Ферменттер

   Ферменттер (энзимдер) – бұл биокатализаторлар рөлінде болатын немесе химиялық реакциялардың үдетушілері болатын спецификалық белоктар. Олардың барлығына жуығы өздері синтезделетін жасушалардың ішінде қызмет атқарады. Тек асқорыту мүшелері мен қан сарысуының кейбір энзимдері ғана болмаса.

   Бір ғана реакацияны катализдейтін, бірақ  бір бірінен физико-химиялық қасиеттері бойынша айырмашылықта болатын  ферменттерге келесі негізгі термин ұсынылады – ол изоферменттер.

   Изоферменттер (изоэнзим, изозим) — мультимердегі А және Б типтегі суббірліктердің әртүрлі комбинациясының нәтижесінде пайда болған изомерлер. Мысалы, А және Б типтегі протомерден 5 изомер (АААА; АААБ; ААББ; АБББ; ББББ) алуға болады.

   Қазіргі кезде сүт қышқылының (лактат) пирожүзім  қышқылына айналуына немесе кері бағытта катализдейтін лактатдегидрогеназа  ферменті жақсы зерттелген. Лактатдегидрогеназа  әртүрлі гендермен кодталған Н (ағылш. heart — жүрек) және М (ағылш. muscle — бұлшық ет) типтеріндегі жүрек пен бұлшықеттерде басым болатын суббірліктерден құралған. ЛДГ₁ — (НННН), ЛДГ₂ — (НННМ), ЛДГ₃ — (ННММ), ЛДГ₄ — (НМММ), ЛДГ₅ — (ММММ) изомерлері физико-химиялық қасиеттері бойынша (м. м., электрофореттік қозғалысы, изоэлектрлік нүктесі, аминоқышқылдық құрамы мен кезектесуі реті, ұлпаларда, мүшелерде шоғырлануы) ерекшеленеді. Мысалы, ЛДГ₁, ЛДГ₂ — анодқа жылжиды (анодтық фракция) аэробтық процесстерге қатысады, ЛДГ₄, ЛДГ₅ — катодқа жылжиды (катодтық фракция) анаэробтық процесстерге қатысады. ЛДГ₁, ЛДГ₂ — жүрек бұлшықеті, бүйректе, мида және эритроциттерде басым болса, ЛДГ₄, ЛДГ₅ — қаңқа бұлшық еттері, бауыр, өкпеде, ЛДГ₃ — көк бауырда кейбір эндокриндік бездерде кездеседі.

   Иммобилденген ферменттер. Соңғы кездері медицина, фармация салаларында жасанды иммобилденген ферменттер кең қолданылады. Ферменттерді әртүрлі материалдарға (полиакриламид, шыны, силастик, полистерол) бекітіп иммобилдеу (байланыстыру) арқылы ерімейтін жасанды катализатор жасағанда ферменттер активтілігін сақтап, сонымен бірге, олардың әсерінің ұзақтығын, мықтылығын, тұрақтылығын арттырады. Бұл технология  қазіргі кезде өндірісте, тұрмыста кең  қолданылуда.

Әртүрлі субжасушалы құрылымдардың  ферменттік құрамы. Ферменттер жасуша және оның органеллаларында атқаратын қызметі, реакциясына сәйкес түрде жинақталғаны себепті компартменттерге бөлінеді.

Ферменттердің компартменттігі келесі түрде беріледі:

— жасушаның ядросының ферменттері: НАД-пирофосфорилаза, ДНК-полимераза, РНК-полимераза, оротидилатпирофосфорилаза, уридинкиназа, 5'-нуклеотидаза, УДФ-глюкозопирофосфорилаза, гликолиз ферменттері, аминоқышқылдарды активтеуші ферменттер, аминоқышқылдар трансферазасы, аденозиндезаминаза, лейцинаминопептидаза, уроканиназа. Барлығы 13 фермент.

— ядро қабығының ферменттері: цитохромоксидаза, глутаматдегидрогеназа, НАД·Н-цитохром-с-редуктаза, арилсульфатаза А және Б, АТФ-аза (Mg²⁺), ацетилэстераза, метилбутириназа. Барлығы 8 фермент.

— митохондрия ферменттері: АТФ-аза (Mg²⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺), сукцинатдегидрогеназа, цитохромоксидаза, β-оксибутиратдегидрогеназа, α-глицерофосфатдегидрогеназа, ацил-КоА-β-дегидрогеназа, НАД·Н-дегидрогеназа, май қышқылын тотықтырушы ферменттер, май қышқылдарын синтездеуші ферменттер, Кребс циклінің 5 ферменті, миокиназа, моноаминоксидаза, α-кетоглутаратдегидрогеназа, сукцинатцитохром–С-редуктаза, аспартатаминотрансфераза, орнитинкарбомоилтрансфераза, НАД·Н-цитохром-В₅-редуктаза, НАД·Н-оксидаза, пируватдегидрогеназа, пролиноксидаза, липоамиддегидрогеназа, кинуренингироксилаза, аденилаткиназа, нуклеозиддифосфокиназа. Барлығы 28 фермент.

— лизосома ферменттері: барлығы 35 фермент — катепсиндер, коллагеназалар, β-галактозидазалар, β-глюкоуронидазалар, гиалуронидаза, лизоцим, нейраминидазалар, ДНК-аза және РНК-аза, қышқылдық фосфатаза, фосфолипазалар, қышқылдық пирофосфотаза және қышқылдық АТФ-аза.

— пероксисома ферменттері: каталаза, пероксидаза, уратоксидаза, D-, L- аминоқышқылдарының оксидазалары.

— эндоплазмалық ретикулум ферменттері: НАД·Н-цитохром-с-редуктаза, глюкозо-6-фосфатаза, нуклеотидтерінің дифосфатазасы, сілтілік фосфатаза, 5'-нуклеотидаза. Барлығы 20 фермент.

— гиалоплазма ферменттері: гликолиз ферменттері, аденозиндезаминаза, гексозодифосфатаза, лактатдегидрогеназа, изоцитратдегидрогеназа, глутатионредуктаза, аспартатаминотрансфераза, аланинаминотрансфераза, глюкокиназа, глюконфосфорилаза, альдолаза, аконитаза. Барлығы 18 фермент.

Ферменттерді  бөліп алу. Тіндерде ферменттер өте аз мөлшерде кездеседі. Ферменттерді бөліп алу үшін әртүрлі әдістерді қолданады. Көптеген ферменттерді адам мен жануарлардың асқорыту сөлдерінен алады (ол ферменттердің концентратты сулы ерттіндісі). Тіндерді суықта ыдырату (ұсақтау, кварц, құмдарымен үйкелеу, гомогендеу) арқылы экстракциялап (спирт, тұзды ерітінді және т.б.) ферменттерді бөледі. Адсорбция (Данилевский) тәсілі, ионалмасу хроматографиясы, центрифугалау, электрофорез әдістерін кең қолданады. 

   Энзимологияның  медициналық аспектілері.

   Ағзалардың  оның жасушаларының тіршілік етуі үшін ферменттер өте қажет. Мыңдаған биохимиялық  реакциялардың қатаң түрде дұрыс  жүруінің бұзылуы жасуша компоненттері  мен қызметінің бұзылуына, ағзаның  гомеостазының өзгеруіне әкеледі. Медицина үшін энзимологияның ғылыми жетістіктерін ағзаның сау және патологиялық қалпын анықтау, диагностикада, терапияда қолданудың маңызы зор. Сондықтан, қазіргі кезде, бұл медицинаның көптеген салаларында кең пайдаланылады және жақсы нәтижелер беруде.

   Ферменттерді  медицинада қолдану үш негізгі бағыттармен (энзимопатия, энзимодиагностика, энзимотерапия) айқындалады.

   Энзимопатия — деп ферменттердің мүлде болмауы немесе оның белсенділігінің күрт төмендеуінің нәтижесінде ағзадағы өтетін метаболиттік процесстің бұзылуынан болған ағзадағы патологиялық қалыпты айтады. Энзимопатия туындау жолдарына байланысты екі үлкен топқа бөлінеді:

   1. Тұқымқуалаушы энзимопатия, (бірінші ретті);

   2. Жүре пайда болған, (екінші ретті).

   Себебіне  қарай тұқымқуалаушы  энзимопатияны үш топқа бөледі:

   а) ферменттердің біреуінің немесе бірнеше түрлері жетіспеушілігі;

   б) ферменттердің бір немесе бірнеше топтарының жетіспеушілігі;

   в) ферменттердің бір немес бірнешеуінің құрылысының өзгеруі нәтижесінде.

   Мысалы, лактаза жетіспеушілігі гемолиттік анемия, гемофилияға әкеледі.

   Жүре  пайда болған энзимопатия — бұл ағзадағы белгілі бір мүшенің патологиялық процессінің нәтижесінде пайда болған фермент жетіспеушілігі болып табылады. Олар үш топқа бөлінеді:

   1. Токсикалық энзимопатия (уланудың нәтижесінде);

   2. Алиментарлық энзимопатия;

   3. Нейро-гуморальды энзимопатия.

   Токсикалық  энзимопатия себептеріне  байланысты келесі топтарға бөлінеді:

   а) фермент активтілігінің төмендеуіне байланысты;

   б) белок биосинтезінің фермент әсерін спецификалық төмендетуіне байланысты;

   в) белок биосинтезінің фермент әсерінің бейспецификалық төмендетуіне байланысты.

   Алиментарлы — бұл белгілі бір уақытта берілетін тағамдық рационның құрамдық катынасының бұзылуынан пайда болады. Алиментарлы энзимопатия келесі себептерге тығыз байланысты:

   а) тағамдағы витаминдердің тапшылығына (авитаминоз);

   б) микроэлементтердің тапшылығына;

   в) тағамдағы белоктың тапшылығына (белоктық аштық).

   Нейрогуморальдық  реттелудің бұзылуынан болатын энзимопатия негізінен жасушадағы процесстердің өзгеруіне тікелей жүйке қызметі мен гормональдық қызметтің сәйкестігінің бұзылуы және кейбір гормон бөлуші тіндердің қызметінің бұзылуына тікелей байланысты болады.

   Токсикалық  энзимопатия  экология әсерлерінен, кейбір дәрілік препараттардың әсерлерінен туындайды. Бұл улы заттардың әсерінен ферменттің белоктық бөлігінің конформациясын өзгертуі арқылы жүретін процесс. Мысалы, антихолинэстеразалық әсер көрсететін ингибитор мен субстратқа ұқсас құрылысты диизопропилфторфосфатты жатқызуға болады.

   Сонымен бірге, кейбір антибиотиктер де (актиномицин Д, пуромицин, хлорамфеникол және т.б.) белок синтезінің белгілі бір стадияларын тежейді. Афлотоксиндер де канцерогендік әсер беретін улы заттарға жатқызылады.

   Энзимологияның  қазіргі кезендегі ғылыми жетістіктері көптеген аурулардың дамуы механизмдерін  түсінуге ықпал жасайды және практикалық медициналық энзимодиагностика, энзимо-, коэнзимотерапия бөлімдерінің кең қолданылуына жағдай жасады.

   Энзимодиагностика. Қазіргі заманғы клиникалық биохимия тіндердің, жасушалардың, биосұйықтықтардың ферменттерінің белсенділігін анықтаудың әртүрлі тәсілдерін кең қолданады. Бұл ағзаның диагностикасы үшін аса маңызды және көптеген аурулардың дамуының механизмі мен дифференциалды диагностикасы үшін ыңғайлы әдістерді береді.

   Энзимодиагностика тәсілдері екі  түрлі аспектіге  бөлінеді:

   1. Зертханалық диагностикада ферменттерді аналитикалық реагент ретінде пайдалану. Бұл жолдар арқылы глюкозаны, этанолды, зәр қышқылын және т.б. анықтауға болады. Анықтау кезінде иммобилденген ферменттерді (ферменттер ерітілген күйде болады) мембранамен байланысқан ферменттерді пайдаланады. Олар биохимиялық автоматтардың құрам бөліктеріне жатады.

   2. Биологиялық материалдардағы ферменттердің белсенділігін анықтау.

   Энзимодиагностиканың  теориялық негізіне ферменттердің  ағзадан тысқары болғанда активтілігін тежеуі, субстраттық талғамдылық  пен әсер ету талғамдылықтарының тежелуі жатқызылады. Жасушалардың әртүрлі мүшелері, тіндері мен органеллалары ферменттік және изоферменттік спектрлерімен сипатталады. Сонымен бірге кейбір ауруларда фермент активтілігінің өзгерісінің патогенетикалық өзгеруі де байқалады.

   Әртүрлі мүшелерге әртүрлі ферменттік құрамы тән болғандықтан, оларды, мүшеспецификалық ферменттер ретінде қарастыруға  болады. Сондықтан, сол мүшелерге  тән ферменттік өзгерісті анықтаған  соң бір науқастың бауырының  зақымдалғанын, ал келесі науқастың  басқа бір мүшелерінің бұзылатынын  анықтауға болады. Және бұл клиникалық белгілерінсіз ақ түсініксіз диагнозды  анықтауға мүмкіндік береді.

   Энзимодиагностика өте сезімтал және ауруды ерте анықтауға  ықпал жасайтын ерекше әдіс. Биологиялық  материал ретінде қан, несеп, сілекей, асқорыту сөлдері, пунктаттар, биоптаттар пайдаланылады.

   Әртүрлі ауруларда фермент белсенділігінің өзгеруімен бірге, белгілі бір мүшеге жатпайтын ферменттің, зақымданған жасушалардан шығып, басқа тін мен мүшелерден табылуы байқалады. Қанның ферменттік спектрін зерттегенде келесі өзгерістер байқалған: 1) қанда қалыпты жағдайда тұрақты түрде кездесетін ферменттердің белсенділігінің төмендеуі және мөлшерінің көбеюі; 2) гистогематикалық кедергі өткізгіштігі бұзылуы себебінен сау ағзаның қанында кездеспейтін ферменттің пайда болуы. Бауыр ауруларында қанда фруктозо-1-фосфатальдолазаның, глюкозо-6-фосфатазаның, гистидазаның, урокиназаның концентрациясының жоғарлауы байқалады.

   Жүрек ауруларының диагностикасы үшін қан сарысуында лактатдегидрогеназаны, глутамат-АлАТ-ты, глутамат-АсАТ-ты анықтау  өте маңызды. Миокард инфарктісінде  жасушалардың көп мөлшерінің өлуі себебінен және жасуша мембранасы бұзылуы себебінен жоғарыда аталған ферменттер қанға өтетіндігі белгілі болады.

   Трансплантацияда, мүшелерді ауыстырып салғаннан кейін болатын ферменттік өзгерістер де белгілі. Егер, ағза өзіне салынған мүшені қабылдамаса γ-глутаминтрансфераза ферменті активтілігінің жоғарлауы байқалады.

   Энзимотерапия және коэнзимотерапия — ферменттерді, оның құрамдық бөліктерін белгілі бір ауруларға қарсы емдеу құралы ретінде қолданудың әдістері мен тәсілдері, механизмінің негізін қалайды. Қазіргі кезеңде көптеген ферменттер ауруға қарсы дәрілік препарат ретінде кең қолданылады. Мысалы, асқорытуды жақсарту үшін асқазан сөлі құрамындағы пепсиннің мөлшерлерінің төмендеуінен болатын асқазан ауруларында, фестал, мезим препараттарын емдеу үшін қолданады (орынбасушы терапия әдісі). Ұйқы безінің жұмысының жетіспеушілігінде оның протеолиттік ферменттері трипсин, химотрипсин ферменттері және ұйқы безінің құрғатылған сөлі панкреатин (липаза, амилаза, трипсин ферменттері қоспасы), химопсиндерді (химотрипсин, трипсин қоспасы) емдеуде қолданады. Трипсин жараның бетінен трофикалық жаралардан өлген тіндерден тазарту мақсатында және күйгенде емдеу үшін, қою секреттерді, экссудаттарды қан ұйымаларын сұйылту үшін және ісікке қарсы препарат ретінде қолданады. Мүйізді ірі қаралардың ұйқы безінен бөлінген коллагеназа, рибонуклеаза ферменттік препараттары да ісікке қарсы қолданылады. Буын ауруларын емдеуде гиалуронидазаны (лидаза немесе ринидаза, препараты түрінде), гиалурон қышқылының гидролизін үдететін, мүйізді ірі қараның ұрық безінен алынған ферментті қолданады.