enzime

Enzimele sunt catalizatori pentru procesele biochimice care au loc în organismele vii și, prin urmare, sunt adesea numiți biocatalizatori. Deoarece sunt substanțe cu caracter proteic, ele sunt formate, ca și alte proteine, prin proteosinteză, care este reglementată în funcție de cerințele celulei și ale organismului. Enzimele sunt scindate de proteinaze și au timpul lor de înjumătățire biologică. Moleculele enzimatice au un aranjament spațial definit - conformație. Acest lucru permite anumitor lanțuri laterale de aminoacizi să se apropie unul de celălalt și să formeze așa-numitul. loc activ enzimă. Substratul (S) (substanță care urmează să fie convertită) se leagă de acest loc, se formează un intermediar labil - complex enzimatic. substrat (ES), care se descompune spontan în produsul (P) al reacției și enzima (E). Enzimele se accelerează stabilizare reacție de echilibru chimic prin reducerea energiei de activare - Ea (Fig. 1).

Enzimele conțin adesea și o componentă neproteică, grupare prostetică sau coenzima (Fig. 2). Componenta proteică a unei enzime (holoenzimă) se numește apoenzimă. Coenzima se leagă slab de apoenzima și se poate disocia de acesta. Grupul protetic nu este eliberat din apoenzimă, ci este ferm atașat de acesta. În prezent, este adesea folosit un termen mai general cofactor, care nu distinge între metoda de legare.

Enzimă (holoenzima) = apoenzima + cofactor (grup protetic, coenzima)

Cuprins

  • 1 Diviziunea și activitatea catalitică a enzimelor
    • 1.1 Exprimarea activității enzimatice
  • 2 Cinetica reacțiilor enzimatice
    • 2.1 Determinarea Km
    • 2.2 Tipuri de inhibare a activității enzimatice
  • 3 Factori care influențează viteza reacției enzimatice
    • 3.1 Concentrația substratului
    • 3.2 Concentrația enzimatică
    • 3.3 Influența temperaturii asupra activității enzimei
    • 3.4 Efectul pH-ului asupra activității enzimei
  • 4 Enzime în diagnosticul clinic
    • 4.1 Izoforme ale enzimelor
    • 4.2 Enzime în sânge
    • 4.3 Factori care afectează activitatea enzimelor din sânge
    • 4.4 Enzime importante din punct de vedere diagnostic
    • 4.5 Distribuția enzimelor diagnostice importante în țesuturi

Distribuția și activitatea catalitică a enzimelor editează sursa]

Tabelul următor (Tabelul 1) listează clar clasele individuale de enzime și prezintă schematic efectele acestora (tipul de reacție pe care enzimele individuale îl catalizează). Tabelul oferă, de asemenea, exemple de mai mulți cofactori specifici.

Exprimarea activității enzimatice editează sursa]

Activitățile enzimatice sunt exprimate în unități conform recomandărilor Systeme International d'Unides (SI) și IFCC (Euinternațional Federation of Clinical Chemimie). Unitatea pentru exprimarea activității enzimatice în sistemul SI este catal (pisică), care se folosește cel mai des pe litru de fluid biologic.

Definiție: 1 pisică este o activitate enzimatică care convertește 1 mol de substrat în 1 s.

În biochimie profesională, precum și în practica medicală, întâlnim încă Unitatea Internațională U, care a fost utilizată oficial până în 1980. Unitatea Internațională U a fost definită ca activitatea unei enzime care convertește 1 µmol de substrat în 1 minut la 25 ° C. Deoarece este încă în uz, prezentăm o conversie reciprocă de bază a acestor unități:

Cinetica reacțiilor enzimatice editează sursa]

Constanta Michaelis (Km) este definită ca concentrația substratului la care viteza reacției catalizate de enzime este redusă la jumătate. Km este constanta cinetică de bază, care este caracteristică pentru fiecare pereche enzimă-substrat în condiții date (pH, temperatură, compoziția amestecului de reacție etc.). Se exprimă prin relația ecuației Michaelis-Menten modificată:

Determinarea Km editează sursa]

Km poate fi determinat (Fig. 3):

  • dintr-o reprezentare grafică a dependenței vitezei de reacție de concentrația substratului, cu unele dificultăți cauzate de determinarea vitezei maxime cu o precizie suficientă
  • prin modificarea ecuației Michaelis-Menten, în care dependența hiperbolică este convertită într-una liniară, obținem o relație mai precisă pentru calculul Km. Cea mai comună este ajustarea conform Lineweaver și Burke, în care sunt evaluate valorile inversate ale vitezei și concentrației substratului.

(Vmax - viteza maximă, Km - constanta Michaelis - presupunerea este că [E] = constantă.)

Tipuri de inhibare a activității enzimatice editează sursa]

Enzimele sunt caracterizate printr-o specificitate ridicată pentru substrat (specificitatea substratului) și tipul de reacție catalizată (specificitatea efectului). Activitatea lor se poate schimba rapid în funcție de nevoile celulei și ale întregului organism. Activatori stimulează și inhibitori inhibă rata reacțiilor enzimatice. Inhibarea poate fi reversibilă și ireversibilă. Inhibiția reversibilă, spre deosebire de inhibiția ireversibilă, este o legare necovalentă a inhibitorului, cu o inhibiție competitivă, necompetitivă și neconcurențială cunoscută. În FIG. 4 arată distincția dintre un inhibitor competitiv și un inhibitor necompetitiv.

Următoarea figură (Fig. 5) arată efectul concentrației substratului (S) asupra vitezei (v) de reacție enzimatică în funcție de inhibitor și de dependența Km de tipul de inhibare:

(linia albastră fără inhibitor, roșie cu inhibitor - competitivă pe stânga și neconcurențială pe dreapta)

Factori care influențează rata reacției enzimatice editează sursa]

Într-o celulă vie, enzimele sunt aranjate astfel încât reacțiile individuale să se succedă fără probleme, de aceea formează adesea așa-numitele complexe multienzimale. Comparativ cu catalizatorii anorganici, enzimele sunt mult mai eficiente, dar și mai sensibile la influențele externe (temperatură, pH etc.). Reacțiile catalizate de enzime au loc într-un organism viu (chiar și într-o eprubetă) la viteze diferite, care depind de:

  • concentrația substratului
  • concentrația enzimatică
  • temperatura
  • mediu de reacție (pH)
  • prezența activatorilor și inhibitorilor

Concentrația substratului editează sursa]

Concentrația substratului la care viteza de reacție a reacției catalizate de enzime corespunde cu jumătate din valoarea vitezei maxime se numește Michaelis constant - Km enzima unei reacții date (Fig. 3).

Concentrația enzimatică editează sursa]

Pentru viteză Vmax reacție enzimatică la concentrații mari de substrat:

Toate experimentele pentru a determina efectul concentrației enzimei asupra vitezei de reacție trebuie efectuate cu un exces de substrat, unde reacția nu mai este dependentă de efectul concentrației sale.

Influența temperaturii asupra activității enzimei editează sursa]

Un alt factor important care afectează activitatea catalitică a enzimei este temperatura (Fig. 6). Pe măsură ce temperatura crește, activitatea enzimelor crește (aproximativ 20-50 ° C) aproximativ dublă. La temperaturi mai ridicate, viteza de reacție scade treptat pe măsură ce enzimele se denaturează (cu câteva excepții - de exemplu, enzimele bacteriilor termostabile). Se numește temperatura la care enzima prezintă activitate maximă temperatura optimă enzimă. Pentru majoritatea enzimelor, temperatura optimă este în intervalul 35-45 ° C. La temperaturi în jurul punctului de îngheț, reacțiile au loc cu greu. Congelarea la -20 ° C este utilizată pentru a stoca materialul biologic, când reacțiile enzimatice sunt complet oprite.

Efectul pH-ului asupra activității enzimei editează sursa]

Unul dintre factorii care afectează în mod semnificativ activitatea enzimei este Valoarea pH-ului mediu inconjurator. Utilizarea soluțiilor puternic acide sau puternic alcaline poate provoca denaturarea enzimei și, astfel, o pierdere a proprietăților biologice. Modificările mai puțin drastice ale pH-ului mediului afectează activitatea prin schimbarea gradului de disociere a grupelor funcționale ale enzimei și substratului sau prin schimbarea conformației moleculei enzimei. Acest lucru schimbă capacitatea substratului de a se lega de enzimă. Majoritatea enzimelor prezintă activitate maximă în domeniul pH-ului de 5-8 și această zonă este spălată cu pH-ul optim. Desigur, există excepții și unele enzime au un pH optim la valori semnificativ diferite, de ex. pentru pepsină este pH 1,5-2,5 sau pentru fosfatază alcalină 9,5-9,7. Dependența exprimată grafic a vitezei de reacție de pH are de obicei forma unei curbe de clopot cu un vârf la pH optim (Fig. 7).

Activitatea catalitică a enzimei este, de asemenea, afectată de o modificare a puterii ionice a soluției și a compoziției tamponului, condițiile redox, radiații ionizante sau adăugarea de inhibitori sau activatori.

Enzime în diagnosticul clinic editează sursa]

Enzimele din celule afectează procesele biologice prin participarea la reglarea proceselor metabolice și funcționale. Deteriorarea celulelor poate duce la modificări ale activităților enzimatice, iar după deteriorarea celulelor, enzimele pot fi eliberate în sânge. Din punctul de vedere al metodelor biochimice în sine, este necesar să se evalueze dinamica modificărilor detectate la pacient și nu este posibil să se bazeze doar pe evaluarea unui parametru investigat.

Izoforme enzimatice editează sursa]

Determinarea izoenzimelor este importantă pentru a crește specificitatea diagnosticului. Distingem adevărate izoenzime, care sunt codificate de diferite gene structurale și pseudoisoenzime care au aceeași bază genetică, dar diferă prin modificări post-traducere (variante post-traducere, de exemplu ALP - pseudoisoenzime căi biliare, celule tumorale). Se formează adevărate izoenzime:

  • prin modificarea genelor la diferite loci (aceleași la toți oamenii, originare în timpul evoluției), de ex. izoenzime AST - mitocondriale, citoplasmatice sau ALP - intestinale, tisulare nespecifice (ficat, os, rinichi), placentare, fetale;
  • prin modificarea genelor la același locus, alele diferite (variații genice înnăscute), de ex. glucoza-6-β-dehidrogenaza a fost izolată din eritrocitele diferiților oameni în peste 150 de izoforme;
  • ca așa-numitul izoenzime hibride prin combinarea a cel puțin 2 subunități codificate de diferite gene structurale, de ex. lactat dehidrogenază (LD, Fig. 8) conținând subunitățile H (inimă) și L (mușchi) sau creatin kinază (CK, Fig. 9) compuse din subunitățile B (creier) și M (mușchi).

Utilizarea determinării izoenzimelor serice

Izoenzimele catalizează aceeași reacție, dar moleculele lor diferă prin proprietățile lor fizico-chimice, cinetice și imunologice. Aceste diferențe se pot manifesta, de exemplu, prin relația izoenzimelor cu inhibitorii, în specificitatea reacțiilor catalizate, în rezistență diferită la efectele de denaturare, au optimi de pH diferiți și diferă în componenta proteică.

Enzime în sânge editează sursa]

Determinarea activităților enzimei serice, împreună cu alte metode de biochimie clinică, este unul dintre testele importante care ajută medicul să determine sau să confirme diagnosticul și să informeze despre evoluția bolii. Pentru a interpreta corect valorile activităților enzimatice, este necesar să se cunoască factorii care afectează activitatea lor serică și care determină, de asemenea, adecvarea testării anumitor enzime în cursul bolii.

Factori care influențează activitatea enzimelor din sânge editează sursa]

Originea și rolul enzimelor

Enzimele găsite în plasmă pot fi împărțite în în secret A celular. Enzime secretorii sunt eliberate în mediu și pot fi împărțite în:

  • enzime plasmatice funcționale - rolul lor este de a cataliza reacțiile care au loc în fluxul sanguin. Acestea includ, de exemplu, complexe enzimatice implicate în coagularea sângelui. Unele dintre aceste enzime sunt produse în ficat și, prin urmare, activitatea lor în plasmă scade atunci când este deteriorată.
  • enzime funcționale GIT (specifice) - catalizează reacțiile care au loc în GIT și permit astfel digestia și absorbția componentelor alimentare. Acest grup include de ex. enzime pancreatice (de exemplu, amilază, lipază, tripsină). Dacă există o obstrucție a modului în care aceste enzime intră în tractul digestiv sau dacă există mai multe leziuni ale celulelor în care sunt formate, activitatea acestor enzime în ser crește.

Enzime celulare ele reprezintă un grup mare de enzime care joacă un rol în metabolismul celular și intră în sânge atunci când se descompun sau sunt deteriorate. Activitatea lor în ser crește semnificativ atunci când organele din care provin sunt deteriorate. Aceasta include de ex. tranaminaze, creatin kinază, glutamat dehidrogenază. O mică parte din aceste enzime este eliberată în sânge chiar și în condiții fiziologice.

Activități ale enzimelor individuale în celule Rolurile specifice ale organelor și celulelor sunt strâns legate de metabolismul lor. Prin urmare, diferite organe și celule conțin, de asemenea, cantități diferite de enzime (Tabelul 2). Diferitele activități ale enzimelor din organe sunt printre principalii factori de care depinde și schimbarea activităților lor serice. Datorită remodelării constante a organelor, putem dovedi activitatea lor în ser chiar și în condiții fiziologice.

Tab. 2 Activități ale enzimelor selectate

Următorul tabel listează enzimele selectate clinic relevante.

Distribuția enzimelor diagnostice importante în țesuturi editează sursa]

Tabelul următor arată distribuția enzimelor selectate clinic relevante.

Enzima ACP ALP AMS ALT AST CK GMT CHS LD LPS
Eritrocite ** * *
Oase * **
Mușchi scheletic * * ** *
Miocard * ** *
Rinichi * * * *
Pancreas ** * ** ***
Ficat * * *** *** *
Prostata ***
Tractul biliar **

LD este un exemplu de enzimă care apare nu numai în țesuturile capabile de metabolism anaerob (eritrocite, mușchi), ci și în organele în care lactatul este oxidat prin piruvat și acetilCoA (inimă, neuroni) sau gluconeogeneză (ficat). Nivelurile crescute de LD plasmatică pot indica deteriorarea unui astfel de organ, care poate fi utilizat în diagnostic. CK seric este derivat din 96% din mușchii scheletici și 4% din miocard. Odată cu deteriorarea mușchilor scheletici, activitatea CK totală crește. Când se suspectează un infarct miocardic, este important să se excludă afectarea mușchilor scheletici.