Organizarea structurală și funcțională a enzimelor. Reglarea activității enzimelor. Determinarea activității amilazei urinei. Izoenzime. Structura, rolul biologic, valoarea diagnostică a definiției, modificări în ontogeneza și patologia organului, diagnostic

8.7.1. În conținutul celular, enzimele nu sunt distribuite aleatoriu, ci strict ordonate. Cu ajutorul membranelor intracelulare, celula este împărțită în compartimente sau compartimente(Figura 8.18). În fiecare dintre ele se desfășoară procese biochimice strict definite și se concentrează enzimele sau complexele polienzimatice corespunzătoare. Iată câteva exemple tipice.

Figura 8.18. Distribuția intracelulară a enzimelor diferitelor căi metabolice.

Lizozomii conțin predominant o varietate de enzime hidrolitice. Aici au loc procesele de scindare a compușilor organici complecși în componentele lor structurale.

Mitocondriile conțin sisteme complexe de enzime redox.

Enzimele pentru activarea aminoacizilor sunt distribuite în hialoplasmă, dar sunt prezente și în nucleu. Hialoplasma conţine numeroşi metaboloni ai glicolizei, combinaţi structural cu cei ai ciclului pentozo-fosfatului, ceea ce asigură relaţia dintre căile dihotomice şi apotomice de descompunere a carbohidraţilor.

În același timp, enzimele care accelerează transferul reziduurilor de aminoacizi la capătul în creștere al lanțului polipeptidic și catalizează unele alte reacții în procesul de biosinteză a proteinelor sunt concentrate în aparatul ribozomal al celulei.

În nucleul celulei sunt localizate în principal nucleotidiltransferazele, accelerând transferul reziduurilor de nucleotide în timpul formării acizilor nucleici.

8.7.2. Distribuția enzimelor în organele subcelulare este studiată după fracționarea preliminară a omogenatelor celulare prin centrifugare de mare viteză, determinându-se conținutul de enzime din fiecare fracție.

Localizarea unei enzime date într-un țesut sau celulă poate fi adesea stabilită in situ prin metode histochimice ("histoenzimologie"). Pentru a face acest lucru, secțiuni subțiri (de la 2 la 10 µm) de țesut înghețat sunt tratate cu o soluție dintr-un substrat pentru care această enzimă este specifică. În acele locuri în care se află enzima, se formează produsul reacției catalizate de această enzimă. Dacă produsul este colorat și insolubil, acesta rămâne la locul de formare și permite localizarea enzimei. Histoenzimologia oferă o imagine clară și, într-o anumită măsură, fiziologică a distribuției enzimelor.

Sistemele enzimatice ale enzimelor concentrate în structurile intracelulare sunt fin coordonate între ele. Interconectarea reactiilor catalizate de acestea asigura activitatea vitala a celulelor, organelor, tesuturilor si a organismului in ansamblu.

Când se studiază activitatea diferitelor enzime în țesuturile unui corp sănătos, se poate obține o imagine a distribuției lor. Se dovedește că unele enzime sunt larg distribuite în multe țesuturi, dar în concentrații diferite, în timp ce altele sunt foarte active în extractele obținute din unul sau mai multe țesuturi și sunt practic absente în alte țesuturi ale corpului.

Figura 8.19. Activitatea relativă a anumitor enzime în țesuturile umane, exprimată ca procent din activitatea în țesutul cu concentrația maximă a acestei enzime (Moss, Butterworth, 1978).

8.7.3. Conceptul de enzimopatii.În 1908, medicul englez Archibald Garrod a sugerat că cauza unui număr de boli poate fi absența oricăreia dintre enzimele cheie implicate în metabolism. El a introdus conceptul de „erori înnăscute ale metabolismului” (defect congenital al metabolismului). Ulterior, această teorie a fost confirmată de noi date obținute în domeniul biologiei moleculare și al biochimiei patologice.

Informațiile despre secvența de aminoacizi din lanțul polipeptidic al unei proteine ​​sunt înregistrate în secțiunea corespunzătoare a moleculei de ADN sub forma unei secvențe de fragmente de trinucleotide - tripleți sau codoni. Fiecare triplet codifică un anumit aminoacid. Această corespondență se numește cod genetic. Mai mult, unii aminoacizi pot fi codificați cu mai mulți codoni. Există, de asemenea, codoni speciali care sunt semnale pentru începutul sintezei lanțului polipeptidic și terminarea acestuia. Până în prezent, codul genetic a fost complet descifrat. Este universal pentru toate tipurile de organisme vii.

Realizarea informațiilor conținute în molecula de ADN include mai multe etape. În primul rând, ARN-ul mesager (ARNm) este sintetizat în nucleul celulei în timpul transcripției și intră în citoplasmă. La rândul său, ARNm servește ca șablon pentru traducere - sinteza lanțurilor polipeptidice pe ribozomi. Astfel, natura bolilor moleculare este determinată de perturbarea structurii și funcției acizilor nucleici și a proteinelor controlate de aceștia.

8.7.4. Deoarece informațiile despre structura tuturor proteinelor dintr-o celulă sunt conținute în secvența nucleotidelor ADN și fiecare aminoacid este determinat de un triplet de nucleotide, o schimbare în structura primară a ADN-ului poate avea în cele din urmă un efect profund asupra proteinei sintetizate. . Astfel de modificări apar din cauza erorilor de replicare a ADN-ului, atunci când o bază azotată este înlocuită cu alta, fie ca urmare a radiațiilor, fie a modificării chimice. Toate defectele moștenite care au apărut în acest fel sunt numite mutatii. Ele pot duce la interpretarea greșită a codului și ștergerea (pierderea) unui aminoacid cheie, înlocuirea unui aminoacid cu altul, oprirea prematură a sintezei proteinelor sau adăugarea de secvențe de aminoacizi. Luând în considerare dependența de ambalare spațială a unei proteine ​​de secvența liniară a aminoacizilor din aceasta, se poate presupune că astfel de defecte pot schimba structura proteinei și, prin urmare, funcția acesteia. Cu toate acestea, multe mutații se găsesc doar în laborator și nu afectează negativ funcția proteinelor. Astfel, punctul cheie este localizarea modificărilor în structura primară. Dacă poziția aminoacidului înlocuit este critică pentru formarea structurii terțiare și formarea situsului catalitic al enzimei, atunci mutația este gravă și se poate manifesta ca o boală.

Consecințele unei deficiențe a unei enzime în lanțul reacțiilor metabolice se pot manifesta în moduri diferite. Presupunem că transformarea compusului Aîn conexiune B catalizează o enzimă E si ce legatura C are loc pe o cale alternativă de transformare (Figura 8.20):

Figura 8.20. Schema căilor alternative de transformări biochimice.

Consecințele deficitului de enzime pot fi următoarele fenomene:

1. insuficiența produsului reacției enzimatice ( B). Ca exemplu, putem indica o scădere a glicemiei în unele forme de glicogenoză;
2. acumulare de materie A), a cărei conversie este catalizată de o enzimă (de exemplu, acidul homogentisic în alcaptonurie). În multe boli de stocare lizozomală, substanțele care în mod normal suferă hidroliză în lizozomi se acumulează în ele din cauza deficienței uneia dintre enzime;
3. abaterea către o cale alternativă cu formarea unor compuși biologic activi ( C). Acest grup de fenomene include excreția urinară a acizilor fenilpiruvic și fenilactic, care se formează în corpul pacienților cu fenilcetonurie ca urmare a activării căilor auxiliare pentru descompunerea fenilalaninei.

Dacă conversia metabolică în ansamblu este reglementată de principiul feedback-ului produsului final, atunci efectele ultimelor două tipuri de anomalii vor fi mai semnificative. Deci, de exemplu, în porfirii (tulburări congenitale ale sintezei hemului), efectul copleșitor al hemului asupra reacțiilor inițiale de sinteză este eliminat, ceea ce duce la formarea unor cantități excesive de produși intermediari ai căii metabolice, care au un efect toxic asupra celulele pielii și ale sistemului nervos.

Factorii de mediu pot spori sau chiar determina complet manifestările clinice ale unor tulburări metabolice congenitale. De exemplu, mulți pacienți cu deficit de glucoză-6-fosfat dehidrogenază nu dezvoltă boală decât după ce au luat medicamente precum primachina. În absența contactului cu drogurile, astfel de oameni dau impresia că sunt sănătoși.

8.7.5. Deficiența enzimatică este de obicei apreciată indirect de o creștere a concentrației substanței inițiale, care în mod normal suferă transformări sub acțiunea acestei enzime (de exemplu, fenilalanina în fenilcetonurie). Determinarea directă a activității unor astfel de enzime se efectuează numai în centre specializate, dar dacă este posibil, diagnosticul trebuie confirmat prin această metodă. Diagnosticul prenatal (antenatal) al unor tulburări metabolice congenitale este posibil prin examinarea celulelor lichidului amniotic obținute în stadiile incipiente ale sarcinii și cultivate in vitro.

Unele tulburări metabolice congenitale pot fi tratate prin livrarea metabolitului lipsă în organism sau prin limitarea aportului de precursori ai proceselor metabolice afectate în tractul gastrointestinal. Produsele acumulate (de exemplu, fierul din hemocromatoză) pot fi uneori îndepărtate.

Enzimele care catalizează aceeași reacție chimică, dar diferă în structura primară a proteinei, sunt numite izoenzime sau izoenzime. Ele catalizează același tip de reacție cu un mecanism fundamental identic, dar diferă unele de altele în parametri cinetici, condiții de activare și caracteristici ale relației dintre apoenzimă și coenzimă. Natura apariției izoenzimelor este diversă, dar cel mai adesea datorită diferențelor în structura genelor care codifică aceste izoenzime. În consecință, izoenzimele diferă în structura primară a moleculei proteice și, în consecință, în proprietățile fizico-chimice. Metodele de determinare a izoenzimelor se bazează pe diferențele de proprietăți fizico-chimice.

În structura lor, izoenzimele sunt în principal proteine ​​oligomerice. Mai mult, cutare sau cutare țesut sintetizează în mod predominant anumite tipuri de protomeri. Ca urmare a unei anumite combinații a acestor protomeri, se formează enzime cu structuri diferite - forme izomerice. Descoperirea anumitor forme izoenzimatice de enzime face posibilă utilizarea lor pentru diagnosticarea bolilor.

Enzima lactat dehidrogenaza (LDH) catalizează oxidarea reversibilă a lactatului (acidului lactic) în piruvat (acid piruvic). O creștere a activității se observă în leziunile acute ale inimii, ficatului, rinichilor, precum și în anemia megaloblastică și hemolitică. Cu toate acestea, acest lucru indică deteriorarea doar a unuia dintre țesuturile enumerate.

Creatin kinaza (CK) catalizează formarea de creatină fosfat. Determinarea activității CK în plasma sanguină are valoare diagnostică în infarctul miocardic (există o creștere a nivelului izoformei MB). Cantitatea de izoforme MM poate crește odată cu leziunile și deteriorarea mușchilor scheletici. Izoforma BB nu poate pătrunde în bariera hemato-encefalică; prin urmare, practic nu este detectată în sânge nici măcar în accidente vasculare cerebrale și nu are valoare diagnostică.

10. Specificitatea de organ a izoenzimelor LDH. Valorile fiziologice ale activității totale a lactat dehidrogenazei și a izoenzimelor sale în plasma sanguină. Semnificația diagnostică a determinării activității LDH și a izoenzimelor sale.

Lactat dehidrogenaza este o enzimă glicolitică și catalizează următoarea reacție: Lactat + NAD Lactat dehidrogenază Piruvat + NADH

Molecula LDH este un tetramer format din unul sau două tipuri de subunități, denumite M (mușchi) și H (inima). În serul sanguin, enzima există în cinci forme moleculare care diferă în structura primară, proprietăți cinetice, mobilitate electroforetică (LDH-1 se deplasează mai repede la anod în comparație cu LDH-5, adică este mai mobil electroforetic). Fiecare formă are o compoziție polipeptidică caracteristică: LDH-1 constă din 4 subunități H, LDH-2 constă din 3 subunități H și 1 subunitate M, LDH-3 este un tetramer din 2 subunități H și 2 subunități M, LDH-4 conține 1 subunitate H și 3 subunități M, LDH-5 constă numai din subunități M. În funcție de gradul de scădere a activității catalitice totale a enzimei, toate organele și țesuturile sunt dispuse în următoarea ordine: rinichi, inimă, mușchi scheletici, pancreas, splină, ficat, plămâni, ser sanguin.

Care izoenzimă este cel mai reprezentată depinde de metoda predominantă de oxidare a glucozei în țesut: aerobă (la CO2 și H2O) sau anaerobă (la acid lactic). Această diferență se datorează diferitelor grade de afinitate ale izoenzimelor pentru acidul piruvic. Izoenzimele care conțin în principal subunități H (LDH-1 și LDH-2) au o afinitate scăzută pentru piruvat și, prin urmare, nu sunt capabile să concureze eficient pentru substrat cu complexul de piruvat dehidrogenază. Ca urmare, piruvatul suferă decarboxilare oxidativă și intră în ciclul Krebs ca acetil-CoA.

În schimb, izoenzimele cu subunități M în principal (LDH-4 și LDH-5) au o afinitate mai mare pentru piruvat și, ca urmare, îl transformă în acid lactic. Cele mai tipice izoenzime sunt stabilite pentru fiecare țesut. Pentru miocard și țesutul cerebral, principala izoenzimă este LDH-1, pentru eritrocite, trombocite, țesut renal - LDH-1 și LDH-2. În plămâni, splină, tiroidă și pancreas, glandele suprarenale, limfocite predomină LDH-3. LDH-4 se găsește în toate țesuturile cu LDH-3, precum și în granulocite și celulele germinale masculine, în acestea din urmă se găsește suplimentar LDH-5. În mușchii scheletici, activitatea izoenzimelor este dispusă în ordine descrescătoare în seria: LDH-5, LDH-4, LDH-3. Pentru ficat, izoenzima LDH-5 este cea mai caracteristică; LDH-4 este de asemenea detectată.

În mod normal, principala sursă de activitate a LDH în plasma sanguină sunt celulele sanguine degradate. În ser, activitatea izoenzimelor este distribuită astfel: LDH-2 > LDH-1 > LDH-3 > LDH-4 > LDH-5. Electroforeza dintre fracțiile LDH-3 și LDH-4 dezvăluie uneori o bandă suplimentară a izoenzimei LDH-X, această izoenzimă fiind localizată în aceleași organe ca și LDH-5.

Toate bolile care apar cu distrugerea celulelor sunt însoțite de o creștere bruscă a activității LDH în serul sanguin. O creștere a activității generale a enzimei se găsește în boli precum infarctul miocardic, afectarea necrotică a rinichilor, hepatita, pancreatita, inflamația și infarctul pulmonar, tumorile de diferite localizări, leziuni, distrofie și atrofie musculară, anemie hemolitică și neonatal fiziologic. icter, limfogranulomatoză, leucemie. În infarctul miocardic, începutul unei creșteri a activității enzimei în serul sanguin se observă la 8-10 ore din momentul atacului, creșterea maximă are loc cu 24-48 de ore, adesea de 15-20 de ori mai mare decât norma. Activitatea crescută a LDH persistă până la 10-12 zile de la debutul bolii. Gradul de creștere a activității enzimatice nu se corelează întotdeauna cu dimensiunea leziunii mușchiului inimii și poate fi doar un factor indicativ pentru prezicerea rezultatului bolii. La pacienții cu angină pectorală, activitatea enzimei nu se modifică, ceea ce permite ca testul să fie utilizat pentru diagnostic diferențial în 2-3 zile după un atac de cord. Prezența specificității de organ a enzimelor face posibilă utilizarea studiului activității lor în scopul diagnosticării locale.

11. Valori fiziologice ale activității totale a creatininei kinazei (CK) și izoenzimelor acesteia în plasma sanguină. Semnificația diagnostică a determinării activității CK și a izoenzimelor sale.

Creatin kinaza (CK) este o enzimă, un catalizator natural al reacțiilor chimice, care crește semnificativ rata de conversie a creatinei și ATP (adenozin trifosfat) în compusul de înaltă energie creatină fosfat, care este consumat în timpul contracțiilor musculare intense. Această enzimă se găsește în citoplasma diferitelor celule musculare (cardiace, scheletice), precum și în celulele creierului, plămânilor și glandei tiroide.

Molecula de creatin kinaza poate fi împărțită în două părți, fiecare dintre acestea fiind realizată ca o subunitate separată: M (mușchi) și B (creier). Aceste subunități din corpul uman pot fi combinate împreună în trei moduri, formând, respectiv, trei izoforme ale creatinkinazei: MM, MB și BB. Aceste izoenzime diferă prin localizarea lor în corpul uman: creatinkinaza MM este localizată în miocard și mușchii scheletici; creatinkinaza MB este localizată într-o măsură mai mare în miocard; creatinkinaza BB se găsește în celulele placentei, creierului, tractului urinar, unele tumori și alte locuri.

Concentrația normală a enzimei depinde direct de vârsta și sexul persoanei. Datorită dezvoltării active a mușchilor și a sistemului nervos, activitatea catalizatorului natural la copii este crescută în raport cu activitatea la adulți. Femeile au creatinkinaza mai mică decât bărbații.

Nivelul izoenzimei MM este crescut într-o măsură mai mare ca urmare a leziunilor musculare și rareori cu afectarea inimii. Conținutul de CK MB este asociat cu leziuni miocardice. O creștere semnificativă a activității acestei forme se observă în infarctul miocardic. Nivelul său crește brusc în două până la patru ore de la primele simptome. Prin urmare, concentrația acestei enzime în sânge este utilizată în mod activ pentru a determina infarctul miocardic. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că conținutul de CK MB revine la niveluri normale după trei până la șase zile, ceea ce duce la o eficiență diagnostică scăzută în etapele ulterioare. Concentrația de CC BB crește în bolile oncologice. O scădere a nivelului de izoenzime nu are nicio valoare diagnostică, deoarece pragul minim pentru conținutul de CK la o persoană sănătoasă este zero.

12. Lipazele plasmatice sanguine. Semnificația diagnostică a determinării activității lipazei. Lipaza este o enzimă solubilă în apă sintetizată de organismul uman care catalizează hidroliza esterilor insolubili (substraturi lipidice) și favorizează digestia, dizolvarea și fracționarea grăsimilor neutre. Împreună cu bila, lipaza stimulează digestia grăsimilor, acizilor grași, vitaminelor liposolubile A, E, D, K, transformându-le în energie și căldură. Scopul lipoprotein lipazei este descompunerea trigliceridelor (lipidelor) din lipoproteinele din sânge, ceea ce asigură livrarea acizilor grași către țesuturi. Lipaza este produsă de: pancreas; ficat; plămânii; intestinele sunt glande speciale situate în cavitatea bucală a sugarilor. În acest din urmă caz, se sintetizează așa-numita lipază linguală. Fiecare dintre aceste enzime contribuie la descompunerea unui anumit grup de grăsimi.

Din punct de vedere al semnificației în diagnostic, un rol important îl joacă lipaza produsă de pancreas. O creștere a nivelului enzimei se observă cu: pancreatită, care apare într-o formă acută sau cu o exacerbare a unui proces cronic; colică biliară; leziuni pancreatice; prezența neoplasmelor în pancreas; patologii cronice ale vezicii biliare; formarea unui chist sau pseudochist în pancreas; blocarea canalului pancreatic de către o cicatrice sau o piatră; colestază intrahepatică; obstrucție intestinală acută; infarct intestinal; peritonită; perforarea ulcerului gastric; perforarea organului intern (gol); patologie renală acută sau cronică; oreion, în care pancreasul este deteriorat; tulburări metabolice care apar cu diabet, obezitate sau gută; ciroza hepatică; utilizarea pe termen lung a medicamentelor - în special, barbiturice, analgezice narcotice, heparină, indometacin; operațiuni de transplant de organe. În cazuri rare, procesul de activare a lipazei este asociat cu unele leziuni - de exemplu, fracturi ale oaselor tubulare. Dar, în acest caz, fluctuațiile nivelului enzimei din sânge nu pot fi considerate un indicator specific al prezenței daunelor fizice. Din acest motiv, testele lipazei nu sunt luate în considerare în diagnosticul leziunilor de diverse origini.

Determinarea lipazei serice este de o importanță deosebită în orice tulburare pancreatică. În acest caz, un test de sânge pentru conținutul acestei enzime, împreună cu o analiză pentru amilază (o enzimă care promovează descompunerea amidonului în oligozaharide), indică cu un grad ridicat de certitudine prezența unui proces patologic în țesuturile de pancreasul: ambii indicatori sunt peste normal). În procesul de normalizare a stării pacientului, aceste enzime nu revin la niveluri adecvate simultan: de regulă, nivelul de lipază rămâne la un nivel ridicat mai mult decât nivelul de amilază.

Un nivel ridicat de lipază persistă de la 3 la 7 zile de la debutul inflamației. Tendința descendentă este fixată abia după 7-14 zile.

Se fixează un nivel scăzut de lipază: în prezența unui neoplasm malign în orice parte a corpului, cu excepția pancreasului însuși; din cauza scăderii funcției pancreatice; cu fibroză chistică (fibroză chistică) - o boală genetică cu evoluție severă care rezultă dintr-o leziune patologică a glandelor de secreție externă (tractul gastrointestinal, plămâni). după o intervenție chirurgicală pentru îndepărtarea pancreasului; cu un conținut excesiv de trigliceride în sânge, care apare din cauza malnutriției cu abundență de alimente grase în dietă sau din cauza hiperlipidemiei ereditare. În unele cazuri, o scădere a nivelului de lipază este un marker al tranziției pancreatitei la o formă cronică.

HHHH HHHM HHMM HMMM MMMM

LDH1,2

LDG4.5

Izoenzimele, natura lor, rolul biologic, structura LDH.

Izoenzime este un grup de enzime înrudite care catalizează aceeași reacție. Ele provin dintr-un precursor din cauza duplicării genelor urmată de mutația alelelor rezultate. Ele diferă unele de altele:

1) viteza de cataliză;

3) condiţii de reacţie;

4) sensibilitate la regulatori, factori de mediu. (Mai mult sau mai puțin rezistent la inhibitori);

5) afinitate pentru substrat;

6) caracteristicile structurale ale moleculei, IEP, Mr, dimensiunile și sarcina acesteia.

Izoenzimele au o valoare adaptativă, adică dau specificitatea metabolismului.

Izoenzimele asigură comunicarea între organe, de exemplu, în procesul de activitate musculară.

În miocard și ficat, există diferite izoenzime LDH care asigură metabolismul lactatului:

în ficat: PVC -----> lactat

in inima: lactat ------> PVC

LDH este o enzimă oligomerică formată din 4 subunități de două tipuri.

H (inima) și M (mușchi).

Există 5 forme de izoenzime:

H4 H3M H2M2 HM3 M4

LDH1, LDH2, LDH3, LDH4, LDH5.

Deoarece protomerii H poartă o sarcină negativă mai pronunțată, izoenzima H4 (LDH1) va migra cu cea mai mare viteză către anod în timpul electroforezei.

M4 se va muta la anod cu cea mai mică viteză.

Izoenzimele rămase ocupă o poziție intermediară.

Izoenzimele LDH sunt localizate în diferite țesuturi:

LDH1,2 ----> creier, țesuturi aerobe (miocard).

LDH3 ----> celule leucemice.

LDH4,5 ----> tesuturi anaerobe: muschi, scheletice.

Izoenzimele apar în diferite stadii de ontogeneză și implementează programul de dezvoltare individuală.

Profilul izoenzimei se modifică în timpul dezvoltării.

În patologii, există o schimbare semnificativă a izoenzimei.

Biochimie este o știință care studiază compoziția calitativă și cantitativă, precum și modalitățile, metodele, modelele, rolul biologic și fiziologic al transformării materiei, energiei și informațiilor într-un organism viu.

Formarea chimiei biologice ca disciplină independentă în sistemul științelor biologice a fost un proces lung și complex. Biochimia modernă s-a format la începutul secolelor al XIX-lea și al XX-lea. în profunzimile chimiei organice şi fiziologiei, deci, în secolul al XIX-lea. s-a numit chimie fiziologică. Termenul de biochimie a fost inventat în 1858 de medicul și chimistul austriac Vincent Kletzinski.

Istoria biochimiei reflectă calea complexă a cunoașterii umane a lumii organice înconjurătoare, ale cărei origini se întorc în antichitate. În acele zile, ideile profetice strălucite erau împletite în mod complex cu idei naive despre lumea din jurul lor. Deci, de exemplu, Aristotel credea că ființele vii sunt formate dintr-o combinație a unui principiu pasiv, lipsit de viață - „materie” cu un principiu activ - o „formă”, care formează corpul și menține viața în el.

Ulterior, neoplatoniștii, dezvoltând aceste idei, au formulat conceptul de „forță de viață”, „spirit dătător de viață”, etc., care a existat în diferite modificări în Evul Mediu. În secolele VII-X în Europa, odată cu dezvoltarea alchimiei, materialul a început să se acumuleze pe compoziția compușilor organici complecși.

Renașterea este caracterizată de o percepție dinamică a lumii înconjurătoare, care a transformat știința din ritual-magic în deschisă. Știința a văzut corpul uman ca pe o mașină mecanică complexă. Remarcabilul nostru contemporan, filosoful și istoricul științei englez J. Bernal caracterizează acea epocă astfel: „... doctorii comunicau liber cu artiști, matematicieni, astronomi și ingineri. De fapt, mulți dintre ei erau în unele dintre aceste profesii. Deci, de exemplu, Copernic a fost educat și practicat ca medic...”.

Acesta este ceea ce a condus știința la o nouă etapă - vii au început să fie evaluați pe categorii chimice. În secolele al XVI-lea și al XVII-lea s-a dezvoltat iatrochimie(chimia medicală), cel mai important reprezentant al căruia a fost Paracelsus (1493-1541), care credea că toate bolile se bazează pe încălcări ale cursului proceselor chimice din organism, deci trebuie tratate și cu substanțe chimice. Iatrochimia a dat mult medicinei practice și a contribuit la convergența acesteia cu chimia.

Mijlocul secolului al XVII-lea - sfârșitul secolului al XVIII-lea este o perioadă empirică în dezvoltarea chimiei organice, care, după definiția marelui chimist suedez J. Berzelius, a fost chimia „substanțelor vegetale și animale”. În acest timp, s-a acumulat o cantitate enormă de material faptic, dar idei teoretice, de generalizare, nu au apărut încă. Nevoile practice ale activității umane (obținerea de medicamente, uleiuri, rășini, coloranți etc. din materii prime naturale) au fost principalul motiv care a determinat studiul compușilor organici.

Îmbunătățirea metodelor experimentale a contribuit la izolarea compușilor organici individuali din plante (acizi oxalic, malic, citric și alți acizi) și a produselor reziduale ale organismelor animale (uree, acizi uric și hipuric).

Următoarea perioadă - analitică (sfârșitul secolului al XVIII-lea - mijlocul secolului al XIX-lea - a fost marcată de cercetări pentru stabilirea compoziției substanțelor, în urma cărora a devenit evident că toți compușii organici conțin carbon. Iată doar câteva dintre realizările acestei perioade:

În 1828, F. Wöhler a sintetizat ureea pentru prima dată, deschizând astfel era sintezei organice.

În 1839, Yu. Liebig a stabilit că compoziția alimentelor include proteine, grăsimi și carbohidrați.

În 1845 G. Kolbe a sintetizat acidul acetic

În 1854, M. Berthelot a sintetizat grăsimi.

În 1861 A.M. Butlerov a sintetizat carbohidrați.

Rezumând dezvoltarea biochimiei în secolul al XIX-lea. remarcăm că principalii factori în formarea sa au fost dezvoltarea chimiei celor mai importanți compuși naturali - lipide, glucide și mai ales proteine, primele succese ale enzimologiei, dezvoltarea prevederilor de bază privind metabolismul în mai multe etape și rolul de enzime în aceste procese. Chimia biologică din acea vreme și-a stabilit ca scop principal studiul metodelor chimiei nu a proceselor metabolice totale, ci a transformării în corpul fiecărui compus individual și dezvoltarea ideilor despre toate detaliile proceselor metabolice în agregat. .

Biochimia a început să se dezvolte cel mai intens în secolul al XX-lea și mai ales în ultimele decenii. În prima jumătate a secolului al XX-lea. au fost făcute descoperiri importante care au făcut posibilă construirea unei scheme metabolice generale, stabilirea naturii enzimelor și investigarea proprietăților lor cele mai importante și extinderea semnificativă a cunoștințelor despre principalii compuși biologic activi. În anii 40-50 s-au dezvoltat și îmbunătățit intens metodele de cercetare biochimică, ceea ce a determinat în deceniile următoare formarea unor domenii ale biochimiei care au devenit științe independente - chimia bioorganică, biologia moleculară, genetica moleculară, biotehnologia etc.

Mai târziu, când luăm în considerare secțiunile individuale ale biochimiei, vom atinge aspectele istorice ale acestora, dar acum vom analiza pe scurt principalele etape istorice în dezvoltarea chimiei biologice interne.

Enzime: definiția conceptului, natura chimică, proprietățile fizico-chimice și rolul biologic al enzimelor.

Enzime - sunt proteine ​​care acționează ca catalizatori în sistemele biologice.

Natura chimica: proteine.

Proprietăți fizico-chimice:

1) sunt compuși amfoteri;

2) intră în aceleași reacții calitative ca și proteinele (biuret, xantoproteină, folina etc.);

3) ca și proteinele, se dizolvă în apă cu formarea de soluții coloidale;

4) au activitate electroforetică;

5) sunt hidrolizate la aminoacizi;

6) sunt predispuse la denaturare sub influența acelorași factori: temperatura, modificările pH-ului, acțiunea sărurilor metalelor grele, acțiunea factorilor fizici (ultrasunete, radiații ionizante etc.);

7) au mai multe niveluri de organizare a macromoleculelor, ceea ce este confirmat de datele analizei de difracție cu raze X, RMN, EPR

Rolul biologic: Enzimele catalizează fluxul controlat al tuturor proceselor metabolice din organism.

Izoenzime. Structura, rolul biologic, valoarea diagnostică a definiției, modificările ontogenezei și patologiei organului, valoarea diagnostică.

Izoenzime- Acestea sunt forme multiple ale aceleiași enzime care catalizează aceeași reacție, dar diferă în proprietăți fizice și chimice.

Structura: Structură cuaternară formată dintr-un număr par de subunități (2, 4, 6 etc.). Izoformele enzimatice se formează ca urmare a diferitelor combinații de subunități.

Rolul biologic: Existența izoformelor crește capacitatea de adaptare a țesuturilor, organelor și a organismului în ansamblu la condițiile în schimbare.

Valoarea diagnostică a definiției: Prin modificarea compoziției izoenzimelor se evaluează starea metabolică a organelor și țesuturilor.

Modificarea ontogeniei: Pe exemplul LDH (oxidează lactatul în PVC). În procesul de dezvoltare individuală a organismului în țesuturi, există o schimbare a conținutului de oxigen și a izoformelor LDH. La embrion predomină LDH 4, LDH 5. După naștere, în unele țesuturi există o creștere a conținutului de LDH 1, LDH 2.

Modificări în patologia organului: De exemplu, LDH. LDH 1,2 lucrează în miocard. Dacă oxigenul nu intră în miocard, numărul de subunități anaerobe va crește acolo - LDH 4,5, ceea ce indică patologia organului.

Valoarea diagnostica:

LDH- cu o creștere a activității LDH în plasma sanguină, se poate presupune afectarea unuia dintre țesuturile corpului (inima, mușchii, ficatul). (Normal 170-520 UI/l)

QC- (catalizează conversia cretinei în creatină fosfat); determina activitatea CK în plasma sanguină. Normal - 90 UI/l. O creștere a MM este o leziune musculară, BB nu este detectată în sânge nici măcar cu accidente vasculare cerebrale, deoarece. nu poate intra în sânge.

În centrul multor stări patologice și prepatologice ale corpului se află încălcări ale funcționării sistemelor enzimatice. Multe enzime sunt localizate în interiorul celulelor și, prin urmare, activitatea lor în serul sanguin (plasmă) este scăzută sau absentă cu totul. De aceea, prin analiza fluidelor extracelulare (sânge), activitatea anumitor enzime poate dezvălui modificări care apar în interiorul celulelor diferitelor organe și țesuturi ale corpului. alte enzime sunt prezente constant în sânge, în cantități cunoscute și au o funcție specifică (de exemplu, enzimele sistemului de coagulare a sângelui).

Activitatea enzimelor din serul sanguin reflectă echilibrul ratei de sinteză a enzimelor în interiorul celulelor și eliberarea lor din celule. O creștere a activității enzimelor sanguine poate fi rezultatul unei accelerări a proceselor de sinteză, al scăderii ratei de excreție, al creșterii permeabilității membranelor celulare, al acțiunii activatorilor și al necrozei celulare. O scădere a activității enzimatice este cauzată de o creștere a ratei de excreție a enzimei, acțiunea inhibitorilor și inhibarea sintezei.

O creștere a activității în sânge a uneia sau alteia enzime este un test de diagnostic foarte precoce. O definiție suplimentară a spectrului de izoenzime vă permite să clarificați localizarea procesului patologic, deoarece fiecare organ are propriul spectru izoenzimic specific.

În biochimia clinică, indicatorul activității aspartat aminotraisferazei și alanin aminotransferazei este de mare importanță. Aceste transaminaze se găsesc în mitocondrii și în fracțiunea solubilă a citoplasmei celulelor. Rolul transaminazelor se reduce la transferul grupărilor amino ale aminoacizilor la cetoacid. Coenzima transaminazelor este piridoxal fosfat, un derivat al vitaminei B6. În sângele animalelor, activitatea ambelor enzime este foarte scăzută în comparație cu activitatea lor în alte țesuturi. Cu toate acestea, în patologiile însoțite de distrugerea celulară, transaminazele ies prin membranele celulare în sânge, unde activitatea lor este semnificativ crescută în comparație cu norma. În ciuda lipsei unei specificități stricte de organ a acestor enzime, se observă o creștere a activității lor în hepatită, distrofie musculară, traumatisme și efort fizic excesiv asupra corpului, în special la caii de sport.

Lactat dehidrogenaza (LDH), o enzimă glicolitică care catalizează reducerea reversibilă a acidului piruvic la acid lactic. LdG este format din patru subunități și include cinci izoenzime. Mai mult, izoenzima LdG5 predomină în țesutul muscular, LdG1 și LdG2 în mușchiul inimii. În infarctul miocardic acut la pacienții din serul sanguin, activitatea izoenzimelor LDH1 și LDH2 crește. În hepatita parenchimatoase, activitatea izoenzimelor LdG4 și LdG5 crește semnificativ în serul sanguin, în timp ce activitatea LdG1 și LdG2 scade.Activitatea LdG în sângele integral este semnificativ mai mare decât activitatea enzimei din plasma sanguină. Prin urmare, chiar și hemoliza minimă a sângelui modifică semnificativ activitatea enzimei în plasmă, care ar trebui luată în considerare în munca de laborator.

Creatinfosfokinaza (CPK) joacă un rol important în metabolismul energetic. Creatinfosfokinaza este necesară pentru resinteza ATP prin transfosforilarea AdP cu creatină fosfat. Fosfatul de creatină se referă la compuși de fosfat bogat în energie care asigură contracția fibrelor musculare, relaxarea și transportul metaboliților în țesutul muscular.

Creatina-P + AdP CPK > Creatina + ATP.

Creatina fosfokinaza este formată din două subunități - M și B, formând trei izoenzime: MM (tip muscular), MB (tip inimă), BB (tip creier).

Analiza țesuturilor indică faptul că o activitate semnificativă a CPK are loc în mușchiul scheletic, miocard și creier. Mușchiul inimii conține în principal izoenzimele MM și MB.O creștere a activității izoenzimei MB în serul sanguin al pacientului indică deteriorarea mușchiului inimii. Determinarea izoenzimelor CPK este cea mai bună metodă de diagnostic pentru distrofia musculară ereditară la pui, cu lipsă de seleniu la bovine și cu mioglobinurie paralitică la cabaline.

Fosfataza alcalină (AP) este o enzimă hidrolitică sintetizată în principal în ficat și excretată din organism ca parte a bilei. Activitatea sa optimă este la pH = 8-9. Este o enzimă nespecifică care catalizează hidroliza multor esteri de fosfat și este prezentă în plasmă sub formă de izoenzime. Principala sursă de fosfatază alcalină la animalele tinere în creștere este țesutul osos. Activitatea fosfatazei alcaline este semnificativ crescută în bolile ficatului și oaselor, în special în osteomalacie. Rolul principal al fosfatazei alcaline este probabil asociat cu depunerea fosfaților de calciu în țesutul osos. S-a stabilit o creștere a activității fosfatazei alcaline în serul sanguin în neoplasmele osoase.

Colinesteraza este o enzimă implicată în transmiterea unui impuls nervos, hidroliza acetilcolinei în acetat și colină. Colinesteraza serică include două tipuri de colinesteraze corporale, al căror substrat principal este acetilcolina. Acetilcolinesteraza (AChE), care hidrolizează acetilcolina în sinapse, se numește acetilcolinesterază adevărată. Este prezent în ficat, eritrocite și doar o cantitate mică este localizată în plasmă. Colinesteraza plasmatica este o pseudocolinesteraza, hidrolizeaza butirilcolina de 4 ori mai repede decat acetilcolina. Această enzimă se găsește și în ficat, pancreas și mucoasa intestinală. Sinteza AChE în serul sanguin are loc în ficat și, prin urmare, în patologia acestui organ, se observă o scădere a activității enzimei.

Inhibitorii ireversibili ai AChE sunt compuși organofosforici toxici (OP). Astfel, insecticidele FOS (clorofos, fosfamidă, karbofos, octametil) leagă selectiv centrii activi ai moleculei AChE și blochează astfel activitatea acesteia. Datorită lipotropiei ridicate a FOS, acestea sunt capabile să pătrundă în corpul unui animal prin pielea intacte și membranele mucoase. În caz de otrăvire cu FOS, se remarcă anxietatea animalului, un sentiment de frică, agitație, convulsii, care se dezvoltă pe fondul crizelor de astm și tuse din cauza bronhospasmului. În acest caz, modificările ochilor sunt caracteristice: pupila se îngustează brusc, începe lacrimarea și acomodarea este perturbată. Cel mai adesea, cauza directă a morții unui animal otrăvit cu FOS este paralizia centrului respirator.

Amilaza este produsă de glandele salivare și în cantități mari de pancreas. Amilaza are un efect specific asupra legăturilor c-1,4-glucozidice ale polizaharidelor. O creștere a activității amilazei serice indică dezvoltarea pancreatitei acute. O creștere moderată a activității enzimatice este observată cu inflamația glandelor salivare.