
    каталитического протомера, содержащего
    активный центр, в котором проходит
    химическая реакция;

  • аллостерические
    ферменты обладают свойством
    кооперативности: взаимодействие
    аллостерического эффектора с
    аллостерическим центром вызывает
    последовательное кооперативное
    изменение конформации всех субъединиц,
    приводящее к изменению конформации
    активного центра и изменению сродства
    фермента к субстрату, что снижает или
    увеличивает каталитическую активность
    фермента;

  • регуляция
    аллостерических ферментов обратима:
    отсоединение эффектора от регуляторной
    субъединицы восстанавливает исходную
    каталитическую активность фермента;

  • аллостерические
    ферменты катализируют ключевые реакции
    данного метаболического пути.

Регуляция
каталитической активности ферментов
белок-белковыми взаимодействиями.

Некоторые
ферменты изменяют свою каталитическую
активность в результате белок-белковых
взаимодействий. Различают 2 механизма
активации ферментов с помощью
белок-белковых взаимодействий:

  • активация
    ферментов в результате присоединения
    регуляторных белков;

  • изменение
    каталитической активности ферментов
    вследствие ассоциации или диссоциации
    протомеров фермента.

Регуляция
каталитической активности ферментов
путём фосфорилирования/дефосфорилирования.

В биологических
системах часто встречается механизм
регуляции активности ферментов с помощью
ковалентной модификации аминокислотных
остатков. Быстрый и широко распространённый
способ химической модификации ферментов
– фосфорилирование/дефосфорилирование.
Модификации подвергаются ОН-группы
фермента.

Фосфорилирование осуществляется
ферментами протеинкиназами, а
дефосфорилирование – фосфопротеинфосфатазами.
Присоединение остатка фосфорной кислоты
приводит к изменению конформации
активного центра и его каталитической
активности. При этом результат может
быть двояким: одни ферменты при
фосфорилировании активируются, другие,
напротив, становятся менее активными.

Регуляция
каталитической активности ферментов
частичным (ограниченным) протеолизом.

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

Некоторые
ферменты, функционирующие вне клеток
(в ЖКТ или в плазме крови), синтезируются
в виде неактивных предшественников и
активируются только в результате
гидролиза одной или нескольких
определённых пептидных связей, что
приводит к отщеплению части белковой
молекулы предшественника. В результате
в оставшейся части белковой молекулы
происходит конформационная перестройка
и формируется активный центр фермента
(трипсиноген – трипсин).

  • при анаболических
    процессах. Ингибирование конечным
    продуктом метаболического пути и
    активация начальными метаболитами
    позволяют осуществлять регуляцию
    синтеза этих соединений;

  • при катаболических
    процессах. В случае накопления АТФ в
    клетке происходит ингибирование
    метаболических путей, обеспечивающих
    синтез энергии. Субстраты при этом
    расходуются на реакции запасания
    резервных питательных веществ;

  • для координации
    анаболических и катаболических путей.
    АТФ и АДФ – аллостерические эффекторы,
    действующие как антагонисты;

  • для координации
    параллельно протекающих и взаимосвязанных
    метаболических путей (например, синтез
    пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов,
    используемых для синтеза нуклеиновых
    кислот). Таким образом, конечные продукты
    одного метаболического пути могут быть
    аллостерическими эффекторами другого
    метаболического пути.

  • обычно это олигомерные
    белки, состоящие из нескольких протомеров
    или имеющие доменное строение;

  • они имеют аллостерический
    центр, пространственно удалённый от
    каталитического активного центра;

  • эффекторы присоединяются
    к ферменту нековалентно в аллостерических
    (регуляторных) центрах;

  • аллостерические центры,
    так же, как и каталитические, могут
    проявлять различную специфичность по
    отношению к лигандам: она может быть
    абсолютной и групповой. Некоторые
    ферменты имеют несколько аллостерических
    центров, одни из которых специфичны к
    активаторам, другие – к ингибиторам;

  • протомер, на котором
    находится аллостерический центр, –
    регуляторный протомер, в отличие от
    каталитического протомера, содержащего
    активный центр, в котором проходит
    химическая реакция;

  • аллостерические ферменты
    обладают свойством кооперативности:
    взаимодействие аллостерического
    эффектора с аллостерическим центром
    вызывает последовательное кооперативное
    изменение конформации всех субъединиц,
    приводящее к изменению конформации
    активного центра и изменению сродства
    фермента к субстрату, что снижает или
    увеличивает каталитическую активность
    фермента;

  • регуляция аллостерических
    ферментов обратима: отсоединение
    эффектора от регуляторной субъединицы
    восстанавливает исходную каталитическую
    активность фермента;

  • аллостерические ферменты
    катализируют ключевые реакции данного
    метаболического пути.

  • активация ферментов
    в результате присоединения регуляторных
    белков;

  • изменение
    каталитической активности ферментов
    вследствие ассоциации или диссоциации
    протомеров фермента.

Регуляция каталитической активности
ферментов путём фосфорилирования/дефосфорилирования.

Регуляция каталитической активности
ферментов частичным (ограниченным)
протеолизом.

Некоторые ферменты,
функционирующие вне клеток (в ЖКТ или
в плазме крови), синтезируются в виде
неактивных предшественников и активируются
только в результате гидролиза одной
или нескольких определённых пептидных
связей, что приводит к отщеплению части
белковой молекулы предшественника. В
результате в оставшейся части белковой
молекулы происходит конформационная
перестройка и формируется активный
центр фермента (трипсиноген – трипсин).

С
современной точки зрения клетка
представляется высокоорганизованной
системой, в отдельных частях которой
осуществляются строго определенные
биохимические процессы. В соответствии
с приуроченностью их к определенным
субклеточным частицам или отсекам
(компартментам) клетки в них локализованы
те или иные индивидуальные ферменты,
мультиэнзимные комплексы, полифункциональные
ферменты или сложнейшие метаболоны.

Разнообразные
гидролазы и лиазы сосредоточены
преимущественно в лизосомах. Внутри
этих сравнительно небольших (несколько
нанометров в диаметре) пузырьков,
ограниченных мембраной от гиалоплазмы
клетки, протекают процессы деструкции
различных органических соединений до
тех простейших структурных единиц, из
которых они построены.

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

Сложные
ансамбли окислительно-восстановительных
ферментов, такие, например, как цитохромная
система, находятся в митохондриях. В
этих же субклеточных частицах локализован
набор ферментов цикла дикарбоновых и
трикарбоновых кислот. Ферменты
активирования аминокислот распределены
в цитоплазме, но они же есть и в ядре.

В
цитоплазме присутствуют многочисленные
метаболоны гликолиза, структурно
объединенные с таковыми пентозофосфатного
цикла, что обеспечивает взаимопереключение
дихотомического и апотомического путей
распада углеводов. В то же время ферменты,
ускоряющие перенос аминокислотных
остатков на растущий конец полипептидной
цепи и катализирующие некоторые другие
реакции в процессе биосинтеза белка,
сосредоточены в рибосомальном аппарате
клетки.

Нуклеотидилтрансферазы,
ускоряющие реакцию переноса нуклеотидных
остатков при новообразовании нуклеиновых
кислот, локализованы в основном в ядерном
аппарате клетки. Таким образом, системы
ферментов, сосредоточенные в тех или
иных структурах, участвуют в осуществлении
отдельных циклов реакций.

Ингибиторы ферментов

Примерами
полифункциональных конъюгатов являются
комплекс синтазы жирных кислот (рис.
4.1.5) и КАД – комплекс, объединяющий
первые три энзиматические активности.
участвующие в метаболизме пиримидинов.

Рис.4.1.5.
Комплекс синтазы жирных кислот
млекопитающих

Каждая субъединица
этого конъюгата включает три различных
домена и восемь субдоменов.

Домен I
состоит из трех субдоменов: субдомен 1
− АПБ-S-ацетилтрансфераза, 60 кДа; субдомен
2 − АПБ-S-малонилтрансфераза, 23 кДа;
субдомен 3 − β-кетоацил-АПБ-синтаза
(конденсирующий фермент, 45 кДа). Домен
I
катализирует присоединение субстратов
ацетил-СоА и малонил-СоА ацетилтрансферазой
и малонилтрансферазой соответственно
и последующую конденсацию обоих партнеров
β-кетоацил-синтазой.

Домен II
также состоит из трех субдоменов:
субдомен 4 − β-кетоацил-АПБ-редуктаза,
21 кДа; субдомен 5 − β-гидроксиацил-АПБ-дегидратаза,
50 кДа; субдомен 6 − еноил-АПБ-редуктаза,
14 кДа. К субдомену 4 присоединен
ацилпереносящий белок (АПБ), 15 кДа. Домен
II
восстанавливает растущую цепь ЖК с
помощью вышеназванных трех ферментов.

Домен III
содержит субдомен 7 − ацил-АПБ-гидролаза,
тиоэстераза, 33 кДа. Домен III
после семь циклов удлинения цепи
катализирует высвобождение готового
продукта − пальмитата с помощью
гидролитического фермента тиоэстеразы.

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

В
настоящее время показано, что многие
ферменты организованы в мультиферментные
ансамбли. По мере роста наших знаний в
деталях, число их увеличивается. Сплайсинг
мРНК осуществляется в сплайсосомах,
транскрипция осуществляется в
транскрипционных комплексах. В синтез
белка вовлечено множество ферментов,
мРНК и рибосомы, образующие трансляционный
комплекс. Деградация белков осуществляется
протеосомами.

Кроме
того, существуют доказательства
мультиэнзимных систем в других путях
(обозначенных метаболонами, от слова
метаболизм ‒ обмен веществ), таких как
гликолиз, цикл лимонной кислоты, синтез
нуклеотидов, синтез мочевины, ЦТК,
окисление жирных кислот и аминокислотный
метаболизм.

Ингибиторами называют вещества, вызывающие снижение активности фермента. Следует различать инактивацию и ингибирование фермента. Сам по себе факт торможения ферментативной реакции в присутствии какого-либо вещества ещё не говорит о том, что это вещество – ингибитор. Любые денатурирующие агенты вызывают инактивацию фермента и торможение ферментативной реакции. Ингибиторы, в отличие от денатурирующих агентов, действуют в малых концентрациях и вызывают специфическое снижение ферментативной активности.

По прочности связывания с ферментом ингибиторы делятся на обратимые и необратимые. Необратимые ингибиторы прочно связываются с ферментом, тогда как комплекс фермент – обратимый ингибитор непрочен. Если сильно разбавить раствор фермента с обратимым ингибитором, то их комплекс распадается и активность фермента восстанавливается.

По механизму действия ингибиторы делятся на конкурентные и неконкурентные.

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

E S I → EI S 

https://www.youtube.com/watch?v=upload

Встраиваясь вместо субстрата в активный центр, такой ингибитор не даёт ферментативной реакции осуществиться. То есть, субстрат конкурирует с ингибитором за активный центр. С активным центром связывается то соединение, молекул которого больше. Снять конкурентное ингибирование можно, увеличив концентрацию субстрата.

На принципе конкурентного ингибирования основано действие многих фармакологических препаратов (например, сульфаниламидных), инсектицидов, фосфорорганических боевых отравляющих веществ (зарин, зоман). 

E S I → ESI 

К неконкурентным ингибиторам относятся ионы тяжёлых металлов: ртути, свинца, кадмия, мышьяка. Они блокируют SH-группы, входящие в каталитический участок фермента. Снять действие неконкурентного ингибитора избытком субстрата, как при конкурентном ингибировании, нельзя, а можно лишь веществами, связывающими ингибитор (реактиваторами). Тяжелые металлы лишь в небольших концентрациях играют роль ингибиторов, в больших концентрациях они действуют как денатурирующие агенты.

Наиболее важными неконкурентными ингибиторами являются образующиеся в живой клетке промежуточные продукты метаболизма, способные обратимо связываться с аллостерическими участками фермента – аллостерические ингибиторы. Они занимают ключевое положение в метаболизме, поскольку тонко реагируют на изменения в обмене веществ и регулируют прохождение веществ по целой системе ферментов.

Ферменты, присутствующие в ядре

• Ферменты в
растворимом пространстве: гликолитические
ферменты, ферменты пентозофосфатного
пути;

• Ферменты,
связанные с хроматином: РНК-полимеразы
ІІ, ІІІ, нуклеотизтрифосфатазы,
ДНК-полимеразы;

• Ферменты,
найденные в ядрышке: РНК-полимеразы І,
топоизомеразы, РНК–метилазы, протеинкиназы,
фосфопротеинфосфатазы;

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

• Ферменты,
связанные с мембранами: глюкозо-6-фосфатаза,
кислая фосфатаза.

Применение ферментов в качестве аналитических реагентов

В
качестве ингибиторов ферментов по
конкурентному механизму в медицинской
практике используют вещества, называемые
антиметаболитами. Эти соединения, будучи
структурными аналогами природных
субстратов, вызывают конкурентное
ингибирование ферментов, с одной стороны,
и, с другой – могут использоваться этими
же ферментами в качестве псевдосубстратов,
что приводит к синтезу аномальных
продуктов. Аномальные продукты не
обладают функциональной активностью;
в результате наблюдают снижение скорости
определённых метаболических путей.

В
качестве лекарственных препаратов
используют следующие антиметаболиты:
сульфаниламидные препараты (аналоги
пара-аминобензойной кислоты), применяемые
для лечения инфекционных заболеваний,
аналоги нуклеотидов для лечения
онкологических заболеваний.

В качестве
ингибиторов ферментов по конкурентному
механизму в медицинской практике
используют вещества, называемые
антиметаболитами. Эти соединения, будучи
структурными аналогами природных
субстратов, вызывают конкурентное
ингибирование ферментов, с одной стороны,
и, с другой – могут использоваться этими
же ферментами в качестве псевдосубстратов,
что приводит к синтезу аномальных
продуктов. Аномальные продукты не
обладают функциональной активностью;
в результате наблюдают снижение скорости
определённых метаболических путей.

В качестве
лекарственных препаратов используют
следующие антиметаболиты: сульфаниламидные
препараты (аналоги пара-аминобензойной
кислоты), применяемые для лечения
инфекционных заболеваний, аналоги
нуклеотидов для лечения онкологических
заболеваний.

О

уреаза

NH2
─С ─NH2

H2O

2NH3

CO2

мочевина

аммиак

Достаточно
обработать пробу крови или мочи раствором
уреазы и определить количество
образовавшегося аммиака, чтобы точно
сказать, сколько мочевины содержалось
во взятой пробе.

Также в лабораториях
широко используют очень простой и точный
метод определения глюкозы в крови и
моче с помощью фермента глюкозооксидазы.
Принцип метода основан на специфическом
окислении глюкозы под влиянием
глюкозооксидазы (КФ 1.1.3.4), обладающий
высокой субстратной специфичностью по
отношению к глюкозе.

D-Глюкоза

D-глюконовая
кислота

О

C─H

Н─C─ОH

ОH─C─Н

Н─C─ОH

Н─C─ОH

СН2ОН

глюкозооксидаза

CООH

Н─C─ОH

ОH─C─Н

Н─C─ОH

Н─C─ОH

СН2ОН

https://www.youtube.com/watch?v=ytaboutru

Этот метод позволяет
определить содержание глюкозы в крови
в присутствии других восстанавливающих
веществ. Глюкозооксидаза – флавопротеин,
простетической группой которого является
FAD .
Окисление глюкозы глюкозооксидазой
происходит у первого углеродного атома
до глюконовой кислоты через промежуточный
продукт δ-глюконолактон.

Перенос двух
атомов водорода на FAD
приводит к его восстановлению, а затем
FADH2
передает их на кислород с образованием
перекиси водорода в эквимолярных
количествах. Образовавшийся пероксид
водорода определяется по реакции
окислительной конденсации хлорпроизводного
фенола с 4-аминофеназоном, катализируемой
пероксидазой. Интенсивность возникшей
окраски прямо пропорциональна концентрации
глюкозы.

Обнаружение
самих ферментов при поражении органов
и тканей

В настоящее время
известно более 30-ти ферментов, активность
которых в крови увеличивается при
повреждении клеток различных органов
в период острого или хронического
заболевания. Определение активности
большинства из этих ферментов в сыворотке
крови используется для диагностики
многих заболеваний и контроля за лечением
(табл. 5.2.1).

Таблица 5.2.1

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

Некоторые ферменты,
используемые в клинике для диагностики

Фермент

Локализация
в клетке

Заболевания,
при которых фермент наиболее активен
в крови

Аланинаминотрансфераза

Цитозоль

Гепетиты,
цирроз

Аспартатаминотрансфераза

Цитозоль,
митохондрии

Инфаркт и
другие заболевания сердца, гепатиты,
заболевания почек

Амилаза

Цитозоль

Острый
панкреатит

Креатинкиназа(изоферменты)

Цитозоль,
митохондрии

Инфаркт
миокарда, заболевания скелетных мышц

Лактатдегидрогеназа(изоферменты)

Цитозоль

Инфаркт
миокарда, гепатиты, рак печени

γ-глутамилтранспептидаза

Цитоплазматическая
мембрана

Гепатиты,
цирроз, алкогольное поражение печени

Липаза
панкреатическая

Цитозоль

Острый
панкреатит, рак поджелудочной железы

Кислая фосфатаза

(рН 4,9)

Лизосомы

Метастазирующая
карцинома предстательной железы,
аденома предстательной железы

Щелочная фосфатаза

(рН 10,0)
(изоферменты)

Плазматическая
мембрана

Заболевания
костей, цирроз и новообразования
печени, закупорка протоков печени

Фермент

Локализация
в клетке

Заболевания,
при которых фермент наиболее активен
в крови

Глутаматдегидрогеназа

Митохондрии

Острые
гепатиты (некротические формы),
печёночная кома

Лейцинаминопептидаза

Цитозоль

Цирроз,
гепатит, рак поджелудочной железы

5`-нуклеотидаза

Плазматическая
мембрана

Механическая
желтуха, цирроз, метастазы в печени

Сорбитолдегидрогеназа

Цитозоль

Гепатиты,
желтухи

Псевдохолинэстераза

Цитозоль

Нефроз,
сахарный деабет IIтипа,
алкоголизм

Гистидаза

Цитозоль

Поражения
печени

При высоких физических нагрузках организм требует достаточно большого притока пластического и энергетического материала извне. Пищеварительный аппарат не всегда справляется с этой задачей. Недостаточная переваривающая способность желудочно-кишечного тракта может служить фактором, лимитирующим прирост мышечной массы и работоспособности вследствие относительного белкового и витаминного дефицита.

Для коррекции пищеварительных процессов применяют комбинированные средства, содержащие пищеварительные ферменты. Прием таких препаратов существенно улучшает пищеварение и способствует приросту массы тела. Пищеварительные ферменты могут приниматься как самостоятельно, так и в комплексе с анаболическими средствами.

Занятия спортом, как известно, сопряжены с большими физическими нагрузками. Несоответствия между индивидуальными способностями тканей двигательного аппарата к нагрузкам и фактической нагрузкой при тренировке или соревнованиях создают условия для возникновения различных травматических повреждений. Использование препаратов системной энзимотерапии позволяет выдерживать тренировочные нагрузки повышенного объема и интенсивности, при этом прием вобензима позволяет избежать срыва адаптационных механизмов, истощения иммунной системы и дистресса.

Вобензим в дозе 10 драже 3 раза в день обладает выраженным иммуностимулирующим действием. При этом, по данным контрольных тестов, существенно повышается уровень спортивной работоспособности. Применение вобензима в спорте увеличивает адаптационные резервы и освоение околопредельных стрессовых нагрузок, а также способствует более быстрому восстановлению, что подтверждается биохимическими и психофункциональными тестами. Эффект последействия после месячного курса системной энзимотерапии сохраняется в течение 10—14 дней.

Как известно, границы спортивной работоспособности определяются не только состоянием сердечно-сосудистой и дыхательной систем, но и способностью тканей опорно-двигательного аппарата к перенесению нагрузок. Повреждения мышц относятся к числу наиболее частых в спортивной медицине травм. Особую проблему составляют микротравмы, часто недооцениваемые спортсменами и их тренерами.

В последующем это приводит к длительным периодам потери трудоспособности. В настоящее время нет единой точки зрения на лечение мышечных повреждений. Общепринятой является местная терапия (холод, покой) и приподнятое положение пораженного сегмента конечности. Нередко назначают аналгетики и нестероидные противовоспалительные препараты, имеющие, как известно, ряд побочных эффектов.

С учетом патоморфологи-ческих изменений, возникающих в мышцах, целесообразно использовать системную энзимоте-рапию как для профилактики, так и для лечения травматических повреждений мышц у спортсменов. Вобензим назначают в дозе 10 драже 3 раза в день от 10—14 дней до 4—6 нед. Прием вобензима спортсменами в таких дозах, по данным многочисленных исследований, позволяет приступить к спортивным тренировкам в среднем в 2—2,5 раза быстрее по сравнению с проведением традиционной терапии. Можно также использовать флогензим и Вобе-Мугос.

Лекарственные препараты, применяемые с целью подавления активности ферментов, называются ингибиторами ферментов.

Классификация

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

1. Ингибиторы протеиназ: контрикал.

2. Ингибиторы фибринолиза: кислота амино-капроновая.

3. Антихолинэстеразные средства: прозерин, физостигмина салицилат, галантамина гидробромид и др.

4. Ингибиторы МАО: ниаламид.

5. Ингибиторы карбоангидразы: диакарб.

6. Ингибиторы ксантиноксидазы: аллопуринол.

7. Ингибиторы ацетальдегидрогеназы: циамид, тетурам (дисульфирам) и др.

Контрикал — антиферментный препарат, ингибирующий активность трипсина, калликреина, плазмина.

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

Фармакокинетика: при внутривенном введении действие развивается через 10—15 мин.

Показания к применению: острый панкреатит, панкреанекроз в сочетании с гепарином в острый период инфаркта миокарда.

Противопоказания: с осторожностью у лиц, склонных к аллергическим реакциям.

Побочные эффекты: аллергические реакции.

  • Lydasum — флаконы по 64 УЕ
  • Trypsinum crystallisatum — ампулы, флаконы по 0,005—0,01 г
  • Chymotrypsinum crystallisatum — ампулы, флаконы по 0,005 и 0,01 г
  • Ribonucleasum — ампулы, флаконы по 0,01 г
  • Wobenzym — драже № 40, № 300, № 800

Ферменты митохондрий

• Матрикс: ферменты
цикла лимонной кислоты (за исключением
сукцинатдегидрогеназы), ферменты
β-окисления жирных кислот, пируваткарбоксилаза,
глутаматдегидрогеназа,
орнитинкарбомоилдегидрогеназа;

• Внутренняя
мембрана: сукцинатдегидрогеназа,
NADH-дегидрогеназы
(ассоциированы с дыхательной цепью),
АТР-синтазы, карнитинпальмитоилтранфераза,
глицерол-3-фосфатдегидрогеназа,
цитохромоксидаза;

• Межмембранное
пространство: нуклеозиддифосфаткиназа,
аденилаткиназа;

• Внешняя мембрана:
цитохром-в5-редуктаза,
аминооксидазы, ацетил-СоА-синтетазы,
гексокиназа, фосфолипаза А2,
холин-фосфотрансфераза

Ферменты эндоплазматического ретикулума

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyrightru

Таблица 4.1.2

Ферменты
эндоплазматического ретикулума и их
локализация

Ферменты
(группа ферментов)

Локализация

Ферменты
биосинтеза холестерина:карнитин-ацилтрансфераза

гладкий
ЭПР

ферменты
гидроксилирования стероидов

гладкий
ЭПР

Ферменты, локализованные в цитозоле

• Метаболизм
углеводов: ферменты гликолиза, включая,
фосфорилазу, киназу фосфорилазы,
протеинкиназу, гликогенсинтаза,
фосфоенолпируват-карбоксикиназа,
ферменты пентозо-фосфатного пути,
малатдегидрогеназа, изоцитратдегидрогеназа;

• Обмен липидов:
ацетил-СоА-карбоксилаза, комплекс
синтазы жирных кислот;

• Обмен аминокислот
и белков: аспартатаминотрансфераза,
аланинаминотрансфераза, аргиназа,
аминоацил-т-РНК-синтетазы;

• Синтез нуклеотидов:
нуклеозидкиназа, нуклеотидкиназа.

Мембранные ферменты

• Периферические
белки (легко экстрагируется из мембраны
солевым раствором).

• Интегральные
белки с небольшой частью полипептидной
цепи, закреплённой в мембране.

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

• Интегральный
белок с небольшой частью полипептидной
цепи, внедрённой в бислой.

• Интегральный
белок, пронизывающий липидный бислой,
(ионные трансферазы, такие как
Na,K-АТРаза,Са2
-АТРаза).

• Белок, присоединённый
к мембране за счёт второго белка, который
находится в бислое (рис.4.3.2).

Рис. 4.1.2. Мембранные
ферменты

Пируватдегидрогеназный комплекс

Этот
мультиферментный комплекс, имеющий
молекулярную массу 4500 кДа, состоит из
трех типов ферментов. Первый из них (E1)
ускоряет реакцию декарбоксилирования
пировиноградной кислоты. В состав
комплекса входит 12 димерных молекул
этого фермента. Второй и третий ферменты,
катализирующие окислительно-восстановительные
процессы при окислении пировиноградной
кислоты, сосредоточены внутри
мультиэнзимного комплекса. Один из них
(Е3)
представлен шестью димерными молекулами,
другой (Е2)
‒ 24 протомерами (рис. 4.1.4).

Рис.4.1.4.
Трехмерная струкатура пируватдегидрогеназного
комплекса

В
результате слаженного во времени и
пространстве действия всех трех видов
входящих в его состав ферментов
мультиэнзимный комплекс с огромной
скоростью осуществляет превращение
пировиноградной кислоты (4.1.5).

https://www.youtube.com/watch?v=ytdevru

Сравнительно
недавно выявлена еще одна своеобразная
черта в строении ферментов: некоторые
из них являются полифункциональными,
т.е. обладают несколькими энзиматическими
активностями, но всего лишь одной
полипептидной цепью. Эта единая цепь
при формировании третичной структуры
образует несколько функционально и
стерически обособленных глобулярных
участков ‒ доменов,
каждый из которых характеризуется своей
каталитической активностью. Такие
ферменты называют мультиферментными
конъюгатами.

Рис.
4.1.5. Процесс декарбоксилирования пирувата
пируватдегидрогеназным комплексом

Время полужизни различных ферментов

Абсолютное
количество фермента в клетке определяется
скоростями его синтеза (kсинт)
и распада (kрасп)
(рис. 4.4.1). Соответственно количество
фермента увеличивается либо в результате
повышения скорости его синтеза
(увеличением kсинт),
либо снижения скорости распада
(уменьшением kрасп),
либо обоими способами сразу.

Подобным
же образом количество фермента уменьшается
в результате либо уменьшения kсинт,
либо увеличения kрасп,
либо и тем
и другим путем. В клетках человека может
происходить изменение и kсинт
и kрасп.
У всех живых
организмов синтез ферментов (и всех
других белков) из аминокислот и распад
фермента (белка) на аминокислоты
представляют собой разные процессы,
которые катализируются совершенно
разными наборами ферментов. В этих
условиях легко осуществляется независимая
регуляция скорости синтеза фермента и
скорости его распада.

Фермент

kсинтkрасп

Аминокислоты

Рис. 4.4.1. Количество
фермента определяется балансом процессов
его синтеза и распада.

В быстро растущих
бактериях общая скорость распада белков
составляет около 2% в час. Иное положение
складывается, когда бактерии находятся
в условиях голодания или их переносят
на свежую среду, бедную углеродом. В
этих условиях распад бактериальных
белков идет со скоростью 7 – 10% в час.

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

Сочетание процессов
синтеза и распада ферментов называют
обновлением ферментов. Обновление
происходит и у бактерий, и у млекопитающих,
однако значение распада ферментов как
средства регуляции их количества у
бактерий недооценивалось.

В клетках
млекопитающих обновление белков было
обнаружено гораздо раньше, чем у бактерий.
Указания на этот процесс у человека
были получены более ста лет назад на
основании наблюдений за людьми,
получавшими специальную диету. Однако
лишь после классических работ Шёнхеймера,
начатых незадолго до второй мировой
войны, было твердо установлено, что
обновление клеточных белков происходит
на протяжении всей жизни.

Измеряя
скорость включения в данный белок
15N-меченных
аминокислот и скорость утраты метки
белком, Шёнхеймер пришел к выводу, что
белки в организме человека находятся
в состоянии «динамического равновесия».
Это представление позднее было
распространено на другие компоненты
организма, включая липиды и нуклеиновые
кислоты.

Основные этапы
синтеза белков достаточно хорошо
изучены, чего нельзя сказать о процессах
распада ферментов. Распад ферментов
происходит в результате их гидролиза
протеолитическими ферментами, но о
механизме регуляции этой протеолитической
активности мало что известно. Установлено
только, что процессы регуляции могут
быть сопряжены с расходованием АТР.

Чувствительность фермента к протеолизу
зависит от его конформации. Присутствие
или отсутствие субстратов, коферментов,
ионов металлов – все это способно влиять
на конформацию белка и его чувствительность
к протеолизу. Поэтому скорость распада
специфических ферментов может зависеть
от концентрации в клетке субстратов,
коферментов и, возможно, ионов.

Эти
представления можно хорошо проиллюстрировать
на примере аргиназы и триптофаноксигеназы
(триптофанпирролазы). Регуляция содержания
аргиназы в печени может осуществляться
путем изменения либо kсинт,
либо kрасп.
Переход на обогащенную белковую диету
приводит к возрастанию содержания
аргиназы из-за повышения скорости ее
синтеза.

Лекарственные препараты как ингибиторы ферментов

Содержание фермента в печени
возрастает также у голодающих животных.
Но это обусловлено снижением скорости
распада аргиназы, поскольку значение
kсинтостается
постоянным. Теперь о ситуации, которая
наблюдается со вторым ферментом: инъекция
млекопитающим глюкокортикоидов, как и
инъекция триптофана, повышает содержание
триптофаноксигеназы.

Содержание ферментов
в тканях млекопитающих может изменяться
в результате действия различных
физиологических и гормональных факторов,
а также под влиянием диеты. Известно
много примеров такого рода для разных
тканей и различных метаболических путей
(табл. 4.4.1), однако знания о молекулярном
механизме процессов носят фрагментарный
характер.

Таблица 4.4.1

Некоторые ферменты
печени крысы, скорость синтеза которых
изменяется в зависимости от условий
среды

Ферменты

Время

полуобновления

t1/2,
ч

Внешний

стимул

Относительное

изменение

скорости

синтеза

Аргиназа

100
– 120

Голодание,

глюкокортикоиды

2

Переход
от обогащенной к бедной белком диете


2

Сериндегидратаза

20

Глюкагон,

аминокислоты

100

Гистидаза

60

Переход
от бедной к обогащенной белком диете

20

Глюкозо-6-фосфатлегидрогеназа

15

Гормоны щитовидной
железы;

переход
от бедной диеты к диете с высоким
содержанием углеводов

10

D-Глицерофосфатдегид-рогеназа

100

Гормоны
щитовидной железы

10

Фруктозо-1,6-фосфатаза

Глюкоза

10

Цитратлиаза

Переход
от голодания к диете с высоким
содержанием углеводов и низким
содержанием жиров

30

Синтаза
жирных кислот

Голодание


10

Переход
от голодания к диете, не содержащей
жиров, постная диета, 5% холестерола в
пище

30

Глюкокортикоиды
повышают концентрацию тирозин-трансаминазы,
увеличивая kсинт.
На этом примере была впервые четко
показана гормональная регуляция синтеза
фермента в тканях млекопитающих. Инсулин
и глюкагон, несмотря на взаимный
антагонизм их физиологического действия,
оба независимо повышают kсинт
в 4 – 5 раз. Действие глюкагона, вероятно,
опосредуется сАМР, который оказывает
аналогичное гормону действие в органной
культуре печени крысы.

Энзимодиагностика Органная специфичность в распределении ферментов

Дифференцировка
клеток на органы и ткани сопровождается
биохимическими изменениями в них. В
результате таких изменений каждый орган
и ткань имеют специфический белковый
(в том числе ферментный) состав. Многие
ферменты широко распространены в разных
тканях, но в различных количествах. По
увеличению активности таких ферментов
трудно судить о локализации первичных
патологических изменений, это
неспецифические
ферменты.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafetyru

Есть и такие ферменты, которые активны
только в одном или нескольких органах
и фактически отсутствуют во всех других.
Это органоспецифические
ферменты,
они наиболее информативны, так как
увеличение их активности свидетельствует
о поражении соответствующих органов.
Например, известно всего два фермента,
которые находятся только в одном органе
– в печени – это орнитинкарбамоилтрансфераза
(КФ 2.1.3.

3) и урокиназа (КФ 4.2.1.49). Для двух
органов специфичны гистидаза (КФ 4.3.1.3)
– в печени и эпидермисе, трансамидиназа
(КФ 2.1.4.1.) – в почках и поджелудочной
железе, креатинкиназа (КФ 2.7.3.2) – в
сердечной и скелетной мышцах,
гунидинацетат-метилтрансфераза (КФ
2.1.1.2) – в печени и поджелудочной железе.
Кислая фосфатаза (КФ 3.1.3.2) очень активна
в предстательной железе и малоактивна
(до 10% от максимума) в других органах.

Ферменты сыворотки крови

Большинство
ферментов находится во внутриклеточной
среде (в цитоплазме и органеллах). Тем
не менее, о скорости синтеза ферментов
и об интенсивности выхода из клеток
можно судить по их активности в
биологических жидкостях (кровь, слюна,
ликвор и др.). Наиболее важным в
диагностическом процессе является
исследование ферментов плазмы крови.

Ферменты, которые обнаруживаются в
норме в плазме или в сыворотке крови
условно можно разделить на три группы:
секреторные, индикаторные и экскреторные.
Секреторные
ферменты
синтезируются в печени, в норме выделяются
в плазму крови, где играют определённую
физиологическую роль. Например, это
ферменты, участвующие в процессе
свёртывания крови.

Индикаторные
(клеточные) ферменты
попадают в кровь из тканей, где они
выполняют определённые внутриклеточные
функции (например, лактатдегидрогеназа,
альдолаза и др.). Уровень их сывороточной
активности зависит от содержания энзимов
в тканях, молекулярной массы, внутриклеточной
локализации, прочности связи фермента
со своей органеллой, а также от скорости
гидролитического разрушения и элиминации.

Большая часть индикаторных ферментов
в норме определяется в сыворотке крови
лишь в следовых количествах. При поражении
тех или иных тканей ферменты из клеток
«вымываются» в кровь, их активность в
сыворотке резко возрастает и таким
образом, является индикатором степени
и глубины повреждения этих тканей.

Существует другая
классификация сывороточных ферментов,
по которой их делят на функциональные
и нефункциональные. Функциональные
ферменты –
те ферменты, которые в норме постоянно
циркулируют в крови человека и выполняют
физиологические функции. К ним относят,
например, проферменты компонентов
свёртывающей и противосвёртывающей
систем крови.

Эти ферменты синтезируются
в печени, их концентрация в крови такая
же, как в тканях, или более высокая.
Нефункциональные
ферменты
плазмы известных физиологических
функций в крови не выполняют, их субстраты
в плазме не обнаруживаются. Активность
нефункциональных ферментов в норме в
крови очень мала.

https://www.youtube.com/watch?v=ytadvertiseru

Например, это ферменты,
выделяемые эндокринными железами:
панкреатическая амилаза и липаза,
щелочная фосфатаза (из желчи), кислая
фосфатаза (из предстательной железы).
Причинами появления нефункциональных
ферментов в плазме крови являются
нормальные процессы разрушения клеток
(эритроцитов, лейкоцитов и др.) и удаление
ферментов из внеклеточной жидкости
путём инактивации и деградации или
экскреции.

Adblock detector