Ферменти і їх роль в організмі людини - стаття на - pda версія

Ферменти (ензими) - специфічні білки, біологічно активні органічні речовини, які прискорюють хімічні реакції в клітині. Величезна роль ферментів в організмі. Вони можуть збільшити швидкість реакції більш ніж в десять разів. Це просто необхідно для нормальної життєдіяльності клітини. А ферменти беруть участь в кожній реакції.

В організмі всіх живих істот, включаючи навіть найпримітивніші мікроорганізми, виявлені ферменти. Ферменти за рахунок своєї каталітичної активності дуже важливі для нормальної роботи систем нашого організму.

Ключові ферменти в організмі

В основі життєдіяльності людського організму - тисячі протікають в клітинах хімічних реакцій. Кожна з них здійснюється за участю спеціальних прискорювачів - біокаталізаторів, або ферментів.

Сучасній науці відомо близько двох тисяч биокатализаторов. Зосередимо увагу на так званих ключових ферментах. До них відносяться найбільш істотні для життєдіяльності організму біокаталізатори, «поломка» яких, як правило, призводить до виникнення захворювань. Ми прагнемо відповісти на питання: як цей фермент діє в здоровому організмі і що з ним відбувається в процесі захворювання людини?

Відомо, що найважливіші біополімери, що становлять основу всього живого (з них побудовані всі складові частини клітин нашого тіла і все ферменти), мають білкову природу. У свою чергу, білки складаються з простих азотистих сполук - амінокислот, пов'язаних між собою хімічними зв'язками - пептидними. В організмі існують спеціальні ферменти, що розщеплюють ці зв'язки шляхом приєднання молекул води (реакція гідролізу). Такі ферменти називаються Пептідгідролази. Під їх впливом в молекулах білка розриваються хімічні зв'язки між амінокислотами і утворюються уламки білкових молекул - пептиди, що складаються з різного числа амінокислот. Пептиди, володіючи високою біологічною активністю, можуть викликати навіть отруєння організму. Зрештою, піддаючись впливу пептідгідролаз, пептиди або втрачають, або істотно знижують свою біологічну активність.

Професору В. Н. Орєхович в 1979 і його учням вдалося відкрити, виділити в чистому вигляді і детально вивчити фізичні, хімічні та каталітичні властивості однієї з пептідгідролаз, раніше не відомої біохімікам. Нині вона увійшла до міжнародного переліку під назвою фермент карбоксікатепсін. Дослідження дозволили наблизитися до відповіді на питання: навіщо потрібен карбоксікатепсін здоровому організму і що може статися в результаті тих чи інших змін його структури.

Виявилося, що карбоксікатепсін бере участь як в освіті пептиду ангіотензину Б, підвищує артеріальний тиск, так і в руйнуванні іншого пептиду - брадикініну, який, навпаки, має властивість знижувати артеріальний тиск.

Таким чином, карбоксікатепсін виявився ключовим каталізатором, які беруть участь в роботі однієї з найважливіших біохімічних систем організму - системи регуляції тиску крові. Чим більшу активність проявляє карбоксікатепсін, тим вище концентрація ангіотензину П і нижче концентрація брадикинина, а це, в свою чергу, призводить до підвищення артеріального тиску. Не дивно, що у людей, які страждають на гіпертонічну хворобу, активність карбокси-катепсина в крові підвищена. Визначення цього показника допомагає лікарям оцінювати ефективність лікувальних заходів, прогнозувати перебіг хвороби.

Чи можна загальмувати дію карбоксікатепсіна безпосередньо в організмі людини і тим самим домогтися зниження артеріального тиску? Дослідження, проведені в нашому інституті, показали, що в природі існують пептиди, які здатні зв'язуватися з карбоксікатепсіном, не наражаючись гідролізу, і позбавляти його тим самим можливості виконувати властиву йому функцію.

В даний час ведуться роботи по синтезу штучних блокаторів (інгібіторів) карбоксікатепсіна, які передбачається використовувати в якості нових лікарських засобів для боротьби з гіпертонічною хворобою.

До числа інших важливих ключових ферментів, які беруть участь в біохімічних перетвореннях азотистих речовин в організмі людини, відносяться аміноксідази. Без них не обходяться реакції окислення так званих біогенних амінів, до яких належать багато хімічних передавачі нервових імпульсів - нейромедіатори. Поломки аміноксідаз ведуть до розладів функцій центральної і периферичної нервової системи; хімічні блокатори аміноксідаз вже застосовуються в клінічній практиці в якості лікарських засобів, наприклад, при депресивних станах.

У процесі вивчення біологічних функцій аміноксідаз вдалося відкрити їх невідоме раніше властивість. Виявилося, що певні хімічні зміни молекул цих ферментів супроводжуються якісними змінами їх каталітичних властивостей. Так, моноаміноксидази, окислюється біогенні моноаміни (наприклад, широко відомі нейромедіатори - норадреналін, серотонін і дофамін), після обробки окислювачами частково втрачають властиві їм властивості. Але зате виявляють якісно нову здатність руйнувати діаміни, деякі амінокислоти і аміноцукри, нуклеотиди та інші азотисті сполуки, необхідні для життєдіяльності клітини. Причому трансформувати моноаміноксидази вдається не тільки в пробірці (тобто в тих випадках, коли дослідники експериментують з очищеними препаратами ферментів), а й в організмі тварини, в якому попередньо моделюються різні патологічні процеси.

У клітинах тіла людини моноаміноксидази включені до складу біологічних мембран - напівпроникних перегородок, які служать і оболонками клітини і ділять кожну з них на відокремлені відсіки, де протікають певні реакції. Біомембрани особливо багаті легко окислювальними жирами, які знаходяться в напіврідкому стані. Багато захворювань супроводжуються накопиченням в биомембранах надлишкових кількостей продуктів окислення жирів. Надмірно окислені (переокислення), вони порушують і нормальну проникність мембран і нормальну роботу ферментів, що входять до їх складу. До числа таких ферментів відносяться і моноаміноксидази.

Зокрема, при променевому ураженні відбувається переокислення жирів в биомембранах клітин кісткового мозку, кишечника, печінки та інших органів, а моноаміноксидази при цьому не просто частково втрачають свою корисну активність, але ще і набувають якісно нового, шкідливий для організму властивість. Вони починають руйнувати життєво важливі для клітини азотисті речовини. Властивість моно-аміноксідаз трансформувати свою біологічну активність проявляється як в дослідах з очищеними ферментними препаратами, так і в живому організмі. Причому з'ясувалося, що лікувальні засоби, які використовуються в боротьбі з променевими ураженнями, запобігають і розвиток якісних змін ферментів.

Це дуже важлива властивість - оборотність трансформації моноаміноксидази - було встановлено в експериментах, в ході яких дослідники навчилися не тільки попереджати трансформацію ферментів, але і усувати порушення, повертаючи до норми функції каталізаторів і домагаючись певного лікувального ефекту.

Поки мова йде про досліди на тваринах. Однак сьогодні є всі підстави вважати, що активність аміноксідаз змінюється і в організмі людини, зокрема при атеросклерозі. Тому вивчення властивостей аміноксідаз, а також хімічних речовин, за допомогою яких можна впливати на їх активність в організмі людини з лікувальною метою, в даний час триває з особливою наполегливістю.

У біохімічних перетвореннях глікогену беруть участь і інші ферменти.

Їх вроджена недостатність також веде до глікогенозах. Щоб своєчасно і точно розпізнати, яким саме типом глікогенозу страждає дитина (а це важливо для вибору методу лікування і прогнозування перебігу захворювання), необхідні дослідження активності ряду ферментів, у тому числі гамма-амілази. Розроблені ще в Інституті біологічної і медичної хімії АМН СРСР в 1970-х роках методи диференціальної лабораторно-хімічної діагностики гликогенозов нині досі застосовуються в клінічній практиці.

За даними професора В.З. Горкіна