Слайд 1 Медицинская ферментология
Презентация лекции по программе
03.01.04 Биохимия
основной профессиональной образовательной
программы послевузовского профессионального
образования
Лекция подготовлена
д.м.н., профессором
Хасиной М,
Кафедра общей и биологической химии
Слайд 2Медицинская ферментология (энзимология)
Существуют тысячи болезней,
а здоровье бывает только одно
Л.Бернс
Разделы:
Ферментодиагностика
Ферментопатология
Ферментотерапия
Слайд 3ФЕРМЕНТЫ – ПРОСТЫЕ БЕЛКИ
СОСТОЯТ ТОЛЬКО ИЗ
ПОЛИПЕПТИДНЫХ ЦЕПЕЙ
ГИДРОЛИЗУЮТСЯ ДО АМИНОКИСЛОТ
ПЕПСИН, ТРИПСИН,
УРЕАЗА
Слайд 4ФЕРМЕНТЫ – СЛОЖНЫЕ Б Е Л К И
Ионы металлов -
Ca2+,
Zn2+, Fe2+, Mg2+,
Mn2+,+, Cl-
Коферменты –
органические молекулы, производные
витаминов
НАД, НАДН, ФАД, ФМН,
перидоксальфосфат
и др.
Стабилизация третичной/четвертичной
структуры ферментов
Связывание ферментов с субстратом
Ферментативный катализ
Ферментативный катализ (перенос
электронов, ионов водорода, СО2,
Химических групп: амино, ацильных
и др.)
БЕЛОК + КОФАКТОР (ПРОСТЕТИЧЕСКАЯ ГРУППА)
Слайд 5Нейлоновая модель РНК-полимеразы
Слайд 6Каталитическая активность
Способность фермента превращать в продукт
определенное количество молекул субстрата
в единицу
времени, оставаясь неизменным
Ферменты могут осуществлять
от 1 до 106 циклов превращений
субстрата
в секунду
1 моль трипсина 100 цикл/сек, глюкозоксидаза –
17 000 цикл/сек, карбоангидраза – 600 000 цикл/сек
Слайд 7ИНГИБИТОРЫ ФЕРМЕНТОВ
Соединения, которые снижают каталитическую
активность ферментов
И н г и б
и р о в а н и е
обратимое
необратимое
активность фермента
восстанавливается
активность фермента
не
восстанавливается
Слайд 8ИНГИБИТОРЫ ФЕРМЕНТОВ
КОНКУРЕНТНЫЕ
НЕКОНКУРЕНТНЫЕ
СВЯЗЫВАЕТСЯ С АКТИВНЫМ
ЦЕНТРОМ ФЕРМЕНТА
↓ СКОРОСТЬ КАТАЛИЗА, СНИЖАЯ
ДОЛЮ МОЛЕКУЛ ФЕРМЕНТА,
СВЯЗЫВАЮЩИХ
СУБСТРАТ
СВОЙ УЧАСТОК СВЯЗЫВАНИЯ
НА МОЛЕКУЛЕ ФЕРМЕНТА
↓ СКОРОСТЬ КАТАЛИЗА, ИЗМЕНЯЯ
СТРУКТУРУ АКТИВНОГО
ЦЕНТРА
ФЕРМЕНТА
Слайд 9Международная единица активности
МЕ - КОЛИЧЕСТВО ФЕРМЕНТА, КОТОРОЕ КАТАЛИЗИРУЕТ
ПРЕВРАЩЕНИЕ 1 МКМОЛЯ
СУБСТРАТА ИЛИ ПОЛУЧЕНИЕ 1 МКМОЛЯ
ПРОДУКТА В МИНУТУ В СТАНДАРТНЫХ ОПТИМАЛЬНЫХ
УСОВИЯХ
Единица активности в системе СИ – катал (кат.) –
количество фермента, которое катализирует
превращение 1 моля субстрата или получение
1 моля продукта в секунду
1 кат. = 6 · 107 МЕ 1 МЕ = 16.67 · 10-9 кат.
Слайд 10Значение ферментов
Каталитическая функция
Регуляторная функция
Ферменты обладают высокой эффективностью, экономичностью,
рациональностью, ювелирной точностью результатов работы в микропространстве клеток.
Защитная функция
-обезвреживание эндотоксинов и ксенобиотиков. Область исследования - ксенобиохимия
Слайд 11Ферменты участвуют во всех биологических процессах
Нарушение метаболизма, вызванное заболеванием, приводит
к изменению концентрации соответствующих ферментов в биологических жидкостях
Определение активности ферментов
в сыворотке
крови и моче является незаменимым орудием
в диагностике и мониторинге целого
ряда заболеваний
Слайд 12Значение энзимодиагностики
Известно около 20 тестов, основанных на количественном определении активности
ферментов (и изоферментов), главным образом в крови (реже в моче),
а также в биоптатах. В практическом плане энзимологические тесты должны помогать в ранней постановке и дифференциации диагноза, информировать о возможном исходе болезни.
Слайд 13Энзимодиагностика
постановка диагноза заболевания (или синдрома) на основе определения активности ферментов
в биологических жидкостях человека
В особую группу выделяются иммуноферментные диагностические
методы, состоящие в применении антител, химически связанных с каким-либо ферментом, для определения в жидкостях веществ, образующих с данными антителами комплексы антиген — антитело.
Слайд 14
Диагностическая энзимология достигла огромных
успехов , помогая врачу не только в постановке правильного диагноза
и выяснения степени тяжести болезни, но и в определении правильности избранного метода лечения
Слайд 15Изменение количества фермента в крови
Гиперферментемия
-
нарушение проницаемости клеточных мембран (пример - воспалительный процесс)
- лизис клеток (цитолиз) при действии разных факторов (токсины, гипоксия, недостаток АТФ и др.)
- клеточная пролифирация (опухоль)
Слайд 16Изменение количества ферментов
Гипоферментемия
- генетически обусловленная (первичная)
- нарушение синтеза фермента (вторичная)
- нарушение функций органа, синтезирующего фермент (например, печень)
Дисферментемия -нарушение соотношения ферментов (АЛТ и АСТ)
Слайд 17Разделение ферментов по месту синтеза и выполнения функции
Секреционные
Индикаторные
Экскреционные
Оценка ферментативных соотношений в
сыворотке с позиции данной классификации используется для диагностики и дифференциальной диагностики патологии органов и тканей.
Слайд 18СЕКРЕционНЫЕ ферменты
Ферменты, синтезируемые клетками органов и тканей, поступающие
в кровь, где и выполняют свои специфические функции
(ферменты свертывающей системы
крови, холинэстераза)
При патологии в органах и тканях синтез этих ферментов нарушается и уровень в сыворотке крови снижается (пример, снижение активности холинэстеразы при заболеваниях печени печени)
Слайд 19Клеточные (индикаторные) ферменты
Ферменты, синтезируемые клетками органов и тканей и
выполняющие функции в этих клетках (АЛТ, АСТ, ГЛДГ и др).
Количество их в крови зависит от
внутриклеточной локализации фермента
проницаемости клеточных мембран
усиления клеточной пролифирации
наличия и степени цитолиза клеток
ПРИ ПАТОЛОГИИ УРОВЕНЬ ЭТИХ ФЕРМЕНТОВ В СЫВОРОТКЕ КРОВИ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ (ПРИМЕР, ПЕЧЕНЬ)
Слайд 20Экскреционные ферменты
Ферменты, синтезирующиеся клетками желез ЖКТ, или, в
частности, клетками внутри- и внепеченочных желчных протоков (ЩФ, ГГТ, ЛАП)
При патологии (например, холестазе) уровень этих ферментов в сыворотке крови повышается.
Оценка ферментативных соотношений в сыворотке с позиции данной классификации используется для диагностики и дифференциальной диагностики патологии органов и тканей.
Слайд 21
Принципы изменения концентрации
различных видов ферментов
I – секреционные ферменты (холинэстераза)
II,III
– индикаторные ферменты (аминотрансферазы,сорбитдегидрогеназа)
IV – экскреционные ферменты (щелочная фосфатаза)
Слайд 22Диагностическая ценность ферментных исследований
Диагностическая ценность ферментных проб неоспорима.
но несколько снижается (интерференция показателей) в связи с отсутствием
специфичности сдвигов
ферментативной активности
органной принадлежности ферментов
На ферментативную активность оказывает
влияние физиологическое состояние, физическая активность, возраст, травма, прием лекарственных препаратов
Слайд 23Подходы к увеличению информативности
исследования ферментов в диагностике
Органная специфичность
Органоидная специфичность
Создание ферментных
спектров, характерных для определенной патологии
Исследование изоферментов
Расчет ферментных коэффициентов
Создание ферментной карты,
учитывающей биологические и патологические вариации ферментативной активности
Комплексное исследование с применением расчетных алгоритмов
Слайд 24Органная специфичность
Кардио – специфические ( КФК)
Печеночно – специфические (АЛТ, ГГТ,
гистидаза)
Ферменты костной ткани (ЩФ)
Слайд 25АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТОВ В НЕКОТОРЫХ ТКАНЯХ ЧЕЛОВЕКА
(МИКРОМОЛЬ СУБСТРАТА/ МИН/ Г
СЫРОЙ МАССЫ ТКАНЕЙ)
Слайд 26Активность ферментов в тканях по отношению к активности в сыворотке
Х50000
Х20000
Х6000
Х2000
Х1500
Х1000
Х500
Х50
Слайд 27Органоидная специфичность ферментов
- Локализация ферментов
в определенных
компарментах клетки
Определение активности ферментов и оценка результата в соответствии с локализацией ферментов в клетке имеет значение в диагностике:
- мембранные (аденилатциклаза)
- цитозольные (АЛТ)
- лизосомальные
- митохондриальные (АСТ)
Слайд 28Примеры различной локализация ферментов в клетке
Клеточная мембрана
кислая фосфатаза,
5’-нуклеотидаза,
гамма-глутамилтрансфераза
(ГГТ)
Цитоплазма
аланинаминотрансфераза (АлАТ),
аспартатаминотрансфераза (АсАТ),
лактатдегидрогеназа (ЛДГ),
креатинкиназа (КК)
Митохондрии
АсАТ
КФК
глутаматдегидрогеназа (ГДГ)
Лизосомы
Щелочная фосфатаза (ЩФ)
Слайд 29Относительное повышение активности ферментов в сыворотке как маркер степени клеточного
повреждения
Слайд 30Создание ферментного спектра патологии
ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ АКТИВНОСТИ
ФЕРМЕНТОВ В СЫВОРОТКЕ ПРИ ОСТРОЙ ЗАГРУДИННОЙ ИЛИ АБДОМИНАЛЬНОЙ БОЛИ
Множественные формы энзиматически-активных белков, кодируемые самостоятельным геном, находящиеся не только в отдельных органах одного и того же организма, но и в различных частях одной и той же клетки.
Изоферменты имеют идентичную каталитическую активность, но отличаются рядом физико-химических свойств, поведением в электрическом поле, неодинаковой степенью воздействия ингибиторов.
Слайд 33РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОФЕРМЕНТОВ ЛДГ
В РАЗЛИЧНЫХ ТКАНЯХ ЧЕЛОВЕКА (%)
Слайд 34 Изменения в индикаторах с момента возникновения инфаркта миокарда
Слайд 35
Расчет ферментных коэффициентов
Слайд 37Диагностическая карта ферментной активности
Слайд 38ЩЕЛОЧНАЯ ФОСФОТАЗА
биологические вариации
~ 500% дети 9-14 лет
~250% беременость
~70% антиэпилептики
~50% антикоагулянты
~25%
менопауза
~20% антидиабетики
Группы крови:
~10% антигипертензивные ср-ва
~10% анальгетики
~10% избыток веса
~10% оральные контрацептивы
~10%
липидоснижающие средства типа клофибрата
дети 13-15 лет ~450%
6-9 лет ~450%
Антиэпилептии ~25%
0 и В/А ~10%
Антидепресанты
Возраст 50-60 лет ~10%
От ~5% до ~20%
Анальгетики ~5%
Липидосодержащие средства типа клофибрата ~10%
Референтный интервал
110
90
40
35
Референтный интервал
Ед/л
Слайд 39ЩЕЛОЧНАЯ ФОСФОТАЗА
аналитическая вариация
пороги решений
500
У детей- любое
превышение
этой величены требует
изучения обмена в костях и
функции печени
120
Требует верифекации
биологических или
медицинских вариаций
60
Велечина в пределах
Референтного интервала
Позволяет исключить факторы
биологической и
патологической вариации
Патологические вариации
обструктивная желтуха
Токсический гепатит
Гепатит педжета
Задержка плаценты
Опухоли печени
Остеобластические метастазы
Вторичнве поражения печени
Пиелонефриты
Гипертиреоидизм
Цирроз
Гиперпаратиреоидизм
Остемаляция
Вирусный гепатит
Недостаток витамина Д
Хронический гепатит
Остеолитические метастазы
Референтный интервал
110
90
40
35
Референтный интервал
Слайд 40Интерференция ферментов
При оценке уровня изменения
ферментного показателя следует учитывать факторы, которые могут исказить истинную
картину
Процедура взятия и транспортировки материала
Хранение исследуемого материала
Период полураспада фермента
Влияние проводимой терапии
Слайд 42Фибротесты
В 2007 ФиброТест признан Миздравом Франции как альтернативный биопсии печени,
затем одновременно тест внедрен во многих странах мира, в том
числе России (Инвитро)
Слайд 43Фибротесты
Новые уникальные, неинвазивные тесты для диагностики:
- стадий
фиброза печени, стеатоза, стеатогепатита
- активности некровоспалительного процесса
в печени
Тесты характеризуются различной чувствительностью, специфичностью, информативностью, диагностической ценностью
Альтернатива биопсии печени
Слайд 44Биомаркеры для фибротестов
Разнообразие тестов определяется сочетанием следующих основных биомаркеров:
- количество тромбоцитов
- активность ферментов АСТ, АЛТ, ЩФ, ГГТП,
- протромбиновое время
- аполипопротеин А-1
- холестерин
- альбумин
- альфа-2-макроглобулин
Слайд 45Технология
Определение биомаркера в сыворотке крови, каждый из которых является индикатором
гепатита, принятыми методами
Использование математических формул, которые для получения результата теста
независимо проверяют каждый параметр
Алгоритм включает переменные возраста, веса, роста и пола
Слайд 46Наиболее принятые комплексные тесты
ФиброТест ( ФиброТест, АктиТест)
ФиброМакс (ФиброТест,
СтеатоТест,
АктиТес,АшТест, НешТест)
Слайд 47Фибро Тест и Фибро Макс
ФиброТест ФиброМакс
Альфа-2-макроглобулин + +
Гаптоглобин + +
Аполипопротеин А-1 + +
ГГТ + +
Общий билирубин + +
АЛТ + +
АСТ +
Глюкоза +
Триглицериды +
Общий холестерин +
Слайд 48Область применения фибротестов
Хронический гепатит С
Хронический гепатит В
Хронический гепатит С или
В с коинфекцией ВИЧ
Алкогольное заболевание печени (стеатоз, стеатогепатит)
Стеатоз и неалкогольный
стеатогепатит (диабет,
избыточный вес, гипертриглицеридемия, гиперхолестеринемия, повышенное АД)
Некровирусная активность
Слайд 49Ферментопатология
Из более чем двух
тысяч наследственных болезней человека молекулярный механизм развития выяснен только у
двух - трех десятков. Чаще всего развитие болезни непосредственно связано
с наследственной недостаточностью или полным отсутствием синтеза единственного фермента в организме человека.
Слайд 50Ферментопатология -мукополисахаридоз
Слайд 51ФЕРМЕНТОпатология
Первичные (наследственные, классические) ферментопатии
Патогенез I
Накопление субстрата
Образование необычных метаболитов
Интоксикация субстратом
или метаболитами и нарушение функции органов и систем
Слайд 52Механизмы развития молекулярных болезней
S
P
фермент
Ферментопатии
Накопление субстрата
(галактоземия, гликогенозы)
Уменьшение продукта
(агликогенозы)
Протеинопатии
Серповидно-клеточная анемия,
Первичные иммунодефициты
Б
F
Слайд 53
Патогенез II
уменьшение продуктов реакции
нарушение синтеза биологически активных веществ
Перспективы диагностики – генетическое типирование болезней, т.е. расшифровка генетического
кода (предположительная стоимость процедуры к 2014г. -14000 долларов)
Слайд 54Энзимопатология-вторичные энзимопатии
Регуляторные (аллостерические)
Алиментарные (недостаток витаминов, аминокислот)
Токсические (интоксикация, вирусы, тяж. металлы
–тиоловые яды, бактерии)
Метаболические (рН)
Применение ферментов
Ускорение отторжения поврежденных тканей – протеолитические ферменты
Лизирование эксудатов, деполимеризованных
компонентов межклеточного матрикса –лидаза
Улучшение тока межклеточной жидкости –
гиалуронидаза
Возмещение дефицита –пищеварительные и др. ферменты
Слайд 56Энзимотерапия
Применение ингибиторов ферментов
Статины
Ингибиторы АПФ
Ингибиторы
протеолитических ферментов(контрикал)
Слайд 57Системная энзимотерапия
Системная энзимотерапия – кооперативное
терапевтическое воздействие целенаправленно составленных смесей ферментов растительного и животного происхождения.
Оказывая влияние на ключевые патофизиологические и патобиохимические процессы в организме, препараты системной энзимотерапии обладают противовоспалительным, противоотечным, фибринолитическим, иммуномодулирующим действием.
Слайд 58Биотехнологии на службе энзимотерапии
Иммобилизация ферментов
Повышение биодоступности
Пролангирование действия за счет получения
кишечно-растворимых форм и форм, гидролизующихся только во время всасывания
