Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Сам термин «иммобилизованные ферменты» узаконен в 1971 году. Он означает искусственно полученный комплекс фермента с нерастворимым в воде носителем.
При иммобилизации ферментов происходит стабилизация каталитической активности, так как этот процесс препятствует денатурации белков. Иммобилизованный фермент, имеющий ограниченную возможность для конформационных перестроек, быстрее растворимого находит кратчайший путь к функционально активной конформации.
Иммобилизованные ферменты приобретают, помимо стабильности, отдельные свойства, не характерные для их свободного состояния, например, возможность функционировать в неводной среде, более широкие зоны оптимума по температуре и рН.
Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными предшественниками:
· Гетерогенный катализатор легко отделим от реакционной среды, что дает возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.
· Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход продукта.
· Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность (особенно в отношении макромолекулярного субстрата), зависимость каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.
· Можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путем изменения свойств носителя действием физических факторов, таких как свет и звук. Иммобилизовать ферменты можно как путем связывания на нерастворимых носителях, так и путем внутримолекулярной или межмолекулярной сшивки белковых молекул низкомолекулярными бифункциональными соединениями, а также путем присоединения к растворимому полимеру.
Все перечисленное обеспечивает высокую экономичность, эффективность и конкурентоспособность технологий, использующих иммобилизованные ферменты.
Длительность сохранения каталитической активности и ряд свойств ферментов определяются правильностью выбора носителя, метода и условий проведения иммобилизации.
Для получения иммобилизованных ферментов используется ограниченное число как органических, так и неорганических носителей.
К носителям предъявляются следующие требования (Дж.Порат, 1974):
1. Высокая химическая и биологическая стойкость.
2. Высокая химическая прочность.
3. Достаточная проницаемость для фермента и субстратов, пористость, большая удельная поверхность.
4. Возможность получения в виде удобных в технологическом отношении форм (гранул, мембран).
5. Легкая активация.
6. Высокая гидрофильность.
7. Невысокая стоимость.
Классификация носителей для иммобилизованных ферментов:
Органические полимерные носители.
Существующие органические полимерные носители можно разделить на два класса: природные (белковые, полисахаридные и липидные) и синтетические полимерные носители (полиметиленовые, полиамидные и полиэфирные).
Преимущества природных носителей: доступность, полифункциональность и гидрофильность; недостатки: неустойчивость к воздействию микроорганизмов (биодеградируемость) и довольно высокая стоимость.
Белки в качестве носителей обладают рядом достоинств: вместительны, способны к биодеградации, могут применяться в качестве тонкой (толщиной 80 мкм) мембраны. Иммобилизацию ферментов на белковых носителях можно проводить как в отсутствие, так и в присутствии сшивающих агентов.
Белки используются и в фундаментальных биологических исследованиях, и в медицине. К недостаткам белков в качестве носителей относят их высокую иммуногенность (за исключением коллагена и фибрина).
Наиболее часто для иммобилизации используются структурные (кератин, фибрин, коллаген), двигательные (миозин) и транспортные (альбумин) белки.
Из полисахаридов для иммобилизации наиболее часто используют целлюлозу, декстран, агарозу и их производные.
Из природных аминосахаридов в качестве носителей применяют хитин. Хитин химически стоек и имеет хорошо выраженную пористую структуру.
Большинство синтетических полимерных носителей обладают механической прочностью, и возможностью варьирования в широких пределах величины пор. Некоторые синтетические полимеры могут быть произведены в различных физических формах (трубы, волокна, гранулы). К ним относятся полимеры на основе стирола, акриловой кислоты, поливинилового спирта; полиамидные и полиуретановые полимеры. Полимеры на основе стирола применяются сорбционной иммобилизации.
Существенным недостатком большинства полимерных носителей является их способность накапливаться в организме. В этом отношении предпочтение отдается природным полимерам, которые гидролизуются ферментами. Поэтому в состав лекарственных препаратов часто входит декстран, а из синтетических носителей - полимеры на основе N-винилпирролидона, способных медленно распадаться в организме. Кроме того, они биологически инертны, что особенно важно при использовании в медицинских целях.
В настоящее время ведутся эксперименты по созданию синтетических полимеров, расщепляющихся с образованием нетоксичных продуктов обмена.
Носители неорганической природы.
В качестве носителей наиболее часто применяют материалы из стекла, глины, керамики, графитовой сажи, силикагеля, а также силохромы, оксиды металлов. Их можно подвергать химической модификации, для чего носители покрывают пленкой оксидов алюминия, титана, циркония или обрабатывают органическими полимерами.
Основное преимущество неорганических носителей – легкость регенерации. Подобно синтетическим полимерам неорганическим носителям можно придать любую форму и получать их с любой степенью пористости.
Методы иммобилизации ферментов
Существуют два принципиально различных метода иммобилизации ферментов: физические (без возникновения ковалентных связей между ферментом и носителем), химические (с образованием ковалентной связи между ними).
В медицине иммобилизованные ферменты открыли путь к созданию лекарственных препаратов пролонгированного действия со сниженной токсичностью и аллергенностью. Иммобилизационные подходы способствуют решению проблемы направленного транспорта лекарств в организме, особенно в тех случаях, когда необходимо локальное воздействие.
Кроме того, биокатализаторы широко используются в различных аппаратах для перфузионной очистки различных биологических жидкостей.
Возможности и перспективы использования в медицине ферментов в иммобилизованном состоянии гораздо шире, чем достигнутые на сегодняшний день, именно на этом пути медицину ждет создание новых высокоэффективных методов лечения.
РОЛЬ КАЛЬЦИЯ И КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХФЕРМЕНТОВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА
А.М. Киселёва, 3 курс
Научный руководитель-к. б. н., доц. Е . И . Шостак
Кафедрафармацевтическойхимии
Оренбургский государственный медицинский университет
THE ROLE OF CALCIUM AND CALCIUM-CONTAINING ENZYMES IN THE HUMAN BODY
A. M. Kiselyova, 3 course
Supervisor –Candidate of Biological Sciences, Assistant Professor E.I. Shostak
Department of pharmaceutical chemistry
The Orenburg State Medical University
Аннотация: Кальций и кальцийсодержащий фермент - кальпаин грают важную роль в жизни человека. Кальпаин - член широкого семейства цитозольных Са2+-активируемых цистеиновых протеаз. Она разрезает множество внутриклеточных белков, модифицируя их функции.
Ключевые слова: кальций, микроэлемент, протеаза, кальпаин.
Abstract: Calcium and calcium-containing enzyme-calpain you play an important role in human life. Calpain is a member of a wide family of cytosolic Ca2+-activated cysteine proteases. It cuts through many intracellular proteins, modifying their functions.
Key words: calcium, trace element, protease, calpain.
Кальций–один из важнейших макроэлементов организма человека, участвующих в построении тканей и обмене веществ. Элемент занимает пятое место в списке всех минералов, имеющихся в организме, составляя около 2 % веса человека.
Биологическая роль кальция. Прежде всего, кальций является важнейшим структурным компонентом костей и зубов. Кальций регулирует проницаемость клеточных мембран, инициирует ответы клеток на различные внешние стимулы. Присутствие кальция в клетки или во внеклеточной среде обуславливает дифференцировку клетки, а также сокращение мышц, секрецию и перистальтику. Кальций регулирует активность многих ферментов (включая ферменты систем свертывания крови) и работу некоторых эндокринных желез, обладая десенсибилизирующим и противовоспалительным эффектом.
Основные функции кальция в организме: структурный компонент костей и зубов, участвует в мышечных сокращениях, регулирует проницаемость клеточных мембран, участвует проводимости сигнала по нервным клеткам, регулирует сердечную деятельность, участвует в свертывании крови.
Пищевые источники кальция. Во многих продуктах питания растительного происхождения кальций содержится в виде труднорастворимых соединений (фосфатов, карбонатов, оксалатов), что обуславливает его плохое усвоение из них. Наиболее важным источником кальция является молоко (120мг/100г) и продукты (особенно следует выделить сыр – содержит около 1000мг/100г. Среди растительных продуктов кальцием наиболее богаты ламинария, орехи и семена, как миндаль, лесной орех, кунжут, фисташки, фасоль, инжир, брюква, капуста брокколи, капуста, хрен, петрушка,лук, курага,яблокии др. Суточная потребность в кальции: 1000 мг у мужчин и 1200 мг у женщин.
Кальцийсодержащие ферменты
Кальпаин - член широкого семейства цитозольных Са2+-активируемых цистеиновых протеаз. Она разрезает множество внутриклеточных белков, модифицируя их функции. Она участвует в нейродегенеративных процессах и апоптозе. Она также разрушает белки цитоскелета и другие примембранные белки. Действие этой нейтральной протеазы практически необратимо, что является одной из причин опасности длительного повышения уровня Са2+ в цитозоле. Для большей надежности кальпаин контролируется кальпастином, который не только ингибирует его активность, но также предотвращает его связывание с мембранами.
Кальпаины принадлежат к семейству цитоплазматических кальцийзависимыхпротеиназ с папаиноподобной активностью, которые принимают участие в разнообразных процессах в организме: возрастных изменениях, при функционировании эндотелия и легочной системы, регуляции апоптоза и некроза, развитии различных гипометаболических состояний, артериальной гипертензии, диабете, хронической болезни почек и опухолевом росте.
Сделан вывод, что кальпаины с помощью ограниченного протеолиза своих субстратов играют важную роль в реализации широкого спектра биологических явлений. Их функционирование связано с ответом на кальцийзависимую сигнализацию и с эффектами старения. Угнетение активности кальпаинов способствует торможению развития дисфункции эндотелия, сердечно-сосудистых осложнений, формированию структурных и функциональных изменений в почечных тканях, имеет нейропротекторный эффект, предотвращает саркопению, ослабляет воспалительные реакции, вызванные гипервентиляцией легких.
Необходимо отметить Са2+ КМ-чувствительную аденилатциклазу( Аденилатциклазы типа AC-I , AC-III и AC-VIII(c) активируются комплексом Са2+и ингибируются b-гамма-субъединицами) и Са2+КМ-чувствительные фосфодиэстеразы.
Регуляторная субъединица фосфатазыкальцинеурин Всвязывает Са2+ с высоким сродством, но для активации фосфатазной активности еще требуется Са2+-КМ в качестве регуляторной субъединицы.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что кальцийсодержащие ферменты, такие как кальпаин принимают участия о многих в нейродегенеративных процессах, а также в возрастных изменениях, при функционировании эндотелия и легочной системы, регуляции апоптоза.
БИОСОВМЕСТИМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРМЕНТ-СОДЕРЖАЩИХ НАДМОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ФАРМАЦИИ
Ю.С. Кондрашова, 2 курс
Научный руководитель - ст. препод. Н . В . Винокурова
Кафедра фармацевтической химии
Оренбургский государственный медицинский университет
BIOCOMPATIBLE MATERIALS FOR PRODUCING ENZYME-CONTAINING SUPRAMOLECULAR SYSTEMS USED IN PHARMACY
Y.S. Kondrashova, 2 course
Supervisor – st. lectures N.V. Vinokurova
Department of pharmaceutical chemistry
The Orenburg State Medical University
Аннотация. Использование биосовместимых материалов для получения фермент-содержащих систем в фармации является актуальной областью для рассмотрения и изучения на сегодняшний день. При получении фермент-содержащих мультимолекулярных систем, в качестве носителей наиболее широко используются природные материалы.
Ключевые слова: Мультиферментные системы, альгинаты, пектин, аравийская камедь, хитозан, липидные носители, липосомы, биомембраны, холестерол, вязкотропная регуляция.
Annotation. The use of biocompatible materials for the production of enzyme-containing systems in pharmacy is a relevant area for consideration and study today. In the preparation of enzyme-containing multimolecular systems, natural materials are most widely used as carriers.
Key words: Multi-enzyme systems, alginate, pectin, gum Arabic, chitosan, lipid carriers, liposomes, biomembranes, cholesterol, maskatron regulation.
Мультимолекулярные (надмолекулярные)ферментные системы— комплексы, состоящие изразличных по строению ферментов, катализирующихпоследовательные ступени превращения определенного субстрата. Их особенностями является прочность ассоциации ферментов и определенная последовательность прохождения промежуточных стадийво времени, определяемая порядком расположенияферментов в пространстве. Молекулярная масса таких комплексов колеблется от 2,3 × 106 до 10 × 106. Образование подобных систем резко сокращает расстояния, на которые перемещаются молекулысубстратов. Мультимолекулярные ферментные системы могут быть структурно связанными с какой-либоорганеллой (рибосомой, митохондрией) или с биомембраной. К мультиферментным системам относятсяпируватдегидрогеназный и α-кетоглутарат дегидрогеназный комплексы.
Среди основных требований, предъявляемых к фермент-содержащим надмолекулярных системам, предназначенным для применения в фармации, отметим следующие:
1. Возможность синтезировать требуемые системы в мягких условиях;
2. Возможность контролировать свойства синтезируемых систем (структуры, размера, гидродинамических свойств, прочности);
3. Возможность включения целевых биомолекул в мягких условиях;
4. Возможность придавать системам желаемые функциональные свойства (например, флуоресцентные или магнитные) путем включения в микро- (нано)капсулы или на их поверхность соответствующих компонентов (например, квантовых точек);
5. Биосовместимость и биодеградируемость материалов;
6. Стабильность.
Целью работы, является изучение биосовместимые материалов для получения фермент-содержащих надмолекулярных систем, применяемых в фармации.
Методом исследования является анализ научной литературы по данной теме.
Результаты исследования: Материалы, используемые в качестве носителей при иммобилизации биокатализаторов, чрезвычайно разнообразны. Это могут быть частицы на основе силикагеля, гидрооксида титана, циркония, железа и др., полимерные синтетические и природные материалы. Для синтеза оболочек при инкапсулировании биокатализаторов часто используются полиэлектролиты и полиэлектролитные пары поликатион-полианион. Химическая природа, молекулярный вес и структура полиэлектролитов, входящих в состав оболочки капсул определяют свойства синтезируемых капсул, структуру, размер, проницаемость, прочность и др.
Синтетические полимеры обладают рядом преимуществ:
1. Четко контролируемые свойства
2. Высокая стабильность
3. Химическая инертность
Тем не менее, при получении фермент-содержащих надмолекулярных систем, предназначенных для применения в фармации, в качестве носителей наиболее широко используются природные материалы:
1. Альгинаты, соли альгиновой кислоты, широко используется для получения микро- и нанокапсул многих биоактивных молекул, ферментов, вакцин, инсулина и цитокинов. Альгинат образует гели с высокой степенью гидратации (высоким содержанием воды), высокой прочности, но относительно мягкой консистенции, что делает гидродинамические свойства геля близки по своим характеристикам к природным тканям. Гель на основе альгината образуется в мягких условиях при комнатной температуре без добавления органических растворителей, гель биодеградируем в физиологических условиях. Уникальные свойства альгината делают его одним из основных белковых носителей для доставки лекарств в организме.
2. Пектин. Среди природных полисахаридов, содержащих отрицательно заряженные группы, помимо альгината, широко распространенным является пектин, который используется в качестве гелеобразующего и влагоудерживающего агента, а также в качестве загустителя в пищевой и фармацевтической промышленности. Взаимодействие пектина с белками лежит в основе его многочисленных практических применениях, в основном для гелеобразования и стабилизации пен и эмульсий в производстве лекарственных средств, пищевых добавок и в пищевой промышленности. Классическим примером является использование пектина для стабилизации казеин-содержащих мицелл в кисломолочных напитках. Благодаря электростатическому взаимодействию отрицательно заряженных групп пектина с положительно заряженными аминогруппами казеина, молекулы пектина адсорбируются на казеиновых мицеллах, тем самым, предотвращая агрегацию в кислых средах.
3. Аравийская камедь. Аравийская камедь - натуральный гидроколлоидный полисахарид. В ее состав входят арабин (кальциевые, калиевые, магниевые соли арабиновой кислоты), глюкуроновая кислота, гиалуроновая кислота, ксилоза, галактоза растворяется в воде с образованием геля. Гуммиарабик отборный, белый, Gummi arabicumelectum, albissimum, употребляется в медицине как средство для похудения, замедляет прохождение пищи по кишечнику, уменьшает всасывание холестерина и жиров, лекарства на основе аравийской камеди обладают смягчающим, болеутоляющим, заживляющим действием. Аравийская камедь - противоожоговое средство для кожи, слизистыхдыхательных путей и ЖКТ. Может использоваться как основное лекарственное средство,а также как компонент для инкапсулирования и доставки лекарств.
4. Хитозан. Одним из наиболее распространенных и широко используемым аминополисахаридом является хитозан. Некоторые N – ацилпроизводные хитозана – хорошие гелеобразователи; при ацилирование хитозана производными дикарбоновых кислот получают поперечносшитые гели, удобные для получения ферментсодержащих систем. На примере ряда ферментов: липазы, целлюлазы, щелочной протеазы, L–аспарагиназы и др. было установлено, что в результате их иммобилизации на хитозане существенно увеличивается термостабильность ферментов. В ряде случаев наблюдается увеличение каталитической активности ферментов. Ферменты могут быть иммобилизованы на хитозане, используя как амино- так и гидроксильные группы, такую иммобилизацию называют “двойной иммобилизацией”. Сначала образуется связь между аминогруппой и глутаровым альдегидом, а затем междугидроксильной группой и карбодиимидом. “Двойная иммобилизация” приводит к дополнительной стабилизации фермента.
5. Липидные носители. Липосомы находят широкое применение в качестве наноносителей для ферментов и лекарственных препаратов, что обусловлено главным образом близостью свойств липидных носителей и природных биомембран.
По своей природе входящие в состав биологических мембран липиды можно разделить на три класса: фосфолипиды, гликолипиды и нейтральные липиды, основным представителем которых является холестерол.
Фосфолипиды составляют значительную часть липидов биомембран. Температура фазовых переходов таких липидов в биомембранах лежит значительно ниже температуры организма, что необходимо для осуществления в мембранах быстропротекающих процессов.
Фазовые переходы в мембранах играют важную роль в протекании не только транспортных процессов, но и функционировании мембранных ферментов и ферментных комплексов. Здесь идет речь о регуляции ферментативной активности при фазовом переходе, т.н. вязкотропной регуляции. Механизм вязкотропной регуляции рассматривает в качестве регулирующего фактора не только фазовое состояние, но и плотность упаковки липидов в мембране, которая определяется насыщенностью и длинной углеводородной цепи. Фосфолипидным составом определяется также проницаемость мембран.
Преимущество природных соединений перед синтетическими полимерами в том, что онибиосовместимы, нетоксичны и биодеградируемы в физиологических условиях.
Вывод: Таким образом, можно сделать вывод, что биосовместимые материалы для получения фермент-содержащих надмолекулярных систем, применяемых в фармации, изготавливаются из природных материалов, а не из синтетических.
ИММОБИЛИЗОВАННЫЕ ФЕРМЕНТЫ
М.Ю. Кравчук, Е.В. Биктеева, 2 курс
Научный руководитель – к.б.н., доц. Л.В. Гирина
Кафедра биологической химии
Оренбургский государственный медицинский университет
IMMOBILIZEDENZYMES
M.YKravchuk, E.V. Bikteeva, 2 course
Supervisor – CandidateofBiologicalSciences, AssistantProfessorL.V. Girina
DepartmentofBiochemistry
TheOrenburgStateMedicalUniversity
Ферменты (от лат. fermentum – закваска), энзимы, специфические белковые катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Почти все биохимические реакции, протекающие в любом организме и в своём закономерном сочетании составляющие его обмен веществ, катализируются соответствующими ферментами. Направляя и регулируя обмен веществ, ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности.
Ключевые слова: ферменты, клетки, обмен веществ, технологии.
Enzymes (from lat. fermentum-ferment), enzymes, specific protein catalysts present in all living cells. Almost all biochemical reactions occurring in any organism and in its natural combination of components of its metabolism, catalyzed by the corresponding enzymes. Directing and regulating metabolism, enzymes play an important role in all processes of life.
Key words: enzymes, cells, metabolism, technologies.
Долгое время в различных пищевых технологиях применялись препараты свободных ферментов, сроки использования которых - один производственный цикл. Однако достижения молекулярной биологии, биохимии привели к тому, что в настоящее время строение и функции многих ферментов изучены очень детально и это позволило создать теоретическую базу для производства иммобилизованных ферментов, т. е. фиксированных или связанных ферментных препаратов.
Иммобилизация ферментов — прикрепление их в активной форме к нерастворимой (обычно это нерастворимый полимерный носитель) основе или заключение в полупроницаемую мембранную систему
Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными предшественниками
1. Гетерогенный катализатор легко отделим от реакционной среды, что даёт возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.
2. Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость реакции и выход продукта.
3. Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность, зависимость от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.
4. Можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путём изменения свойств носителя действием физических факторов, таких как свет и звук.
Существуют два принципиально различных метода иммобилизации ферментов: без возникновения ковалентных связей между ферментом и носителем (физические методы иммобилизации) и с образованием ковалентной связи между ними (химические методы иммобилизации). Каждый из этих методов осуществляется разными способами.
Физические методы иммобилизации ферментов реализуются посредством адсорбции фермента на нерастворимом носителе, путем включения энзимов в поры поперечносшитого геля, в полупроницаемые структуры или двухфазные системы.
При адсорбционной иммобилизации белковая молекула удерживается на поверхности носителя за счет электростатических, гидрофобных, дисперсионных взаимодействий и водородных связей. Эффективность адсорбции молекулы белка на носителе определяется удельной поверхностью (плотностью центров сорбции) и пористостью носителя.
Способ иммобилизации ферментов путем включения в трехмерную структуру полимерного геля широко распространен благодаря своей простоте и уникальности. Метод применим для иммобилизации не только индивидуальных ферментов, но и мультиэнзимных комплексов и даже интактных клеток.
Иммобилизация ферментов в полупроницаемые структуры. Сущность этого способа иммобилизации заключается в отделении водного раствора фермента от водного раствора субстрата с помощью полупроницаемой мембраны, пропускающей низкомолекулярные молекулы субстратов и кофакторов, но задерживающей большие молекулы фермента.
Ферменты, иммобилизованные путем включения в структуру липосом, используют преимущественно в медицинских и научных целях, ибо значительная часть ферментов в клетке локализована в составе липидного матрикса биологических мембран, поэтому изучение липосом имеет большое значение для понимания закономерностей процессов жизнедеятельности в клетке.
Ковалентно связывание при котором молекула фермента ковалентно связывается с нерастворимым полимером. Полимер может быть в виде порошка или в форме пленки. Иногда молекулы фермента соединяются ковалентными связями друг с другом или с каким-либо инертным белком; при этом образуется нерастворимый, но активный полимерный фермент.
Ферментные препараты широко используют в медицине. Ферменты в медицинской практике находят применение в качестве диагностических (энзимодиагностика) и терапевтических (энзимотерапия) средств.
Использование ферментов в качестве терапевтических средств имеет много ограничений вследствие их высокой иммуногенности. Тем не менее энзимотерапию активно развивают в следующих направлениях:
Заместительная энзимотерапия эффективна при желудочно-кишечных заболеваниях, связанных с недостаточностью секреции пищеварительных соков. Например, пепсин используют при ахилии, гипо- и анацидных гастритах. Дефицит панкреатических ферментов также в значительной степени может быть компенсирован приёмом внутрь препаратов, содержащих основные ферменты поджелудочной железы (фестал, энзистал, мезим-форте и др.).
В качестве дополнительных терапевтических средств ферменты используют при ряде заболеваний. Протеолитические ферменты (трипсин, химотрипсин) применяют при местном воздействии для обработки гнойных ран с целью расщепления белков погибших клеток, для удаления сгустков крови или вязких секретов при воспалительных заболеваниях дыхательных путей. Ферментные препараты стали широко применять при тромбозах и тромбоэмболиях. С этой целью используют препараты фибринолизина, стрептолиазы, стрептодеказы, урокиназы.
Ферментные препараты используют при онкологических заболеваниях. Аспарагиназа, катализирующая реакцию катаболизма аспарагина, нашла применение для лечения лейкозов.
Фестал- данное ферментное средство широко известно. Этот препарат включает в себя панкреатин, экстракт желчи, микроэлемент гемицеллюлазу и натрия хлорид. Благодаря данным активным компонентам, Фестал способствует расщеплению белков, жиров и углеводов, лучшему усвоению пищи и всасыванию продуктов пищеварения через стенки кишечника.
Панкреатин – это основное ферментное средство, которое применяется при нарушениях работы ЖКТ и для улучшения пищеварения. Панкреатин почти не имеет противопоказаний. Назначается в случаях несварения, переедания, при сбоях в работе органов пищеварения. Основа панкреатина — это экстракт секрета, выделяемого поджелудочной железой животных.
Дезоксирибонуклеаза - фермент, деполимеризующий дезоксирибонуклеиновую кислоту, подавляет синтез вирусной ДНК и тем самым задерживает размножение ДНК - содержащих вирусов (вирусы группы герпеса, аденовирусы и др.). Препарат вызывает также разжижение гнойного содержимого абсцессов, эмпиэм, осложненных ран.
Химопсин - ферментный препарат протеолитического действия, расщепляет некротическую ткань, не оказывая действия на живую ткань, вследствие наличия в ней специфических антиферментов. Разжижает вязкие секреты и экссудаты.
Панзиформ - ферментное средство. Содержит панкреатические ферменты - амилазу, липазу и протеазы, которые облегчают переваривание углеводов, жиров и белков, что способствует их более полному всасыванию в тонкой кишке. При заболеваниях поджелудочной железы компенсирует недостаточность ее внешнесекреторной функции и способствует улучшению процесса пищеварения.
Кроме того, ферменты используют в качестве специфических реактивов для определения ряда веществ. Так, глюкозооксидазу применяют для количественного определения глюкозы в моче и крови. Фермент уреазу используют для определения содержания количества мочевины в крови и моче. С помощью различных дегидрогеназ обнаруживают соответствующие субстраты, например, пируват, лактат, этиловый спирт и другое.
ДНК АБЗИМЫ КАК ВОЗМОЖНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ В КЛИНИКЕ АУТОИММУННЫХ И ОПУХОЛЕВЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
К.Е. Кулешов, 2 курс
Научный руководитель – к.б.н., доц. И.В. Карнаухова
Кафедра биологической химии
Оренбургский государственный медицинский университет
DNAABZYMESASPOSSIBLEMOLECULARTOOLSINTHECLINICOFAUTOIMMUNEANDTUMORDISEASES
K . E . Kuleshov , 2 course
Supervisor - CandidateofBiologicalSciences , AssistantProfessorI . V . Karnauhova
Departmentofbiologicalchemistry
TheOrenburgStateMedicalUniversity
Природные каталитические аутоантитела (абзимы), обладающие протеолитической (протабзимы) и ДНК-гидролизующей активностью (ДНК-абзимы) выявляются при аутоиммунной патологии в клинике и в эксперименте. Описана каталитическая активность абзимов у больных с различными формами системной (органонеспецифической) и органоспецифической аутоиммунной патологии, а также возможность их использования для мониторинга активности аутоиммунных заболеваний.
Ключевые слова: ДНК-абзимы, аутоантитела.
Natural catalytic autoantibodies (abzymes) posessing proteolytic (protoabzymes) and DNA-hydrolysing (DNA-abzymes) activities are detectable in clinical and experimental autoimmune disorders. Catalytic activity of abzymes is revealed in the patients with different forms of systemic (nonspecific) and organspecific autoimmune pathology. The opportunity of assaying the abzymes for intensity monitoring of autoimmune disease is also described.
Key words: DNA-abzymes, autoantibodies.
Абзимы (отангл. antibodyenzyme — антитело-фермент) – это природные каталитические аутоантитела, обладающие протеолитической (протабзимы) иДНК-гидролизующейактивностью(ДНК-абзимы), которые могут выявляться при аутоиммунной патологии в клинике и в эксперименте.
Абзимы, как правило, представляют собой искусственные моноклональные антитела. Природные каталитически активные антитела выделены из крови пациентов с различными аутоиммунными (системная красная волчанка, аутоиммунный тиреоидит, рассеянный склероз, астма), инфекционными (вирусными, бактериальными) заболеваниями.
Появление абзимов часто является самым ранним признаком развития аутоиммунных процессов, поэтому тестирование их активности является исключительно перспективным подходом как для ранней диагностики, так и для предсказания обострения хронически текущей болезни и оценки эффективности лечения теми или иными препаратами.
Патогенетическая роль ДНК-абзимов и физиологический смысл их каталитической активности остаются до сих пор невыясненными и требуют фундаментальных исследований, которые могут внести вклад в понимание механизмов развития некоторых форм аутоиммунной и опухолевой патологии, а также найти эффективное применение в клинической диагностике широкого круга заболеваний, сопряженных с аутоиммунными нарушениями. Тем не менее, доказана широкая распространенность ДНК-абзимов при заболеваниях аутоиммунной природы, среди которых особое место занимают системная красная волчанка (СКВ) и ревматоидный артрит (РА).
Установлено, что при СКВ, например, средние уровни каталитической и цитотоксической активности ДНК-абзимов, достоверно коррелируя между собой в достаточно широком диапазоне величин, обнаруживают выраженную зависимость от клинико-иммунологической картины заболевания.
Так, максимальный уровень цитотоксического эффекта ДНК-абзимов отмечен у больных с 3-й степенью активности СКВ, имеющих верхние значения по количественной шкале признаков SLEDAI и выраженную картину иммунопатологических сдвигов. Наоборот, минимальные значения уровня абзимоопосредуемойцитотоксичности обнаружены среди больных с 1-й степенью активности заболевания и стертой картиной иммунопатологии. ДНК-абзимы, полученные из крови больных РА, проявляли в отношении клеток-мишеней заметно меньшую цитотоксичность, а абзимы от больных с системной склеродермией цитотоксических свойств вообще были лишены, что свидетельствовало о доминирующей роли ДНК-абзимов в патогенезе тех групп заболеваний, при которых семейство ДНК-связывающих аутоантител с различными уровнями специфичности и функциональности играет ключевую роль.
Было установлено существование, по меньшей мере, двух различных механизмов реализации цитотоксического потенциала ДНК-абзимов– путем апоптоза и путем прямого цитотоксического эффекта на клетку-мишень, причем характер такого эффекта полностью опровергал сделанное ранее предположение об участии в опосредуемых ДНК-абзимами механизмах цитотоксичности комплемента.
Известно, что апоптотические клетки у больных СКВ и РА - это основные мишени для цитотоксического действия анти-ДНК аутоантител, в связи с чем перекрестно-реагирующие с апоптотическими клетками ДНК-абзимы могут вызывать деградацию этих клеток и, как итог, провоцировать развитие ряда клинических синдромов – в случае кросс-реактивности с эндотелием клубочков и сосудистого русла дермы у больных СКВ – формирование люпус-нефрита и кожного синдрома, а в случае кросс-реактивности с антигенами синовиальной оболочки суставов у больных РА – возникновение суставного синдрома. В пользу первого предположения относительно риска развития нефротического синдрома у больных СКВ, серопозитивных по ДНК-абзимам, свидетельствуют данные о том, что у части таких больных в стадии обострения уровни каталитической и цитотоксической активности ДНК-абзимов, а также их титры снижаются, что коррелирует также с уменьшением сывороточной концентрации ДНК-связывающих аутоантител. Не исключено, что определенная квота из таких «ускользающих» от клинициста ДНК-абзимов формирует в почечных клубочках «депо» ДНК-абзимов, участвующих в индукции апоптоза и, соответственно, запуске нефротического процесса и формировании симптомов люпус-нефрита. Накопленный нами клинический опыт и экспериментальный материал показывают, в частности, что серонегативные в отношении ДНК-абзимов случаи СКВ имеют менее благоприятный прогноз, чем в присутствии таких аутоантител.
Обсуждается возможность использования ДНК-абзимов в качестве молекулярных зондов и диагностических инструментов в практике ведения больных с грибковыми заболеваниями дыхательных путей. Не исключено, что в каталитической активности аутоантител, в частности, ДНК-абзимов запрограммирован, по мнению ряда исследователей, дополнительный энзиматический ресурс, реализация которого связана с особыми условиями метаболизма, например, при формировании аутоиммунного конфликта, на фоне инфекции или в период беременности.
ДНК-гидролизующиеаутоантитела, выделенные из мочи больных миеломой, в отличие от обычных для миеломы аутоантителаБенс-Джонса также цитотоксичны, обнаруживая при этом заметную негативную корреляцию с тяжестью клинической картины заболевания. Высокие уровни каталитической и цитотоксической активности ДНК-абзимов, коррелирующие с тяжестью заболевания и степенью выраженности клинической симптоматики, установлены также для ряда заболеваний лимфопролиферативной природы, протекающих с формированием признаков аутоиммунного конфликта.
Обладая уникальными каталитическими и цитотоксическими свойствами, ДНК-абзимы способны выступать в роли мощного регулятора апоптоза и других механизмов цитотоксичности при системных аутоиммунных и опухолевых заболеваниях, претендуя при этом на роль дополнительного инструмента в диагностике, в частности, СКВ и, возможно, РА. Не исключено, что в ближайшем будущем на основе ДНК-абзимов будут созданы иммунодиагностикумы нового поколения, позволяющие давать количественную оценку абзимоопосредованномуапоптозу и интерпретировать полученные данные в рамках нерешенных клинических задач.
Было показано, что природные ДНК-абзимы, помимо аутоиммунной и опухолевой патологии, встречаются также и у здоровых лиц. Это не удивительно, ибо природные ДНК-связывающие аутоантитела (в том числе, с каталитическими и цитотоксическими свойствами), обнаруживаемые у 1+2% клинически здоровых доноров, могут быть сопряжены с развитием ранних аутоиммунных конфликтов, скрытых от глаз клинициста. Формирование на этом латентном этапе дисбаланса в процессах физиологического апоптоза может стать в дальнейшем одной из причин развития клинической картины заболевания. При этом кандидатами на роль одного из индукторов аутоиммунного процесса могут служить ДНК-абзимы, способные вносить нарушения в изначально сбалансированный уровень физиологического апоптоза или же просто стимулировать деградацию иммуногенной ДНК в составе комплексов с нуклеосомами. Поэтому продемонстрированный ранее факт прямой зависимости степени тяжести и активности СКВ от уровней каталитической и цитотоксической активности ДНК-абзимов не противоречит другим работам, в которых на различных экспериментальных моделях СКВ четко отслежена зависимость аутоиммунного процесса и его клинической картины от степени дисбаланса в механизмах апоптоза.
Таким образом, будучи каталитически активными, ДНК-абзимы, относящиеся к семейству ДНК-связывающих аутоантител, могут играть при заболеваниях аутоиммунной природы весьма существенную роль в регуляции иммунного гомеостаза с одной стороны и представлять практическую ценность при разработке современных методов иммунодиагностики и иммунотерапии.
ОСНОВНЫЕ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИЕ ФЕРМЕНТЫ И СУБСТРАТЫ ОРГАНИЗМА
Л.В. Меркулова, 3 курс
Научный руководитель - к. б. н., доц. Е . И . Шостак
Кафедрафармацевтическойхимии
Оренбургскийгосударственныймедицинскийуниверситет
THEMAINIRON-CONTAININGENZYMESANDSUBSTRATES OF THE ORGANISM
L. V. Merkulova, 3 course
Supervisor -Candidate of Biological Sciences, Assistant Professor E.I. Shostak
Department of pharmaceutical chemistry
The Orenburg State Medical University
Аннотация. Железосодержащиеферменты (Гемоглобин, Миоглобин, Каталаза, Цитохром, Пероксидаза, Ферритин, Гемосидерин) играютважную роль в жизни человека. Основные функции железосодержащих ферментов: транспорт кислорода, транспорт и депонирование кислорода в мышцах, разложение перекиси водорода, тканевое дыхание, окисление веществ с помощью перекиси водорода, транспорт железа, тканевое депонирование железа.
Ключевые слова: железо, гемоглобин, миоглобин, железосодержащие ферменты.
Annotation. Iron containing enzymes (Hemoglobin, Myoglobin, Catalase, Cytochrome, Peroxidase, Ferritin, Hemosiderin) play an important role in human life. The main functions of iron-containing enzymes: transport of oxygen, transport and deposition of oxygen in the muscles, decomposition of hydrogen peroxide, tissue respiration, oxidation of substances with hydrogen peroxide, transport of iron, tissue deposition of iron.
Key words: iron, hemoglobin, myoglobin, iron-containing enzymes.
Железо является одним из самых важных микроэлементов для поддержания комфортной жизнедеятельности организма и протекания в нем различных химических процессов. Основная его часть находится в крови — 60%. Печень, селезенка, мышцы и костный мозг содержат около 20%, оставшиеся 20% уходят на синтез клеточных ферментов. Суточная норма железа различна: женщины – 15-20 мг, мужчины – 10 мг. Во время беременности суточная доля должна составлять30-35 мг. Железо принимает участие в сложных метаболических процессах, происходящих в живом организме.
Соединения железа в клетке обладают характерной только для них функциональной активностью и биологической ролью для организма. В свою очередь их можно подразделить на 4 группы:
1.Гемопротеины, основным структурным элементом которых является гем (гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза и пероксидаза);
2.Железосодержащие ферменты негеминовой группы (сукцинат-де- гидрогеназа, ацетил - коэнзим А - дегидрогеназа, НАДН, -цитохром С-редуктаза и др.);
3.Ферритин и гемосидерин внутренних органов;
4.Железо, рыхло связанное с белками и другими органическими веществами.
Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах, выполняетважную для организма газотранспортную функцию – переноситэкзогенный кислород и эндогенный углекислый газ. Эритроцит поотношению к гемоглобину играет роль буферной системы, способнойрегулировать общую величину газотранспортной функции. Дыхательный пигмент крови - сложный белок, состоящийиз белковой молекулы – глобина и небелковой -гема. Глобин состоит из 2 пар полипептидных цепочек, каждаяиз которых содержит 141-146 аминокислот. Гем, составляющий 4% весамолекулы гемоглобина, содержит железо в центре порфиринового кольца.
Миоглобин- дыхательный белок сердечной искелетной мускулатуры. Он состоит из единственной полипептиднойцепочки, содержащей 153 аминокислоты и соединенный сгемпростетической группой. Основной функцией миоглобинаявляется транспортировка кислорода через клетку и регуляция егосодержания в мышце для осуществления сложных биохимическихпроцессов, лежащих в основе клеточного дыхания. Миоглобин депонирует кислород во времясокращения мышц, а при их поражении он может попадать в кровь ивыделяться с мочой.
Железосодержащие ферменты и негеминовоежелезоклетки находится главным образом в митохондриях. Наиболее изученными и важными для организма ферментамиявляются цитохромы, каталаза и пероксидаза.
В организме человека содержатся следующие цитохромы: а1, аз, в, в5, с, с1, Р450. Они представляют собой липидные комплексыгемопротеинов и прочно связаны с мембраной митохондрии. Однако, цитохромы в5 и Р450 находятся в эндоплазматическом ретикулуме, а микросомы содержат НАДН- цитохром С - редуктазу. Основной биологическойролью большинства цитохромов является участие в переносеэлектронов, лежащих в основе процессов терминального окисления втканях.
Цитохромоксидазаявляется конечным ферментоммитохондриального транспорта электронов –электронотранспортнойцепочки, ответственным за образование АТФ при окислительномфосфолировании в митохондриях.
Каталаза, как и цитохромоксидаза, состоит из единственной полипептиднойцепочки, соединенной с гем - группой. Она является одним из важнейших ферментов, предохраняющихэритроциты от окислительного гемолиза. Каталаза выполняетдвойную функцию в зависимости от концентрации перекисиводорода в клетке. При высокой концентрации перекиси водородафермент катализирует реакцию ее разложения, а при низкой - и вприсутствии донора водорода (метанол, этанол и др.) становитсяпреобладающей пероксидазная активность каталазы.
Пероксидазасодержится преимущественно в лейкоцитах и слизистой тонкогокишечника у человека. Она такжеобладает защитной ролью, предохраняя клетки от их разрушенияперекисными соединениями.
К железосодержащим относятся и флавопротеиновые ферменты, в которых железо не включено в геминовую группу и необходимо только дляреакций переноса. Наиболее изученной является сукцинатдегидрогеназа, которая наиболее активна в цикле трикарбоновых кислот. Митохондриальныемембраны свободно проницаемы для субстрата фермента. Негеминовое железо, локализующееся главнымобразом в митохондриях клетки, играет существенную роль в дыханииклетки, участвуя в окислительном фосфолировании и транспортеэлектронов при терминальном окислении, в цикле трикарбоновыхкислот.
Ферритин– запасноесоединение железа в клетке, находящееся главным образом вретикулоэндотелиальной системе печени, селезенки и костногомозга. Приблизительно одна треть резервного железа организмачеловека, преимущественно в виде ферритина, падает на долюпечени. Запасы железа могут быть при необходимостимобилизованы для нужд организма и предохраняют его оттоксичного действия свободно циркулирующего железа.
Печень является основнымкомпонентом ретикулоэндотелиальной системы. В концежизнедеятельности эритроциты фагоцитируются макрофагами этойсистемы, а освобождающееся железо или оседает в печени в видеферритина (гемосидерина), или возвращается в плазму крови изахватывается в паренхиматозных клетках печени и мышц, а такжев макрофагах ретикулоэндотелиальной системы печени, селезенки и костного мозга.
Гемосидеринявляется вторым запаснымсоединением железа в клетке и содержит значительно большежелеза, чем ферритин. В отличие от ферритина он нерастворим вводе. Преобразование ферритина в гемосидерин происходит путемпостепенного перенасыщения ферритиновой молекулы железом споследующим ее разрушением и образованием зрелогогемосидерина.
Железо входит в состав многих соединений в организме человека. Его необходимость заключается в том, что это биологически активное вещество входит в состав эритроцитов (красных клеток крови), транспортирует в связанном состоянии кислород к органам и тканям, участвует в метаболизме и энергетическом обмене, регулирует процессы тканевого дыхания, обеспечивает поддержание работы большинства ферментных систем.Дефицит железа в организме приводит к уменьшению синтеза железосодержащих и железозависимых ферментов, участвующих в процессах тканевого дыхания (миоглобина, цитохрома С, цитохромоксидазы, пероксидазы, сукционатдегидрогеназы). Недостаток этих ферментов и гемоглобина вызывает развитие гемической и тканевой гипоксии, следствием которой становятся дистрофические и атрофические процессы в различных тканях и органах, особенно в слизистой оболочке полости рта, желудка.
ENZYMES IN FOOD BIOTECHNOLOGY
Ndimbirwe R. M., 2st year, Mashiku G. B., 2st year, Nemes N. D., 2st year
Supervisor – Associate prof MD PhD E. V. Popova Department of Biochemistry
St. Joseph University in Tanzania,
St. Joseph College of Health Science Dar essalaam Tanzania
Introduction.Food enzymes are mainly used by several food-processing industries to improve flavor, texture, digestibility, and nutritional value. They can be grouped into food processing aid and addictive enzymes in terms of regulation. For food-processing enzymes (>99%) are usedduringfoodstuffs preparation, while food additives are used to maintain or improve the freshness, taste, safety, texture, or appearance of food.
Enzymal application in food-processing industries
1) Enzymal application in diary product industries
In dairy products industries enzymes are used to improve the quality of product in terms of flavor, stability, composition, appearance, structure and colour. Also in producing lactose-low or lactose-free products for lactose intolerant people by using β-amylase or lactase, which give out glucose and galactose.
a) Enzymal application in chees making
In chees manufacturing, acid proteases eg. chymosinis used as coagulants. They hydrolyze the peptide bond of casein proteins of milk and lead to curd formation. Furthermore, during ripening, proteinase is added to accelerate hydrolysis of protein, whichhelp to improve texture and flavor of cheese. Lipases also can be added during ripening to improve flavor as it hydrolyses triglycerides, diglycerides, monoglyceridesto free fatty acids.
b) Production of fermented milk
In fermentation of milk, proteinases from proteolytic system of lactic acid bacteria are usedtobreakdownpeptidesinto smaller ones and amino acids. Furthermore, ladle acid bacteria have a proteolytic system that enables them to convert milk casein to free amino acids and peptides Meat processing industries
During meat processing, protease from Aspergillusoryzae and Bacillus subtilis and plant (papain, bromelain, and ficin) are added so breakdown the proteins in muscle and hydrolyze collagen and elastin, which helps in meat tenderization.
Transglutaminaseimprove nutritional values. Furthermore, it improves texture, firmness, elasticity, emulsifies and standardizes meat products such as sausages leading higher quality and more varieties.
3) Application of enzymes in baking industrial
Enzymes in baking industries are added to improve flavor, softness, longer freshness and crunchy cover in bread. Lipoxygenasesis added to whiten flour and provides viscoelastic properties in the dough. While, α-amylase, laccase, xylanase, protease and lipases improve elasticity and quality of dough by forming similar and fine structure. In addition, they provide colour, crumb, softness, freshness, shelf life, and decrease off-flavour of the final product. Sulfhydryl proteases improve elasticity and firmness of dough as well as gas retention and thermoset properties of baking products. Furthermore, pentosanasesare added to improve quality of bakery products as it hydrolyses pentosans. Also it may be used to breakdown long cellulose in high-fiber bakery products so as to improvetheir eating quality.
4) Application of enzymes inWine production
In wine production enzymes are aimed at improving its quality and stability, easy must clarification and filtration and for better skin maceration and improvement of colour. These objectives were achieved by the use of pectinases, b-glucanases and hemicellulases enzymes. Pectinase improves juice extraction, reduces the clarification time and it minimize the methanol released during wine production. ATrichodermab-glucanase hydrolyses b-glucan and glucans from yeast, which causes severe problems during wine filtration and clarification of wine. In additional to three enzymes b-glucosidase is used to improve the aroma of wines by modifying naturally present glycosylated precursor.
5) Application of enzymes in Beer brewing
Enzymes used in beer brewing industries includes microbial b- glucanasescommonly from Penicilliumemersonii, Aspergillusniger, Bacillus subtilis and Trichodermareeseiwichare used to hydrolyse b-glucan and reduce the viscosity of the wort added either during mashing or primary fermentation.
6) Extraction and clarification of fruit and vegetable juices
In this field, enzymes are used in extraction, clarificationand stabilization of fruit and vegetable juices. The enzymes used include the combination of pectinases, cellulases and hemicellulases-collectively called macerating enzymes, which are used in extraction and clarification of fruit and vegetable juices. Furthermore, theycatalyze breaking down of heteropolysaccharides like cellulose and pectine into simple sugar hence increases yield and processing performance.
Laccasesare added to decrease juice off- flavours while undesirable colours and flavours in juice are removed by peroxidase. Transglutaminases helps to maintain shelf life and freshness for more time as they facilitate formation of protein films that act as a barrier on fruits and vegetables. Bitterness in citric juice is antioxidant properties.
7) Enzymal application in Extraction of olive oil
Extraction of high quality oil is achieved by the use of macerating enzymes as they increase extraction under cold processing, better centrifugal fractionation of the oily muss and overall improvement in plant efficiency. Furthermore, they increase anti-oxidant and vitamin E in extra-virgin olive oil and reduce the induction of rancidity and low oil content in the wastewater.
8) Animal feed biotechnology
Cellulases and hemicellulases are mainly used inproduction of both monogastric and ruminant feed.
a) Role of cellulases and hemicellulases in monogastric feed
In monogastric feed hydrolase enzymes are added so as to remove anti- nutritional factors presented in grains or vegetables, to breakdown cereal components so as to improve its nutritional value, or to supplement animals’ own digestive enzymes (e.g. proteases, amylases and glucanases) and whenever they inadequate during post-weaning periode.g. in broilers and piglets.
B-Glucanases, xylanases are added so as to hydrolyse non-starchy polysaccharides, in additional with rabinoxylans they improves digestion and absorptionand a result they enhance weight gain, prevent poor feed conversion rate and sticky droppings by young animals e.g. chicks.
b) Role of cellulases and hemicellulases in ruminant feed
Cellulase and hemicellulose are added to improve nutritive quality, the feed utilization, milk yield, body weight gain by ruminants.
9) Production of nutritive Sweeteners
Amylases (Bacillus licheniformis and B. stearothermophillus) play a major role in production of nutritive sweeteners as they hydrolyseamilium into water-soluble product with low molecular weight such as glucose, fructose, which can be used to manufacture of high fructose syrup. In addition, it is used in manufacturingof high fructose corn syrup (nutritive sweetener).
Conclusion. The application of enzymes in food production lead to improvement in food quality and makes nutrients to readily available for consumers.
РОЛЬ СЕЛЕНА В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА
Л.И. Сайфуллина, А.А.Швецова 2 курс
Научный руководитель - к. б. н., доц. М . М . Павлова
Кафедра биологической химии
Оренбургский государственный медицинский университет
THE ROLE OF SELENIUM IN THE VITAL ACTIVITY OF THE ORGANISM
L.I. Sayfullina, A.A.Shvetsova 2 course
Supervisor -Candidate of Biological Sciences, Assistant Professor M.M. Pavlova
Department of Biological Chemistry
The Orenburg State Medical University
Аннотация. В статье рассматривается влияние селена на жизнедеятельность организма ввиде ферментных систем: глутатионпероксидазы, тиоредуксинредуктазы, йодтирониндейодиназы, селенопротеина P и W, которые активно участвуют в обменных процессах организма человека.
Ключевые слова: Селен, микроэлемент, активный центр, ферментные системы, глутатионпероксидаза, тиоредуксинредуктаза, йодтирониндейодиназа, сленпротеин P и W, антиоксидант, обменные процессы.
Annotation.The article discusses the effect of selenium on the vital activity of the body in the form of enzyme systems: glutathione peroxidase, thioreduxine reductase, iodotyronine neiodinase, selenoprotein P and W, which are actively involved in the metabolic processes of the human body.
Key words: Selenium, microelement, active center, enzyme systems, glutathione peroxidase, thioreduxinreductase, iodothyronineneudinase, slenprotein P and W, antioxidant, metabolic processes.
Актуальность. Селен (Se), 34-й элемент Периодической системы, является жизненно необходимым фактором для нормальных процессов жизнедеятельности. Элемент открыт в 1817 И. Берцелиусом (название дано от греч. selene — Луна). Недостаточность поступления приводит к нарушениям обменных процессов организма, норма которых составляет 70 мкг/сут для мужчин, 55 мкг/сут для женщин.
Задача.Обобщение литературных данных о роли селена в организме.
Цель. Дать оценку биологическим соединениям, включающим этот элемент в свой состав.
Введение. Из литературных источников известно, что селен, входит в состав активных центров многих ферментных систем: глутатионпероксидазы, тиоредуксинредуктазы, йодтирониндейодиназы, селенпротеина Р и W.
Первым открытым селенспецифическим ферментом является глутатионпероксидаза (GPX) эритроцитов (1957 год Д. Миллс). Наиболее высокая активность фермента в тканях печени, почках, эритроцитах. Фермент имеет две активные формы: селензависимые (утилизирует перекись водорода и органические гидроперекиси) и селеннезависимые. Селензависимая утилизирует в качестве субстратов перекись водорода и органические гидроперекиси, контролирует поддержание стационарной концентрации Н2О2в различных типах клеток.
В состав активного центратиоредуксинредуктазы, наряду сселеноцистеином, входит простетическая группа ФАД. Биологическая функция этого фермента заключается в синтезе дезоксирибонуклеотидовиз рибонуклеотидоввместе со вторым ферментом –рибонуклеотидредуктазой. Тиоредуксинредуктаза способна проявлять свойства дегидроаскорбатредуктазы, участвующей в регенерации активной формы витамина С.
Семейство селеносодержащихферментов представлено тремя типами йодтирониндейодиназ (D1, D2, D3). Ферменты были открыты в 80-е годы 20 века. Йодтиронин -5'- дийодиназа активирует процесс образования Т₃ из Т₄, они обладают тканевой и органной специфичностью.
Селенопротеин P открытый в 1977 году, участвует в транспортировке селена в разные ткани, главным образом в ткани головного мозга. Биологической функцией этих белков является защита организма от воздействия перекисей, и выступает в роли агента, способствующего нейтрализации токсического действия тяжелых металлов (Pb, Hg). Белок селенпротеин W, связываясь с восстановленным глутатионом, обладает функцией антиоксиданта на тканевом уровне в мышцах.
Токсичной дозой селена для человека считается 5 мг/сут. Высокие концентрации селена ингибируют ферменты, нарушают синтез метионина и рост опорно-покровных тканей, вызывают анемию.
Выводы. Селен представляет собой физиологически важный микроэлемент, незаменимый в питании человека, основной биологической ролью которого является участие в синтезе и активности селенсодержащих ферментов.
СИНТЕЗ ДОФАМИНА И КАТЕХОЛАМИНОВ И СВЯЗАННЫЕ С ЭТИМ НАРУШЕНИЯ
К.А. Самойленко, 2 курс
Научный руководитель – к.б.н., доц. И.В. Карнаухова
Кафедра биологической химии
Оренбургский государственный медицинский университет
SYNTHESISOFDOPAMINEANDCATECHOLAMINESANDRELATEDDISORDERSWITHIT
K . A . Samoylenko, 2 course
Supervisor –Candidate of Biological Sciences, Assistant Professor I.V. Karnaukhova
Department of Biological Chemistry
The Orenburg State Medical University
Аннотация .В данной статье рассмотрен синтез дофамина и катехоламинов, а также проанализированы болезни, к которым приводят нарушения в синтезе этих веществ. Выявлено и обосновано чем именно продуцируются катехоламины и какие ферменты необходимы для синтеза дофамина. Показано, что отклонение показателей катехоламинов от нормы вызывает нервно-психические заболевания. На основе проведенного исследования автором предлагаются способы восстановления запасов катехоламинов.
Ключевые слова: катехоламины, дофамин, синтез, нарушение синтеза, синдром Паркинсона.
Annotation. This article discusses the synthesis of dopamine and catecholamines, as well as the diseases that are impaired in the synthesis of these substances are analyzed. It is revealed and justified what exactly catecholamines are produced and what enzymes are necessary for the synthesis of dopamine. It was shown that deviation of catecholamine indices from the norm causes neuropsychic diseases. Based on the study, the author suggests ways to restore catecholamine reserves.
Keywords: catecholamines, dopamine, synthesis, impaired synthesis, Parkinson's syndrome.
Актуальность. Катехоламины - этофизиологическиактивныевещества, которыеявляютсямедиаторамиигормонами. Все высшие формы поведения человека связаны с жизнедеятельностью нервных клеток, синтезирующих катехоламины. Нейроны используют катехоламины в качестве нейромедиаторов, осуществляющих передачу нервного импульса.Нарушение синтеза катехоламинов может вызывать различные нервно-психические заболевания, причём патологические отклонения наблюдаются как при снижении, так и при увеличении их количества.
Цель и задачи. Рассмотреть синтез дофамина и катехоламинов, нарушение синтеза и соответствующие заболевания.
Материалы и методы. Анализ научной литературы по проблеме исследования.
Результаты.Основные гормоноидные катехоламины в значительной степени продуцируются хромаффинной тканью животного организма. Из хромаффинных клеток состоят мозговой слой надпочечников, параганглии, расположенные возле симпатических узлов, и цепочки особых образований около брюшной аорты и в районе отхождения от нее нижней брыжеечной артерии. Мозговой слой надпочечников продуцирует соединение далекой от стероидов структуры. Они содержат 3,4-диоксифенильное ядро и называются катехоламинами. К ним относятся адреналин, норадреналин и дофамин бета-окситирамин.
Последовательность синтеза катехоламинов достаточно проста: тирозин → диоксифенилаланин (ДОФА) → дофамин → норадреналин → адреналин. Тирозин поступает в организм с пищей, но может и образовываться из фенилаланина в печени под действием фенилаланингидроксилазы. Конечные продукты превращения тирозина в тканях различны. В мозговом слое надпочечников процесс протекает до стадии образования адреналина, в окончаниях симпатических нервов - норадреналина, в некоторых нейронах центральной нервной системы синтез катехоламинов завершается образованием дофамина.
Превращение ДОФА в дофамин катализируется ферментом ДОФА-декарбоксилазой, который относительно неспецифичен и декарбоксилирует и другие ароматические L-аминокислоты. В некоторых нейронах отсутствуют ферменты дальнейшего превращения дофамина, и именно он является конечным продуктом.
Нарушение синтеза катехоламинов может вызывать различные нервно-психические заболевания, причём патологические отклонения наблюдаются как при снижении, так и при увеличении их количества.
Рассмотрим нарушения синтеза дофамина. При его недостаточном синтезе происходит нарушение двигательной функции — синдром Паркинсона. Так как снижена активность тирозингидроксилазы, ДОФА-декарбоксилазы. Депрессивные состояния часто связаны со снижением в нервных клетках содержания дофамина и норадреналина.
Резкое повышение экскреции дофамина и его метаболитов с мочой наблюдается при гормонально-активных опухолях. Также при гиповитаминозе витамина В6 в тканях головного мозга увеличивается содержание дофамина, появляются его метаболиты, которые отсутствуют в норме. Гиперсекреция дофамина в височной доле мозга наблюдается при шизофрении.
Вывод. От активности синтеза и выделения катехоламинов зависят такие сложные процессы, как запоминание и воспроизведение информации, сексуальное поведение, агрессивность и поисковая реакция, уровень настроения и активность в жизненной борьбе, скорость мышления, эмоциональность, уровень общего энергетического потенциала и т.д. Соответственно, если нарушен их синтез, все контролируемые ими процессы подвергнуться изменениям. Есть несколько способов восстановления резервов катехоламинов в нервных клетках:
• Введение малых доз катехоламинов;
• Введение в организм предшественников катехоламинов;
• Препараты, усиливающие синтез катехоламинов в ЦНС;
• Ноотропные средства;
• Адаптогены.
ПАПАИН И ДРУГИЕ СУЛЬФГИДРИЛЬНЫЕ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ
И.А. Столяр, 4 курс, А.Е. Меркулова, А.Б. Бердбеков, 2 курс
Научный руководитель – к.б.н., доц. И.В. Карнаухова
Кафедра биологической химии
Оренбургский государственный медицинский университет
PAPAINANDOTHERSULFHIDRILPROTEOLETICENZYMES
I . A . Stolyar , 4 course , A . E . Merkulova , A . B . Berdbekov , 2 course
Supervisor – Candidate of Biological Sciences , Assistant Professor I . V . Karnaukhova
Department of Biological Chemistry
The Orenburg State Medical University
В настоящее время в современной медицине активно используют биологически активные вещества растительного происхождения. Однако, огромное количество продуктов растительного происхождения обладают выраженным протеолитическим действием. Например, папайя, киви, ананас. Очень многие фрукты обладают этим свойством.
Ключевые слова: папайя, протеолитические ферменты, расщепление, биохимические реакции.
Currently, biologically active substances of plant origin are actively used in modern medicine. However, a huge number of products of plant origin have a pronounced protolithic route. For example, papaya, kiwi, pineapple. A lot of fruits have this their.
Key words: papaya, protolithic enzymes, cleavage, biochemical reactions.
Плоды экзотической папайи содержат латекс, который имеет в своем составе несколько ферментов. Она содержит два основных протеолитических фермента – папаин и химопапаин. Оба фермента относятся к группе протеолитических растительных ферментов, которым для активности требуется сульфгидрильная группа.
Папаин – является простым белком, содержащим аминокислоты и лишенный углеводов. В нем присутствуют все основные аминокислоты, кроме метионина. В структуре папаина не присутствуют хромофорные группы, кроме включающих в его состав аминокислот. Больше всего в нем присутствуют тирозина и триптофана. Молекула папаина состоит из одной свернутой полипептидной цепи из 212 остатков. Определение последовательности этих остатков является примером взаимного взаимодействия чисто химических и рентгеновских методов. Из-за многих трудностей, которые папаин представлял химикам, только предварительная последовательность смогла быть опубликована в 1964 году.
Механизм действия папаина очень схож с фицином, химопапаином и бромелаином. Данные ферменты содержат тиольные группы, которые определяют активность этих веществ и активируются соединениями SH и цианидом, инактивируются мягкими окислителями.
Папаин может катализировать ряд реакций, а именно: промежуточный ацил-фермент, гидролиз, трансферазное действие и специфичность. Протеолитический фермент папаин, расщепляет пептидные связи в белках и обладает болеутоляющим эффектом. Эту особенность используют в Аюрведе для симптоматического лечения спондилоартрозов и радикулитов.
При употреблении папайи в пищу возможно возмещение её ферментами недостаточности собственных протеолитических ферментов, которые помогают нормально расщеплять белки, жиры и углеводы. Ферменты папайи расщепляют белки даже в условиях нейтральной среды, поэтому папайю советуют использовать для улучшения переваривания тяжелой пищи, особенно при пониженной кислотности желудка и ферментативной недостаточности поджелудочной железы. Папайя стимулирует синтез желчных кислот, препятствуя камнеобразованию и застою в желчевыводящей системе печени. Она активизирует работу ферментов цитохром 450, отвечающих за нейтрализацию токсинов, проникающих в организм или образующихся в нем.
Медики выявили и используют уникальные свойства папайи в лечении онкологических заболеваний, так как она содержит алкалоид, способный подавлять жизнедеятельность и размножение злокачественных клеток. Поскольку папайя сейчас широко культивируется в Юго-Восточной Азии, современная Аюрведа использует ее для лечения амебиаза, дисбактериоза и при глистных инвазиях. Папайя подавляет жизнедеятельность аскарид, лямблий, нематод и целого ряда других паразитов, распространенных также на территории Европы и Сибири.
Фицин - это растительный фермент класса гидролаз, катализирующий гидролиз пептидов, амидов и сложных эфиров. Извлекается из растений рода Ficus, латекс которых проявляет протеолитическую активность.
Фицин относится к группе папаиназ и содержит в своей молекуле, по крайней мере, две сульфгидрильные группы, из которых только одна находится в каталитическом участке фермента. Кроме того, фицин содержит одну дисульфидную группу, которая не является существенной для его активности. По своему действию на белки фицин напоминает пепсин, так как катализируемое им расщепление белков доводится только до стадии полипептидов, имеющих отношение аминного азота к общему 25%.
Фицин осаждается спиртом, ацетоном и (NH4)2SO4 при 50% насыщения и частично адсорбируется на Аl(ОН)3. Температурный оптимум действия фицина находится при 63° С. Полная инактивация наблюдается в процессе нагревания при 75° С в течение 1 ч или при 80—85° С в течение 30 мин.
Указанное соединение имеет индустриальное применение, аналогичное папаину. Отмечается способность фицина воздействовать на белковые компоненты как мышечной, так и соединительной тканей, что делает приготовленные из него препараты высокоценными для улучшения качества мяса.
Бромелаин – протеолитическийфермент, имеющийся у растений семейства бромелиевых, в частности ананаса. Присутствует во всех органах ананаса, но стебель является наиболее распространенным источником. Коммерческие препараты бромелаина гетерогенны и содержат по крайней мере четыре различные цистеиновые протеазы, очищенные методом аффинной хроматографии. Выделенная из сока стеблей ананаса протеаза называется бромелаином из стеблей (stembromelain), а фермент, полученный из плодов, — бромелаином из плодов ананаса (fruitbromelain).
Бромелаин обладает противовоспалительным действием, ускоряет процессы репарации тканей в результате деполимеризации межклеточных структур и модификации проницаемости сосудов. Противовоспалительное и антиагрегантное действия бромелаина обусловлены его способностью изменять метаболизм арахидоновой кислоты.
Получение пищевых ферментов из растительного сырья является одним из интенсивно развивающихся направлений в биотехнологии. В пищевой промышленности для тендеризации (размягчения) мясных продуктов используют протеиназы растительного происхождения: папаин (из плодов папайи), бромелаин (из стеблей, плодов ананаса), фицин (из фигового дерева). Также отмечено, что папаин улучшает переваривания тяжелой пищи, особенно при пониженной кислотности желудка и ферментативной недостаточности поджелудочной железы, афициниспользуется в фармацевтической промышленности в качестве добавки к зубным пастам для удаления зубного налета.
ФЕНИЛКЕТОНУРИЯ И БЕРЕМЕННОСТЬ
И.А. Столяр, Н.В. Терехов, Ф.Р. Сайфутдинов, К.И. Ан, 4 курс
Научный руководитель – асс. Е.А. Логинова
Кафедра акушерства и гинекологии
Оренбургский государственный медицинский университет
PHENYLKETONURIAANDPREGNANCY
I . A . Stolyar , N . V . Terekhov , F . R . Sayfutdinov , K . I . An , 4 course
Supervisor - Ass . E . A . Loginova
DepartmentofBiologicalChemistry
TheOrenburgStateMedicalUniversity
Фенилкетонурияявляется врожденным и редким генетическим заболеванием, которое может нанести существенный вред для будущего ребенка. Частота данного заболевания не велика, однако, встречаются случаи, когда правильное ведение беременности у данной категории женщин может сыграть весомую роль в будущей жизни плода.
Ключевые слова: фенилкетонурия, беременность, фенилаланин.
Phenylketonuria is a congenital and rare genetic disease that can cause significant harm to an unborn baby. The frequency of this disease is not great, however, there are cases when the correct management of pregnancy in this category of women can play a significant role in the future life of the fetus.
Key words: phenylketonuria, pregnancy, phenylalanine.
Фенилкетонурия довольно-таки редкое наследственное заболевание, которое связано с нарушением обмена аминокислот. Сущность состоит в том, что организм больного не может расщеплять нормально аминокислоту фенилаланин, которая относится к группе незаменимых аминокислот и поступает в организм с пищей. Из-за этого в тканях начинают накапливаться вещества, которые начинают патогенно действовать на нервную систему, в частности, на головной мозг. Из-за этого развивается умственная отсталость, вплоть до идиотии. Другое название у данной патологии – фенилпировиноградная олигофрения. Классическая фенилкетонурия (фенилкетонурия I типа) обусловлена дефицитом фермента фенилаланингидроксилаза (ФАГ), ведущим к накоплению фенилаланина и продуктов его распада в биологических жидкостях. Заболевание вызвано мутацией гена фенилаланингидроксилазы (РАН), локализующегося на длинном плече хромосомы 12, участке 12q22q24.1.
Однако, с этим заболеванием живут и возможно нормальное функционирования организма и во взрослом состоянии. Такие пациенты могут иметь детей. Но, если родители будущего малыша знают о заболевании матери, то им необходимо принимать строгие меры к её питанию.
Главная задача акушера-гинеколога объяснить матери о важности соблюдения диеты, рассказать все риски возможные во время беременности и исхода беременности.
Клинические признаки патологии включают повышенную частоту спонтанных абортов у больных женщин, снижение массы и роста детей при рождении, умственную отсталость, микроцефалию, врожденные пороки сердца, орофациальные расщелины, экстрофию мочевого пузыря и других пороков развития. Описаны также лицевые дизморфии: гипертелоризм, широкоепереносье, вывернутые ноздри.
Основной задачей для будущей матери является ужесточение и строгое соблюдение своей диеты за 2-3 месяца до планируемой беременности. Это необходимо для снижения фенилаланина(ФА) в крови для допустимых значений для плода (2-4 мг%). Также необходимо уточнить, как будущая мать соблюдала диету в детстве и в подростковом возрасте, чтобы оценить возможность повреждения генетического аппарата её яйцеклеток.
Высокие цифры ФА в крови могут повлиять на головной мозг будущего ребенка. Если присутствует превышение порога, то существует высокая вероятность развития патологий у плода. Риск составляет примерно 90%. Причем, не обязательно то, что ребенок также будет страдать фенилкетонурией, у них могут быть только повреждения мозга и все последствия его повреждения. Этот факт был установлен в 1957 г. в ряде исследований Marbyбыли описаны подобные случаи. Так как фенилаланин активно проникает через плаценту к ребенку, то только правильно организованная диета у беременной может предотвратить данный процесс.
До зачатия уровень фенилаланина в крови должен быть снижен до 100-250 мкмоль/л (2-4 мг%) и такой уровень необходимо поддерживать в течение всей беременности. Таким образом, вероятность развития пороков сердца и других осложнений беременности в разы снижается. Согласно наблюдениям Maillot F. etal., уровень ФА в крови в течение 1-го триместра беременности контролируется у женщин 2-3 раза в неделю, во 2-м триместре - еженедельно, в 3-м - в среднем 1 раз в 2 недели; анализы крови общий и биохимический с определением уровня электролитов и витаминов проводятся 1 раз в 1,5-2 месяца, контроль тирозина в сыворотке крови – 1 раз в триместр, мониторинг прибавки массы тела - еженедельно в I-м и II-м триместрах беременности, 1 раз в две недели – в III-м триместре. Уровень фенилаланина в Iи IIтриместрах следует поддерживать в пределах 2-4 мг/дл, в IIIтриместре беременности – до 6 мг/дл.
В первом триместре беременности диета должна быть максимально строгой, так как этот период является критическим периодом для развития плода. Во втором и третьем триместре возможно небольшое расширение диеты беременной, но все это должно происходить под строгим контролем уровня ФА в крови и надзором врача. Необходим также прием витаминов, а также Омега-3.
Рацион будущих матерей строят согласно принципам диетического лечения классической фенилкетонурии, рекомендуемое содержание общего белка в рационе — 1,4 г/кг массы тела в сутки. Основу пищевого рациона составляют продукты растительного происхождения, приблизительно ⅔ суточной квоты белка обеспечивается за счет специализированных смесей аминокислот или гидролизатов белка.
Существуют продукты, специально предназначенные для питания женщин, планирующих беременность, и беременных, больных фенилкетонурией. К ним относятся «П-АМ универсальный», «Тетрафен 70» и отечественный продукт «Нутриген 70».
Дата: 2019-07-24, просмотров: 420.