biokémiai

Az enzimek az élő organizmusokban lejátszódó biokémiai folyamatok katalizátorai, ezért gyakran biokatalizátoroknak nevezik őket. Mivel fehérjeszerű anyagok, más fehérjéhez hasonlóan fehérjeszintézissel képződnek, amelyet a sejt és a szervezet igényei szerint szabályoznak. Az enzimeket a proteinázok hasítják, és felezési idejük biológiai. Az enzimmolekulák meghatározott térbeli elrendezéssel - konformációval rendelkeznek. Ez lehetővé teszi, hogy bizonyos aminosav-oldalláncok közel kerüljenek egymáshoz, és ún. aktív hely enzim. A szubsztrát (átalakítandó anyag) ehhez a helyhez kötődik, labilis köztitermék - enzim komplex képződik. szubsztrát (ES), amely spontán bomlik a reakció termékévé (P) és az enzimmé (E). Az enzimek felgyorsulnak stabilizáció kémiai egyensúlyi reakció az aktiválási energia csökkentésével - Ea (1. ábra).

Az enzimek gyakran tartalmaznak nem fehérje komponenst is, protetikus csoport vagy koenzim (2. ábra). Az enzim (holoenzim) fehérjekomponensét apoenzimnek nevezzük. A koenzim gyengén kötődik apoenzim és elszakadhat tőle. A protetikus csoport nem szabadul fel az apoenzimből, hanem szilárdan kapcsolódik hozzá. Jelenleg gyakran használnak egy általánosabb kifejezést kofaktor, amely nem tesz különbséget a megkötés módja között.

Enzim (holoenzim) = apoenzim + kofaktor (protetikus csoport, koenzim)

Tartalom

  • 1 Az enzimek felosztása és katalitikus aktivitása
    • 1.1 Az enzimaktivitás kifejezése
  • 2 Az enzimreakciók kinetikája
    • 2.1. Km meghatározása
    • 2.2 Az enzimaktivitás gátlásának típusai
  • 3 Az enzimreakció sebességét befolyásoló tényezők
    • 3.1 Az aljzat koncentrációja
    • 3.2 Enzimkoncentráció
    • 3.3 A hőmérséklet hatása az enzimaktivitásra
    • 3.4 A pH hatása az enzimaktivitásra
  • 4 Enzimek a klinikai diagnosztikában
    • 4.1 Az enzimek izoformái
    • 4.2 Enzimek a vérben
    • 4.3 A vérben lévő enzimek aktivitását befolyásoló tényezők
    • 4.4 Diagnosztikailag fontos enzimek
    • 4.5 A diagnosztikailag fontos enzimek eloszlása ​​a szövetekben

Az enzimek eloszlása ​​és katalitikus aktivitása forrás szerkesztése]

A következő táblázat (1. táblázat) világosan felsorolja az enzimek egyes osztályait, és sematikusan bemutatja azok hatásait (az egyes enzimek által katalizált reakció típusát). A táblázat számos konkrét kofaktorra is példákat ad.

Az enzimaktivitás kifejezése forrás szerkesztése]

Az enzimaktivitásokat egységekben fejezik ki a Systeme International d'Unides (SI) és az IFCC ajánlásai (énnemzetközi Fkiadása Clinikus Chemisztika). Az enzimaktivitás SI rendszerben való kifejezésének mértékegysége katalizátor (macska), amelyet leggyakrabban egy liter biológiai folyadékra használnak.

Definíció: 1 macska egy enzimaktivitás, amely 1 mól szubsztrátot alakít át 1 másodperc alatt.

A professzionális biokémiai és orvosi gyakorlatban még mindig találkozunk az U nemzetközi egységgel, amelyet hivatalosan 1980-ig használtak. Az U nemzetközi egységet egy olyan enzim aktivitásaként határoztuk meg, amely 1 µmol szubsztrátot 1 perc alatt 25 ° C-on átalakít. Mivel még mindig használatban van, bemutatjuk ezen egységek alapvető kölcsönös átalakítását:

Az enzimreakciók kinetikája forrás szerkesztése]

A Michaelis-állandó (Km) az a szubsztrátkoncentráció, amelynél az enzim által katalizált reakció sebessége a felére csökken. A Km az alap kinetikai állandó, amely jellemző az egyes enzim-szubsztrát párokra adott körülmények között (pH, hőmérséklet, a reakcióelegy összetétele stb.). Ezt a módosított Michaelis-Menten egyenlet kapcsolata fejezi ki:

Km meghatározása forrás szerkesztése]

Km meghatározható (3. ábra):

  • a reakciósebesség és a szubsztrátkoncentráció függőségének grafikus ábrázolása, némi nehézséget okoz a maximális sebesség kellő pontossággal történő meghatározása
  • a Michaelis-Menten egyenlet módosításával, amelyben a hiperbolikus függőség lineárisra konvertálódik, pontosabb összefüggést kapunk a Km kiszámításához. A leggyakoribb a Lineweaver és Burke szerinti kiigazítás, amelyben a szubsztrát sebességének és koncentrációjának fordított értékeit értékelik.

(Vmax - maximális sebesség, Km - Michaelis-állandó - feltételezhető, hogy [E] = állandó.)

Az enzimaktivitás gátlásának típusai forrás szerkesztése]

Az enzimeket a szubsztrátra jellemző magas specificitás (szubsztrát-specifitás) és a katalizált reakció típusa (hatás-specifitás) jellemzi. Tevékenységük a sejt és az egész szervezet igényeitől függően gyorsan változhat. Aktivátorok serkentik és inhibitorok gátolják az enzimatikus reakciók sebességét. A gátlás visszafordítható és visszafordíthatatlan lehet. A reverzibilis gátlás, ellentétben az irreverzibilis gátlással, az inhibitor nem kovalens kötődése, kompetitív, nem kompetitív és nem kompetitív gátlás ismert. A 2. ábrán A 4. ábra különbséget tesz a kompetitív és a nem kompetitív inhibitorok között.

A következő ábra (5. ábra) a szubsztrátkoncentráció (S) hatását mutatja be az enzimreakció sebességére (v) az inhibitortól és a Km gátlás típusától függően:

(kék vonal inhibitor nélkül, piros inhibitorral - versenyképes a bal oldalon és nem versenyképes a jobb oldalon)

Az enzimreakció sebességét befolyásoló tényezők forrás szerkesztése]

Egy élő sejtben az enzimek úgy vannak elrendezve, hogy az egyes reakciók simán kövessék egymást, így gyakran ún multienzim komplexek. A szervetlen katalizátorokhoz képest az enzimek sokkal hatékonyabbak, ugyanakkor érzékenyebbek a külső hatásokra (hőmérséklet, pH stb.) Is. Az enzim által katalizált reakciók élő organizmusban (akár kémcsőben is) különböző sebességgel zajlanak, amelyek a következőktől függenek:

  • szubsztrátkoncentráció
  • enzimkoncentráció
  • hőfok
  • reakcióközeg (pH)
  • aktivátorok és inhibitorok jelenléte

Az aljzat koncentrációja forrás szerkesztése]

A szubsztrát koncentrációját, amelynél az enzim által katalizált reakció reakciósebessége a maximális sebesség értékének felének felel meg, az ún. Michaelis állandó - Km egy adott reakció enzimje (3. ábra).

Enzimkoncentráció forrás szerkesztése]

A sebességért Vmax enzimreakció nagy szubsztrátkoncentráció mellett:

Az enzimkoncentrációnak a reakció sebességére gyakorolt ​​hatásának meghatározására szolgáló összes kísérletet szubsztrátfelesleggel kell elvégezni, ahol a reakció már nem függ a koncentrációjának hatásától.

A hőmérséklet hatása az enzimaktivitásra forrás szerkesztése]

Egy másik fontos tényező, amely befolyásolja az enzim katalitikus aktivitását, az hőfok (6. ábra). A hőmérséklet emelkedésével az enzimek aktivitása körülbelül kétszeresére növekszik (kb. 20-50 ° C). Magasabb hőmérsékleten a reakciósebesség fokozatosan csökken, ahogy az enzimek denaturálódnak (néhány kivételtől eltekintve - pl. Hőstabil baktériumok enzimjei). Azt a hőmérsékletet nevezzük, amelynél az enzim maximális aktivitást mutat hőmérséklet-optimális enzim. A legtöbb enzim esetében a hőmérséklet-optimuma 35-45 ° C között van. A fagypont körüli hőmérsékleten a reakciók alig mennek végbe. A biológiai anyag tárolására mélyfagyasztást -20 ° C-ig alkalmaznak, amikor az enzimreakciók teljesen leállnak.

A pH hatása az enzimaktivitásra forrás szerkesztése]

Az egyik tényező, amely jelentősen befolyásolja az enzim aktivitását, az PH érték környezet. Erősen savas vagy erősen lúgos oldatok használata az enzim denaturálódását és ezáltal a biológiai tulajdonságok elvesztését okozhatja. A környezet pH-jának kevésbé drasztikus változásai az enzim és a szubsztrát funkcionális csoportjainak disszociációs fokának megváltoztatásával vagy az enzim molekula konformációjának megváltoztatásával befolyásolják az aktivitást. Ez megváltoztatja a szubsztrát azon képességét, hogy kötődjön az enzimhez. A legtöbb enzim maximális aktivitást mutat az 5-8 pH-tartományban, és ezt a területet az optimális pH-val mossuk. Természetesen vannak kivételek, és egyes enzimek pH-optimuma szignifikánsan eltérő értékeken van, pl. a pepszin esetében a pH 1,5–2,5 vagy az alkalikus foszfatázé 9,5–9,7. A reakciósebesség grafikailag kifejezett pH-függése általában haranggörbével rendelkezik, amelynek csúcsa az optimális pH-n van (7. ábra).

Az enzim katalitikus aktivitását befolyásolja az oldat ionerősségének és a puffer összetételének változása, a redox körülmények, az ionizáló sugárzás vagy az inhibitorok vagy aktivátorok hozzáadása is.

Enzimek a klinikai diagnosztikában forrás szerkesztése]

A sejtekben lévő enzimek befolyásolják a biológiai folyamatokat azáltal, hogy részt vesznek az anyagcsere és a funkcionális folyamatok szabályozásában. A sejtkárosodás az enzimaktivitások változásához vezethet, és a sejtkárosodás után az enzimek felszabadulhatnak a vérbe. Maguk biokémiai módszerek szempontjából szükséges a páciensben észlelt változások dinamikájának értékelése, és nem lehet csak egy vizsgált paraméter értékelésére támaszkodni.

Enzim izoformák forrás szerkesztése]

Az izoenzimek meghatározása fontos a diagnosztikai specifitás növelése érdekében. Megkülönböztetünk valódi izoenzimek, amelyeket különböző strukturális gének és pszeudoizoenzimek kódolnak, amelyeknek genetikai alapja megegyezik, de poszttranszlációs módosításokkal különböznek (poszttranszlációs variánsok, pl. ALP - pszeudoizoenzimek epevezetékek, tumorsejtek). Valódi izoenzimek képződnek:

  • a különböző lokuszokban lévő gének módosításával (minden embernél ugyanaz, evolúció során keletkezett), pl. izoenzimek AST - mitokondriális, citoplazmatikus vagy ALP - bél, szövet nem specifikus (máj, csont, vese), placenta, magzat;
  • az azonos lokuszban lévő gének módosításával, különböző allélokkal (veleszületett génvariációk), pl. glükóz-6-β-dehidrogenázt különféle emberek vörösvértestjeiből izoláltak több mint 150 izoformában;
  • mint az ún hibrid izoenzimek legalább 2 alegység kombinálásával, amelyeket különböző szerkezeti gének kódolnak, pl. laktát-dehidrogenáz (LD, 8. ábra), amely a H (szív) és az L (izom) vagy kreatin kináz (CK, 9. ábra) alegységeket tartalmazza, amelyek a B (agy) és az M (izom) alegységekből állnak.

A szérum izoenzimek meghatározásának alkalmazása

Az izoenzimek ugyanazt a reakciót katalizálják, de molekuláik különböznek fizikai-kémiai, kinetikai és immunológiai tulajdonságaikban. Ezek a különbségek megnyilvánulhatnak például az izoenzimek és az inhibitorok viszonyában, a katalizált reakciók specifitásában, a denaturáló hatásokkal szembeni különböző ellenállásban, eltérő pH-értékekkel és a fehérje-komponensben.

Enzimek a vérben forrás szerkesztése]

A szérum enzimaktivitások meghatározása a klinikai biokémia egyéb módszereivel együtt az egyik fontos teszt, amely segít az orvosnak a diagnózis megállapításában vagy megerősítésében, valamint tájékoztat a betegség lefolyásáról. Az enzimaktivitások értékeinek helyes értelmezéséhez ismerni kell azokat a tényezőket, amelyek befolyásolják a szérumban való aktivitásukat, és amelyek meghatározzák az egyes enzimek vizsgálatának alkalmasságát is a betegség folyamán.

A vérben lévő enzimek aktivitását befolyásoló tényezők forrás szerkesztése]

Az enzimek eredete és szerepe

A plazmában található enzimek feloszthatók titokban a sejtes. Szekréciós enzimek a környezetbe kerülnek, és feloszthatók:

  • funkcionális plazmaenzimek - szerepük a véráramban lejátszódó reakciók katalizálása. Ide tartoznak például a véralvadásban szerepet játszó enzimkomplexek. Ezen enzimek egy része a májban termelődik, ezért aktivitása a plazmában csökken, ha károsodik.
  • funkcionális GIT enzimek (specifikus) - katalizálja a GIT-ben zajló reakciókat, és ezáltal lehetővé teszi az élelmiszer-összetevők emésztését és felszívódását. Ebbe a csoportba tartozik pl. hasnyálmirigy enzimek (pl. amiláz, lipáz, tripszin). Ha az enzimek az emésztőrendszerbe való bejutásának akadálya van, vagy ha nagyobb mértékben károsodnak azok a sejtek, amelyekben keletkeznek, akkor ezen enzimek aktivitása a szérumban megnő.

Sejtenzimek olyan enzimek nagy csoportját képviselik, amelyek szerepet játszanak a sejtek anyagcseréjében, és lebontásuk vagy károsodásukkor belépnek a véráramba. Aktivitásuk a szérumban jelentősen megnő, ha károsodnak azok a szervek, amelyekből származnak. Ide tartozik pl. tranaminázok, kreatin-kináz, glutamát-dehidrogenáz. Ezen enzimek kis része fiziológiai körülmények között is felszabadul a véráramba.

Az egyes enzimek aktivitása a sejtekben A szervek és sejtek specifikus szerepe szorosan összefügg anyagcseréjükkel. Ezért a különböző szervek és sejtek különböző mennyiségű enzimet tartalmaznak (2. táblázat). Az enzimek különböző aktivitásai a szervekben azok a fő tényezők, amelyeken a szérum aktivitásuk változása is függ. A szervek állandó átalakítása miatt fiziológiai körülmények között is bizonyíthatjuk aktivitásukat a szérumban.

Tab. 2 A kiválasztott enzimek aktivitása

Az alábbi táblázat a kiválasztott, klinikailag releváns enzimeket sorolja fel.

Diagnosztikailag fontos enzimek eloszlása ​​a szövetekben forrás szerkesztése]

Az alábbi táblázat a kiválasztott klinikailag releváns enzimek megoszlását mutatja.

Enzim ACP ALP AMS ALT AST CK GMT CHS LD LPS
Vörösvértestek ** * *
Csontok * **
Vázizom * * ** *
Szívizom * ** *
Vese * * * *
Hasnyálmirigy ** * ** ***
Máj * * *** *** *
Prosztata ***
Epeúti traktus **

Az LD egy példa egy enzimre, amely nemcsak az anaerob anyagcserére képes szövetekben (eritrociták, izmok) fordul elő, hanem olyan szervekben is, amelyekben a laktát oxidálódik piruváton és acetilCoA (szív, neuronok) vagy glükoneogenezison (máj) keresztül. A megnövekedett plazma LD-szint jelezheti egy ilyen szerv károsodását, amelyet fel lehet használni a diagnózisban. A szérum CK a vázizmok 96% -ából és a szívizom 4% -ából származik. Amikor a vázizomzat károsodik, a CK teljes aktivitása növekszik. Miokardiális infarktus gyanúja esetén fontos kizárni a vázizom károsodását.