VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Успехи современной биохимии в выяснении фундаментальной природы жизни и молекулярных основ патологии, включая наследственные болезни человека, а также в определении структуры и функции белков и нуклеиновых кислот в значительной степени обусловлены широким внедрением в биохимию достижений физики, химии и математики.

Актуальность темы исследования заключается в том, что появилась возможность не только разработать методологические подходы для более глубокого изучения строения и функций индивидуальных химических компонентов живой материи на молекулярном уровне, но и развивать новые направления в биохимии, включая молекулярную биологию, биоорганическую химию и энзимологию.

Необходимость дальнейшего научного изучения данной темы в том, что количество энзимопатологий в детском возрасте увеличивается, и для безопасного будущего детей необходимо серьезно изучать данную проблему.

Учение о ферментах - энзимология - превратилось в самостоятельно и интенсивно развивающуюся область знания. Российские ученые (академики В.А. Энгельгардт, А.Е. Браунштейн, С.Р. Мардашев, И.В. Березин и др.) внесли крупный вклад в мировую науку в области изучения структуры и функций ферментов, механизмов энзиматического катализа и регуляции активности и синтеза ферментов; это способствовало существенному улучшению методов диагностики, лечения и профилактики заболеваний человека [5].

Объектом исследования являются энзимопатологии в детском возрасте. А именно - фенилпировиноградная олигофрения, фруктоземия, фосфат-диабет, гликогенная болезнь.

Предметом исследования являются основные ферменты клинической диагностики.

Прежде чем касаться медицинских проблем энзимологии, кратко перечислим основные функции ферментов не только в организме человека и животных, но и в отдельной живой клетке. Основной и, может быть, главной функцией ферментов является их способность резко повышать (в десятки и сотни миллиардов раз) скорость химических реакций, то есть ферменты выполняют роль катализаторов огромного числа химических реакций, осуществляемых ежесекундно во всех живых системах. Более того, ферменты являются регуляторами скорости химических реакций, строго контролируя процессы синтеза и распада индивидуальных химических компонентов клетки и всего организма в целом. Благодаря этому свойству ферментов живые системы сохраняют постоянство внутренней среды (так называемый гомеостаз); они отличаются от современных крупных промышленных производств не мощностью или даже не грузоподъемностью, а высокой эффективностью, экономичностью, рациональностью и ювелирной точностью результатов в микропространстве клетки (никаких побочных продуктов, никаких отходов, загрязняющих окружающую среду). Ферменты выполняют важные защитные функции, обезвреживая как экзогенные (поступающие из внешней среды), так и эндогенные (образующиеся в самом организме) токсические вещества; последние подвергаются под действием ферментов различным реакциям окисления, восстановления и, наконец, распада на продукты, теряющие свои токсические свойства. Эта область исследования получила название ксенобиохимии [10].

Ферменты используются, кроме того, в качестве инструментов для осуществления тонкого химического органического синтеза в легкой, пищевой, микробиологической и фармацевтической промышленности (производство кормового белка, гормонов, антибиотиков и других лекарственных препаратов и L-аминокислот), а также в генноинженерных исследованиях и биотехнологии.

Цель работы: ознакомление с основными ферментами, используемыми при клинической диагностики и оценка их информативности.

Задачи работы заключаются в том, чтобы узнать основные энзимопатологии в детском возрасте, их механизмы развития, клинические проявления, выявить достоверную диагностику и должную терапию, ознакомиться с основными направлениями в изучении ферментов.

Касаясь медицинских проблем учения о ферментах, следует, прежде всего, подчеркнуть, что одно из перспективных направлений исследования ферментов - медицинская энзимология - явилось логическим развитием общего биологического учения о ферментах. К настоящему времени получены убедительные доказательства, что современная биология и медицина говорят на языке энзимологии и что возможности применения ферментов в медицине теоретически безграничны. В частности, четко определились три основных направления исследований в области медицинской энзимологии: энзимопатология, энзимодиагностика и энзимотерапия [32]. По этим проблемам созываются национальные и международные конференции, симпозиумы и конгрессы, издаются научные журналы (например, "Вопросы медицинской химии"), публикуются ежегодные сборники (Advanses in Clinical Enzymology, Annual Reports in Medical Chemistry) и т.д. Нужно отметить, что в каждой из указанных областей медицинской энзимологии имеются не только собственные цели и конкретные задачи, но и особые методологические подходы, и методические приемы. Ниже будут кратко изложены представления о первом направлении медицинской энзимологии, в частности энзимопатологии, и более подробно об использовании ферментов для диагностики органических и функциональных поражений организма и отдельных органов при патологии.

Бывают ситуации, когда ферменты не работают. В случае, если фермент не может выполнять свою функцию, говорят об энзимопатологии (энзимопатии).

Энзимопатологии (энзимопатии) – состояния, связанные с патологическим изменением активности ферментов. Наиболее часто встречается снижение активности и нарушение каких-либо метаболических процессов. В результате энзимопатологии клиническое значение может иметь накопление субстрата реакции, например: фенилаланина при фенилкетонурии, свободного билирубина при желтухах новорожденных, некоторых жиров при болезнях лизосомального накопления (липидозы), недостаток продукта, например: меланина при альбинизме, катехоламинов при паркинсонизме, обе особенности одновременно, как при гликогенозах, сопровождающихся гипогликемией при избытке гликогена в печени [17].

По характеру нарушения выделяют первичные и вторичные энзимопатии.

Первичные (наследственные) энзимопатии связаны с генетическим дефектом и наследственным снижением активности. Например, фенилкетонурия связана с дефектом фенилаланин-4-монооксигеназы, которая превращает фенилаланин в тирозин. В результате накапливаются аномальные метаболиты фенилаланина, оказывающие сильный токсический эффект. Заболевание подагра связано с дефектом ферментов метаболизма пуриновых оснований и накоплением мочевой кислоты. Кроме указанных, распространенными первичными энзимопатиями являются галактоземия, недостаточность лактазы и сахаразы, различные липидозы [25].

Вторичные (приобретенные) энзимопатии возникают как следствие заболеваний органов, вирусных инфекций и т.п., что приводит к нарушению синтеза фермента или условий его работы, например, гипераммониемия при заболеваниях печени, при которых ухудшается синтез мочевины и в крови накапливается аммиак. Другим примером может служить недостаточность ферментов желудочно-кишечного тракта при заболеваниях желудка, поджелудочной железы или желчного пузыря. Недостаток витаминов и их коферментных форм также является причиной приобретенных ферментопатий.

Область исследования энзимопатологии, хотя и включает название патологии (учение о причинах и механизмах развития болезней), на самом деле является теоретической, фундаментальной частью медицинской энзимологии. Она призвана изучать молекулярные основы развития патологического процесса, основанные на данных нарушения механизмов регуляции активности или синтеза индивидуального фермента, или группы ферментов. Ферменты выполняют не только уникальные каталитические функции, но и, обладая выраженной органотропностью и высокой специфичностью действия, могут быть использованы в качестве самых тонких и избирательных инструментов для направленного воздействия на патологический процесс. Как известно, 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 одного-единственного фермента в организме больного [22].

Типичным примером подобной связи болезни с отсутствием синтеза в печени специфического фермента является фенилпировиноградная олигофрения - наследственное заболевание, приводящее в раннем детстве к гибели ребенка или к развитию тяжелой умственной отсталости. Молекулярный дефект болезни заключается в блокировании превращения незаменимой аминокислоты фенилаланина (Фен) в тирозин (Тир). Оказалось, что фермент, катализирующий данную реакцию, - Фен-4-гидроксилаза, точнее Фен-4-монооксигеназа, - не синтезируется в клетках печени, единственном органе, где он в норме открыт. Следствием этого молекулярного нарушения обмена фенилаланина является развитие тяжелого наследственного заболевания, обусловленного избыточным накоплением самого фенилаланина и продуктов его побочного пути обмена - фенилпировиноградной кислоты (отсюда и название болезни) - в организме, в частности в ткани мозга и сыворотке крови больных детей. Обычно диагноз ставят на основании химического метода открытия фенилаланина или фенилпировиноградной кислоты на пеленках детей. Лечение в основном сводится к исключению из питания ребенка (в том числе и из молока матери) аминокислоты фенилаланина. Для такого ребенка тирозин оказывается незаменимой аминокислотой [3].

Аналогично, развитие другого тяжелого наследственного заболевания - галактоземии, то есть непереносимость молочного сахара, связано с отсутствием синтеза в клетках печени фермента, катализирующего превращение галактозы в глюкозу. Следствием подобной аномалии является накопление галактозы в тканях и развитие катаракты в раннем детстве, поражения тканей печени и мозга, нередко приводящие к гибели ребенка; лечение в этом случае сводится к исключению из диеты молочного сахара.

Помимо наследственных заболеваний, энзимопатология успешно решает и проблемы патогенеза соматических болезней, не столько причинных факторов, вызывающих развитие болезни, сколько механизмов развития наиболее распространенных болезней человека [7]. В частности, организованы крупные научные центры и Научно-исследовательские институты (Онкологический научный центр РАМН, Кардиологический научный центр РАМН, НИИ ревматологии РАМН), в задачу которых входит выяснение молекулярных основ, например, злокачественного роста, артериосклероза или ревматоидных артритов. Нетрудно представить огромную роль ферментных систем или даже отдельных ферментов, нарушение регуляции активности или синтеза которых приводит к развитию, формированию патологического процесса [12].

Важное направление научных исследований в области медицинской энзимологии - энзимодиагностика - призвано заниматься разработкой ферментных тестов, основанных на определении активности (уровня) ферментов и изоферментов в биологических жидкостях организма больного (сыворотка крови, желудочный или дуоденальный сок, спинномозговая жидкость, моча и др.). Эти исследования развиваются в двух направлениях: во-первых, по пути поиска органотропных или тканетропных ферментов, специфичных для определенного органа, группы органов или целостного организма человека; во-вторых, по пути совершенствования уже описанных в литературе методов определения активности ферментов в биосредах [1].

Диагностическая энзимология достигла огромных успехов, помогая врачу не только в постановке правильного диагноза заболевания и выяснения степени тяжести болезни, но и в определении правильности избранного метода лечения. В настоящее время разработаны количественные методы анализа многих распространенных ферментов, выявляемых в биологических жидкостях при поражении разных органов. Для каждого из этих ферментов определены контрольные величины (уровни) активности и пределы колебания в норме, как в сыворотке крови, так и в самом органе [8].

В качестве примера можно сослаться на результаты определения активности двух трансаминаз: аспартатаминотрансферазы (в клинической литературе больше известной как глутамат-оксалоацетат-трансаминаза - GOT) и аланинаминотрансферазы (глутамат-пируват-трансаминазы - GPT); величины активности этих ферментов в сыворотке крови в норме колеблются между 5 - 40 международными единицами. При сердечной недостаточности, при ишемической болезни сердца активность обеих трансаминаз в сыворотке крови больного лишь слегка, хотя и статистически достоверно, повышается; однако при наступлении инфаркта миокарда уже через 20 минут активность обеих трансаминаз в сыворотке крови резко, в десятки и сотни раз, превышает уровни контрольных величин в крови здорового человека [27]. Необходимо указать, что, помимо трансаминаз сыворотки крови, при инфаркте миокарда весьма информативными диагностическими ферментными пробами являются лактатдегидрогеназный и креатинфосфокиназный тесты, относящиеся также к так называемым некротическим ферментным методам [2]. Это означает, что при повреждении и распаде части сердечной мышцы вследствие закупорки коронарной артерии тромбом из обескровленной зоны вымываются в кровь продукты распада, включая ферменты. Укажем также, что при благополучном исходе болезни уровни ферментов в сыворотке крови возвращаются к норме уже ко 2 - 3-му дню после инфаркта. В то же время при повторном инфаркте миокарда, наступающем обычно в течение первой недели болезни, электрокардиограмма обычно не улавливает повторного инфаркта, тогда как ферментные тесты реагируют повторным и резким повышением уровня их в сыворотке крови.

Системная энзимотерапия (СЭТ) – самостоятельный метод лечения специально подобранными смесями гидролитических энзимов (гидролаз) – имеет сравнительно недавнюю историю, начавшуюся во второй половине XX века с цикла фундаментальных исследований Макса Вольфа, Хелены Бэнитез, а затем продолженную Карлом Рансбергером [20].

Результатом многолетних исследований явилось создание оптимально подобранных комбинаций протеолитических энзимов растительного и животного происхождения, воздействующих регулярно на различные процессы в организме, в частности, на две эволюционно означенные системы - иммунитет и гемостаз.

Эффект, получаемый при приеме энзимных препаратов, оказался востребованным при многих заболеваниях. Это привело к широкому применению метода СЭТ в Германии, а затем и в других странах мира. В России начало применения СЭТ относится к 1990-м годам. За 15-и летний период метод завоевал широкое признание у врачей разного профиля: от терапевтов до «узких специалистов» [26].

Многосторонний или системный эффект энзимов обеспечивается их прямым воздействием на деятельность основных органов и систем организма или через активизацию работы собственных ферментных систем.

Принципиальное отличие препаратов системной энзимотерапии от ферментных препаратов для местных аппликаций заключается в том, что при пероральном приеме лечебного комплекса энзимы из тонкой кишки поступают непосредственно в сосудистую систему и оказывают лечебный эффект через воздействие на иммунитет, гемостаз, реологию крови, то есть через влияние на гомеостаз в целом.

Достаточно интенсивное применение ферментов в лечении отдельных заболеваний относится к ХХ веку. Энзимы (трипсин, лидаза, ронидаза и другие) чаще назначали в виде местных аппликаций, в том числе, с помощью методов физиотерапии. Метод физиотерапевтического воздействия энзимами используют и в настоящее время.

С середины 30-х годов прошлого столетия в Германии были предприняты попытки парентерального и перорального введения энзимных препаратов, оказавшиеся недостаточно успешными. Настоящая революция в области энзимотерапии связана с именем немецкого учёного Макса Вольфа. Его интерес к энзимам начался с изучения гидролаз, присутствующих в крови здоровых людей, как факторов защиты при онкологических заболеваниях. В основанном им Нью-йоркском научно-исследовательском институте биологии в течение ряда лет проводилось изучение влияния различных комбинаций из растительных и животных энзимов на течение опухолевых, дегенеративных и воспалительных процессов. Эти смеси получили название ВОБЭ-энзимы. Название было связано с фамилиями создателей лечебных комбинаций энзимов - Макса Вольфа и его сотрудницы Хелены Бэнитез. Эти смеси энзимов сегодня носят названия «Вобэнзим» и «Вобэ-Мугос» [21].

Системная энзимотерапия представляет собой сравнительно новый лечебный метод. Его научные основы были заложены в исследованиях великого ученого, врача и биохимика профессора М.Вольфа. В ходе последних десятилетий, благодаря новым данным в области биохимии, физиологии, иммунологии и практической медицины, системная энзимотерапия нашла широкое применение при лечении многих заболеваний. Большую роль в этом сыграл один из ее основоположников К.Рансбергер. Эффективность применения метода подтверждена клиническими исследованиями в более чем 20 областях медицины, включая акушерство-гинекологию, урологию, хирургию, терапию и др. В последние годы происходит активное внедрение метода в странах Восточной Европы, в том числе и в России. Ряд зарубежных специалистов считает, что, с точки зрения перспективного развития лекарственных препаратов, именно энзимам принадлежит большое будущее (Р.Е.Кирк, Д.Отмер «Энциклопедия химической технологии» 3-е изд., Джон Уиллей, Чичестер 1984).

Системная энзимотерапия (СЭТ) - это лечение с помощью целенаправленно составленных смесей гидролитических энзимов, лечебная эффективность которых основана на комплексном воздействии на ключевые процессы, происходящие в организме. Действуя системно, энзимы оказывают разнообразные эффекты, реализуя свое влияние через противовоспалительное, иммуномодулирующее, антиагрегантное, фибринолитическое, противоотечное и вторичноанальгезирующее действие. Препараты оказывают положительное воздействие на ход воспалительного процесса, ограничивают патологические проявления аутоиммунных и иммунокомплексных процессов, положительно влияют на показатели иммунологической реактивности организма. Осуществляют стимуляцию и регуляцию уровня функциональной активности моноцитов-макрофагов, естественных киллерных клеток, стимулируют противоопухолевый иммунитет, цитотоксические Т-лимфоциты, фагоцитарную активность клеток [13]. Ускоряет лизис токсических продуктов обмена веществ и некротизированных тканей. Улучшает рассасывание гематом и отеков, нормализует проницаемость стенок сосудов, нормализует вязкость крови, снижает общее количество микроагрегатов, таким образом, улучшая микроциркуляцию и реологические свойства крови, а также снабжение тканей кислородом и питательными веществами. Энзимы регулирует механизмы неспецифической защиты (выработка интерферонов), тем самым проявляя противовирусное и противомикробное действие. Регулируя тонкие внутренние процессы в организме, энзимы естественным образом помогают организму справиться с болезнью, одновременно защищая человека от негативного воздействия антибиотиков, гормональных и химиопрепаратов. Воспаление является универсальной защитной реакцией организма. Системные энзимы не угнетают воспаление (так как это естественная реакция организма на болезнь), а оптимизируют его течение. Под влиянием протеолитических энзимов происходит минимизация необходимой катаболической фазы воспаления и ускорение регенеративной фазы. Если заболевание связано с инфекцией, то энзимы способствуют нормальной реакции иммунитета: обнаружить, убить возбудителя и вывести из организма. Лечение воспаления редко обходится без антибиотиков. Но даже если выбраны наиболее эффективные из них, они иногда с трудом проникают в очаг воспаления, особенно если речь идет о хроническом воспалении. Очаг хронического воспаления, раковые клетки окружены плотной оболочкой, поэтому лекарственные препараты не могут контактировать с пораженными тканями и клетками. Энзимы разрушают эту оболочку, тем самым помогая проникнуть активным веществам к очагу поражения. Одно из свойств энзимных препаратов - способность улучшать действие других лекарств и уменьшать их побочные эффекты. Способность энзимов повышать концентрацию антибиотиков в крови, облегчать их проникновение в ткани и тем самым повышать эффективность терапии достаточно известна. Многолетние исследования показали, что при одновременном приеме антибактериальных препаратов в комплексе с препаратами СЭТ эффективность лечения увеличивается, при этом снижаются побочные действия антибиотиков, уменьшается риск возможных осложнений, в том числе и дисбактериоза кишечника. Barsom et all. (1982, 1983) в своих работах анализировали эффективность комбинации 9 химиопрепаратов и антибиотиков с полиэнзимным препаратом Вобэнзим. В исследованиях приняли участие 44 пациента с простатитом и 56 пациентов с циститом и цистопиелитом. Результаты исследования показывают, что концентрация всех антимикробных препаратов, принятых вместе с Вобэнзимом, спустя 8 часов после их приема повышалась [36].

Применение препарата Вобэнзим также положительно влияло как на клиническую картину заболевания, так и на лабораторные показатели. Согласно результатам работы Guggenbichler (1988), Вобэнзим способен увеличивать проникновение антибиотиков в стафилококковые абсцессы. Клинические исследования подтверждают высокую эффективность комбинации антибактериальных средств и энзимных препаратов при большинстве острых и хронических воспалительных инфекционных процессов. Примерами могут служить такие заболевания, как синуситы, бронхиты, цистопиелиты, аднекситы и т.п. Энзимные препараты назначают от 3 до 10 таблеток за один прием - Вобэнзим и от 2 до 4 таблеток - Флогэнзим, в зависимости от активности заболевания, но для препаратов системной энзимотерапии это совершенно нормально и безопасно. Для профилактики рекомендуется 2-3 курса приема Вобэнзима в год в течение 1,5 месяцев в небольших дозах (2-3 таблетки трижды в день). Это позволит резко снизить выраженность заболевания и ускорить процесс выздоровления. Обязательно, следует соблюдать условия приема препаратов - таблетки принимать не менее чем за 30-40 минут до еды или через 1,5-2 часа после, не разжевывая и запивая большим количеством воды (150-200 мл). Вобэнзим, Флогэнзим и Вобэ-мугос Е хорошо переносятся пациентами. В большинстве случаев побочных эффектов не наблюдалось даже при длительном лечении высокими дозами. В отдельных случаях отмечаются незначительные изменения консистенции и запаха кала, кожные высыпания в виде крапивницы, которые проходят при снижении дозы препарата [33].

С целью повышения эффективности антибиотиков и профилактики дисбактериоза, Вобэнзим следует применять на протяжении всего курса антибиотикотерапии в дозе по 5 таблеток 3 раза в день. После прекращения курса антибиотиков для восстановления микрофлоры (биоценоза) кишечника препарат следует назначать по 2-3 таблетки в день в течение 2-х недель. Принимая во внимание тот факт, что Вобэнзим, Флогэнзим, Энзимтал, Креон, Непринол не вызывают угнетение выработки собственных энзимов и синдрома отмены, учитывая их высокую эффективность, хорошую переносимость, отсутствие токсической дозы и высокий класс безопасности, а также совместимость с различными лекарственными препаратами, эти препараты можно рекомендовать в комплексном лечении многих заболеваний [4].

Далее приведены некоторые примеры энзимотерапии. Тканевой фермент гиалуронидаза нужна организму для обратимого изменения проницаемости межклеточного вещества, в основе которого находится гиалуроновая кислота. Лекарственную форму гиалуронидазы – лидазу – вводят для размягчения рубцов, появления подвижности в суставах, рассасывания гематом.

Цитохром с – белок, участвующий в процессах тканевого дыхания. Его применяют при асфиксии новорожденных, астматических состояниях, сердечной недостаточности, различных видах гепатита и т.п.

Рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза входят в состав глазных капель для лечения вирусных конъюнктивитов. При нанесении на рану они разжижают гной, при ингаляциях уменьшают вязкость слизи, деполимеризуя нуклеиновые кислоты в мокроте.

Трипсин ингалируют при бронхолегочных заболеваниях для разжижения густой и вязкой мокроты.

Фицин используется в фармацевтической промышленности в качестве добавки к зубным пастам для удаления зубного налета.

Коллагеназу применяют для ускорения отторжения некротизированных тканей, для очистки трофических язв.

Использование ферментов в медицинских технологиях. Специфичность ферментов к определенным субстратам широко нашла применение в настоящее время в лабораторной диагностике.

Лабораторные методы основаны на взаимодействии добавляемого извне фермента с определяемым соединением. В результате возникает специфичный продукт реакции, после определения содержания последнего судят о концентрации искомого вещества (глюкозооксидазный, холестеролоксидазный методы).

Иммуноферментные методы, основанные на образовании тройного комплекса фермент-антиген-антитело. Определяемое вещество не является субстратом фермента, но является антигеном. Фермент может присоединять этот антиген вблизи от активного центра. Если в среде есть антиген, то при добавлении антител и формировании тройного комплекса активность фермента изменяется. Активность фермента измеряют любым способом [6].

Ферменты нашли широкое применение в таких отраслях промышленности, как хлебопечение, пивоварение, виноделие, чайное, кожевенное и меховое производства, сыроварение, натуральных соков, кофе, кулинария (для обработки мяса) и т.д. В последние годы ферменты стали применять в тонкой химической индустрии для осуществления таких реакций органической химии, как окисление, восстановление, дезаминирование, декарбоксилирование, дегидратация, конденсация, а также для разделения и выделения изомеров аминокислот L-ряда (при химическом синтезе образуются рацемические смеси L- и D-изомеров), которые используют в промышленности, сельском хозяйстве, медицине. Овладение тонкими механизмами действия ферментов, несомненно, предоставит неограниченные возможности получения в огромных количествах и с большой скоростью полезных веществ в лабораторных условиях почти со 100% выходом.

Ферменты используются в производстве моющих средств и бумаги, а также в технологических процессах по производству кожи и текстилей, фармацевтической промышленности (фестал, мезимфорте). В настоящее время стало возможным их применение в кормах животных.

Используемые в пищевой промышленности ферменты имеют широкий спектр применения, включающий функции синтеза и разложения (деградации). При выборе фермента для конкретного пищевого процесса следует принимать во внимание его источник и биохимические характеристики, что важно при сертификации.

Подобно другим пищевым добавкам использование ферментов в пищевых продуктах нормируется законом.

В пивоварении и винокурении для замены солода используются препараты грибных амилаз. Это удешевляет производство и сокращает расход зерна. Амилазы используются также для получения растворимого крахмала, декстрина и патоки. Продукты из овощей и фруктов, полученные с применением амилаз, содержат больше сахара и лучше усваиваются, особенно детьми. В хлебопечении амилазы ускоряют процесс созревания теста и улучшают качество хлеба.

В кондитерской промышленности используется инвертаза (сахараза) дрожжей, превращающая сахарозу в глюкозу и фруктозу, она предупреждает кристаллизацию сахарозы при высоких концентрациях.

Комплекс ферментов (цитаз) грибов, расщепляющих вещества стенок растительных клеток, используют для улучшения экстракции их содержимого (сока, эфирных масел, жиров, крахмала).

Пектиназы грибов применяют для осветления фруктовых и ягодных соков, для повышения выхода виноградного сока в виноделии, при производстве кофе. Применение пектиназ особенно эффективно при производстве сока из плодов и ягод, содержащих много пектина (черная смородина, крыжовник, слива).

Грибная глюкоамилаза применяется в пивоваренной промышленности для удаления остатков декстринов из пива. Глюкозо-изомераза используется для получения глюкозо-фруктозных сиропов, заменяющих сахарозу, что важно для улучшения рационов питания, поскольку использование в большом количестве сахарозы вредно для человека.

Лактаза применяется для получения молока без лактозы. После такой обработки оно приобретает лучшие вкусовые качества. Кроме того, некоторая часть населения не может употреблять молоко именно из-за наличия в нем лактозы, которая вызывает аллергическую реакцию. С помощью лактазы получают также сахара из молочной сыворотки, содержащей большое количество лактозы.

Большое значение имеет глюкозооксида грибов, так как она позволяет пищевым продуктам освобождаться от остатков глюкозы и молекулярного кислорода и этим повышает сроки их хранения. Глюкозооксидазу добавляют к яичному порошку, к майонезу, к пиву при его длительном хранении. С помощью этого фермента замедляется окисление аскорбиновой кислоты при обработке им овощей и фруктов. Применение ферментов облегчает получение глюконовой кислоты. Протеолитические ферменты микробного происхождения заменяют ренин в сыроделии для получения сгустка. Начинают их использовать для размягчения (тендеризации) мяса, ускорения созревания рыбы при посоле, в виноделии и пивоварении [34].

Липазы находят применение в производстве цельного сухого молока, в сыроделии для ускорения созревания сыров и придания им специфического вкуса и аромата.

Использование ингибиторов ферментов. Весьма широко применяются в настоящее время ингибиторы протеаз (контрикал, гордокс) при панкреатитах – состояниях, когда происходит активирование пищеварительных ферментов в протоках и клетках поджелудочной железы.

Ингибиторы холинэстеразы (физостигмин, прозерин) приводят к накоплению нейромедиатора ацетилхолина в синапсах и показаны при миастении, двигательных и чувствительных нарушениях при невритах, радикулитах, психогенной импотенции.

Препараты, содержащие ингибиторы моноаминоксидазы (наком, мадопар), повышают выработку нейромедиаторов катехоламинов в ЦНС при лечении паркинсонизма. Подавление активности моноаминооксидазы (разрушающей катехоламины) сохраняет нормальную передачу сигналов в нервной системе.

Ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (каптоприл, эналаприл и т.п.) используются как антигипертензивное средство и вызывают расширение периферических сосудов, уменьшение нагрузки на миокард, снижение артериального давления [29].

Аллопуринол – ингибитор ксантиноксидазы, фермента катаболизма пуринов, требуется для снижения образования мочевой кислоты и подавления развития гиперурикемии и подагры.

Ингибиторы гидроксиметилглутарил-SКоА-редуктазы (ловастатин, флувастатин, аторвастатин) применяются для снижения синтеза холестерола при атеросклерозе, заболеваниях сердечно-сосудистой системы, дислипопротеинемиях.

Ингибитор карбоангидразы (ацетазоламид) используется как мочегонное средство при лечении глаукомы, отеков, эпилепсии, алкалозах и горной болезни.

Редкое заболевание фенилкетонурия (ФКУ) — одна из форм наследственных дефектов обмена аминокислот. В нашей стране частота этого заболевания невелика: один больной ребенок приходится на семь тысяч здоровых новорожденных. Малыш рождается с генетическим дефектом, из-за которого аминокислота фенилаланин, поступающая в организм с пищевым белком, не может превращаться в тирозин, как это бывает в норме. В результате фенилаланин и его производные накапливаются в тканях и органах малыша, оказывая токсическое воздействие на нервную систему. Если не диагностировать ФКУ в период новорожденности и, соответственно, ничего не предпринимать, болезнь приведет к весьма серьезным последствиям: у ребенка разовьется выраженная умственная отсталость — олигофрения, вплоть до крайней степени — идиотии. При отсутствии своевременного лечения больные на всю жизнь останутся глубокими инвалидами, так как повернуть болезнь «вспять» невозможно. Однако неда­ром говорится, что береженого Бог бережет. Поэтому родители каждого новорожденного должны понимать, как важно вовремя обследовать ребенка, чтобы не упустить время начала лечения в случае установления диагноза ФКУ.

Ребенок с ФКУ рождается без каких-либо проявлений заболевания. Однако с началом кормления, при поступлении в организм белка грудного молока или его заменителей возникают первые микросимптомы, трудно распознаваемые не только родителями, но и педиатрами.

Так, в периоде новорожденности до начала лечения у ребенка с ФКУ возможны необоснованная вялость или беспокойство; обращают на себя внимание рассеянный, блуждающий взгляд, отсутствие улыбки, слабое двигательное оживление. К 6 месяцам у него выявляется задержка психомоторного развития: он перестает активно реагировать на происходящее; утрачивает способность узнавать мать; не переворачивается на живот; не пытается сесть.

Во втором полугодии жизни родители уже не могут не заметить непонимание речи взрослого, неумение выражать голосом и мимикой ребенка свои переживания. У детей старше трех лет нарастают умственная отсталость, возбудимость, повышенная утомляемость; нарушается поведение, что проявляется в расторможенности, психотических расстройствах [14].

Часто у нелеченых больных ФКУ моча имеет своеобразный «мышиный» запах. Иногда возникают судорожные приступы различной степени выраженности; экзематозные изменения на коже.

С первых дней после появления на свет здоровый ребенок должен очень быстро набирать темп развития, приобретая разнообразные физиологические навыки. Следите за его психомоторным развитием, постоянно консультируйтесь у врача-педиатра.

Из многочисленных наследственных заболеваний обмена веществ (а их насчитывается не менее 700) фенилкетонурия - самое «благоприятное», поскольку при ранней диагностике возможна полная реабилитация больного и его полноценная адаптация к социальной жизни, чего нельзя достигнуть при многих других видах наследственной патологии. Для раннего выявления ФКУ всем новорожденным проводится скрининг-тест (анализ крови ). Это самый надежный способ позаботиться о здоровье малыша с первых дней его рождения [24].

Единственным эффективным методом лечения больных ФКУ является специализированная диетотерапия с момента установления диагноза. Смысл диетического лечения сводится к резкому ограничению поступающего с пищей белка животного происхождения и замене его специализированными лечебными продуктами. Лечебный продукт — это сухая смесь аминокислот без фенилаланина, являющаяся практически единственным источником пищевого белка в рационе, необходимым для роста и развития ребенка. Родители детей, больных ФКУ, получают лечебные продукты в медико-генетической консультации бесплатно.

В случае выявления заболевания фенилкетонурии у новорожденного родители немедленно получают квалифицированную консультативную помощь и специализированную литературу у врача-генетика в медико-генетическом центре, консультации или кабинете по месту жительства. Госпитализации ребенка не требуется [28].

Течение беременности у женщины, являющейся носительницей гена ФКУ ничем не отличается от течения беременности здоровой женщины.

Фруктоземия—наследственное заболевание, заключающееся в непереносимости фруктозы, что связано с нарушением обмена в организме. Впервые данное заболевание описано еще в 1956 г.

Непосредственной причиной непереносимости фруктозы служит наследственный дефект в системе ферментов, располагающихся в клетках печени и принимающих непосредственное участие в ее обмене. При этом активность данных ферментов в организме больного человека составляет всего лишь 2—4% в сравнении со здоровыми. В связи с этим превращение фруктозы задерживается на определенном этапе, приводя к накоплению в организме токсических продуктов. Передается фруктоземия по аутосомно-рецессивному типу наследования[37].

Характерными проявлениями фруктоземии являются: расстройства со стороны желудочно-кишечного тракта, задержка физического развития ребенка, периодические кризы гипогликемии (резкое снижение количества глюкозы в крови) вплоть до потери сознания и шока, увеличение размеров печени. Заболевание, как правило, обнаруживается в первые недели и месяцы жизни ребенка с того момента, когда ребенок начинает получать соки и пищу, содержащую фруктозу, — сладкий чай, фруктовые соки, овощные и фруктовые пюре. При этом у ребенка появляется упорная рвота после каждого кормления, снижение аппетита и похудение, ребенок становится вялым, кожа бледная, кончики пальцев кистей и стоп, кончик носа и ушей приобретают синюшный оттенок, что носит название акроцианоза. Время от времени может появляться заторможенность, вплоть до развития комы. Увеличение размеров печени возникает несколько позднее, хотя наблюдались случаи, когда признаки поражения печени преобладали над остальными признаками фруктоземии. При этом у ребенка появлялась стойкая желтуха, в сыворотке крови при биохимическом исследовании выявлялось снижение количества белка. У детей старшего возраста и взрослых непереносимость фруктозы может проявляться только отвращением к сладкой пище [15].

При лабораторном обследовании у лиц с данным заболеванием определяется сахар в моче, что характерно для фруктозы. У многих в моче находят белок, иногда лейкоциты, возможно выведение с мочой большого количества аминокислот. Уровень сахара в крови, определяемый натощак, остается в пределах нормы или может быть несколько сниженным (норма 3,33—5,55 ммоль/л). Исследуемому предлагают выпить раствор фруктозы (из расчета 1—2 г фруктозы на 1 кг веса), после чего определяют содержание в крови и фруктозы, и глюкозы. При этом отмечается повышение количества фруктозы и снижение содержания глюкозы.

Из диеты людей, страдающих данным заболеванием, исключают сахар, фрукты и мед. Многие дети старшего возраста и взрослые, больные фруктоземией, сами избегают приема сладких блюд. Если заболевание распознано своевременно и введение углеводов с пищей ограничено, прогноз для жизни и здоровья благоприятный.

Помимо описанной выше непереносимости фруктозы, существует доброкачественная фруктозурия, которая не имеет характерных признаков. При этом заболевании происходит выведение фруктозы с мочой, а выводимый объем этого углевода зависит от количества, принятого с пищей. Кроме того, фруктозурия может в некоторых случаях развиваться на фоне хронических заболеваний печени.

Фосфат-диабет (гипофосфатемический семейный рахит) - наследственное заболевание, обусловленное нарушением реабсорбции (обратного всасывания) фосфата в почечных канальцах, характеризующееся рахитоподобными изменениями костной системы [30].

Заболевание передается по доминантному типу, сцепленному с полом. При фосфат-диабете нарушены энзиматические (ферментные) процессы преобразования витамина D в активные гормоноподобные субстанции при снижении чувствительности эпителия кишечника к действию этих метаболитов (продуктов обмена). Мужчины передают заболевание дочерям, женщины - детям обоих полов. Заболевание развивается вследствие первичного дефекта в ферментативных системах верхних почечных канальцев, участвующих в реабсорбции фосфатов, повышенной чувствительности эпителия почечных канальцев к паратгормону (гормону околощитовидных желез), а также к синтезу метаболитов витамина D, обладающих фосфатурическим действием. Повышенное выделение фосфора с мочой приводит к гипофосфатемии (пониженному содержанию фосфатов в крови), повышению активности щелочной фосфатазы, нарушениям фосфорно-кальциевого обмена и возникновению костных деформаций. Исследования костной ткани отмечают нарушение структуры гаверсовых каналов (каналов костной ткани) и трабекул. Зоны усиленного образования остеоидной (костной) ткани чередуются с участками остеопороза.

Первые симптомы заболевания появляются в возрасте 1-2 лет. Отмечаются задержка роста, деформация скелета (О-образные искривления нижних конечностей, рахитические "браслеты" на руках), мышечная гипотония.

Фосфат-диабет имеет сходные черты с обычным витамин-В-дефицитным рахитом, но отличается от него тем, что при данном заболевании нет признаков интоксикации, а общее состояние больного удовлетворительное.

В отличие от рахита процессы остеомаляции (рассасывания кости) и остеоидной гиперплазии (разрастания кости) выражены преимущественно в костях нижних конечностей (деформация коленных и голеностопных суставов). Без лечения болезнь прогрессирует. Рентгенологически обнаруживаются те же изменения, что и при рахите, но патология особенно резко выражена в костях нижних конечностей. Структура губчатого вещества кости грубоволокнистая. Аналогичные изменения костей обнаруживаются у одного из родителей. Содержание фосфора в крови больных снижено; уровень кальция не изменен. С мочой фосфатов выделяется в 4-5 раз выше нормы [39].

Диагноз ставят на основании клинической картины, лабораторных данных и рентгенологических исследований костей. В норме содержание неорганического фосфата в сыворотке крови составляет 2-7 мг на 100 мл. Активность щелочной фосфатазы в 2-4 раза превышает нормальные показатели. На рентгенограмме определяются поражение метафизов и признаки остеомаляции. Дифференциальный диагноз проводят с рахитом и рахитоподобными заболеваниями.

Лечение проводят высокими дозами витамина D, начиная с 10-25 тыс. ME в сутки и постепенно увеличивая дозу на 10-15 тыс. ME вплоть до нормализации фосфатов в крови. При улучшении состояния назначают поддерживающие дозы - 1-5 тыс. ME с перерывами лечения на 3-7 дней. Следят за уровнем активности щелочной фосфатазы и динамикой рентгенологических изменений костей. Лечение проводят под контролем артериального давления, содержания кальция в моче и остаточного азота крови. Хорошим терапевтическим эффектом обладают метаболиты витамина D - 2,5-гидроксихолекальциферол и 1,25-дигидроксихолекальциферол.

Профилактика направлена на раннее выявление фосфат-диабета и коррекцию фосфорно-кальциевого обмена [9].

Гликогенная болезнь объединяет группу заболеваний, при которых нарушены процессы расщепления и синтеза гликогена, что сопровождается его избыточным накоплением в клетках печени, почек, мышц или развитием генерализованного гликогенеза, т. е. отложением этого углевода во всевозможных органах и тканях организма одновременно. Впервые заболевание описано в 1901 г. Предполагается аутосомно-рецессивный тип наследования этого заболевания. Всего в настоящее время выделяют 12 типов гликогенозов, хотя достаточно изучены только 6 из них [11].

I тип — печеночно-почечный гликогеноз (болезнь Гирке). Основными проявлениями болезни являются увеличение размеров печени, задержка роста, снижение количества сахара и увеличение содержания липидов в сыворотке крови. В первые недели жизни ребенка можно заметить, что он становится вялым, мало двигается, снижается аппетит вплоть до полного его отсутствия, иногда появляется рвота, ребенок не набирает достаточного веса, что приводит к развитию гипотрофии. Увеличение размеров печени является обязательным признаком болезни. Значительное увеличение размеров живота приводит к искривлению позвоночника в поясничном отделе. Могут увеличиваться размеры почек, размеры селезенки остаются в пределах нормы. У некоторых детей в связи с резким снижением содержания глюкозы в крови могут возникать судороги и кома. Нарушений со стороны желудочно-кишечного тракта обычно не бывает. В том случае, если ребенка вовремя не кормить, он становится бледным, вялым, развивается потливость. Нервно-психическое развитие ребенка остается нормальным. Маленький рост, излишнее отложение жира в подкожной клетчатке у более старших детей придает ребенку типичный «кукольный» вид.

При биохимическом исследовании крови обнаруживается снижение содержания глюкозы, содержание холестерина, наоборот, повышено. В моче достаточно часто обнаруживается белок, иногда глюкоза, часто ацетон. При нагрузке глюкозой содержание сахара в крови значительно повышается и медленно падает, что напоминает сахарную кривую при диабете.. Исследование концентрации сахара в течение суток выявляет значительные колебания: натощак количество глюкозы находится на предельно низких цифрах, после приема пищи ее содержание резко повышается. При специальных методах исследования выявляется большое количество гликогена в лейкоцитах — белых клетках крови. В кусочках печени, полученных при биопсии, также обнаруживают значительное накопление гликогена [35].

Тип II - (форма Помпе). При II типе гликогеноза в большинстве тканей организма откладывается гликоген. Его содержание в мышцах достигает 10—20%, в сердечной мышце — 6—12%. Значительные количества гликогена обнаруживаются в печени, почках, нервной системе. Основные признаки заболевания этого типа включают в себя симптомы поражения сердечно-сосудистой или нервно-мышечной систем. Вскоре после рождения у ребенка развиваются общий цианоз (синюшная окраска всех кожных покровов), расстройствадыхания, беспокойство, в последующем ребенок становится малоподвижным. Кроме того, можно отметить необычно большие размеры языка, сонливость, снижение мышечного тонуса. Размеры сердца увеличиваются, оно приобретает шаровидную форму, появляется шум. Внешний вид у некоторых детей уже при рождении имеет большое сходство с проявлениями болезни Дауна. Дети обычно погибают на 1 -м году жизни от сердечной недостаточности или от пневмонии. Преобладание нервно-мышечных расстройств выражается в мышечной дистрофии, с момента рождения обнаруживается снижение мышечного тонуса, рефлексы вялые, трудно вызываются. Мышечная слабость прогрессирует, ребенок не может держать голову и сохранять позу вследствие полного отсутствия мышц конечностей. При исследовании кусочков ткани печени и мышц обнаруживается накопление гликогена в клетках. Содержание сахара в крови, сахарные кривые и другие пробы с нагрузкой обычно остаются в пределах нормы.

Тип III. В настоящее время известны различные варианты III типа болезни, обозначаемые буквами А, В, С. Эти варианты отличаются друг от друга различными соотношениями содержания гликогена в печени и в мышцах. Так, при самой частой форме — лимитдекстринозе А — наибольшие количества гликогена содержатся в печени, мышцах, эритроцитах. Проявления данного типа гликогеноза весьма разнообразны: возможно развитие мышечной дистрофии, отмечаются увеличение размеров живота за счет увеличения печени, снижение мышечного тонуса, снижение рефлексов. В некоторых случаях выявляются признаки поражения сердечной мышцы — увеличение размеров сердца, характерные изменения на ЭКГ. У взрослых заболевание может проявляться только признаками поражения мышц. Сахар крови обычно снижен, в моче часто обнаруживается ацетон.

Тип IV. Ведущими признаками этого типа гликогеноза являются увеличение размеров печени и селезенки и развитие цирроза печени.

Тип V. В 1951 г. впервые была описана своеобразная болезнь, при которой отмечались боли в мышцах и развивалась общая слабость после физической нагрузки. Позднее было доказано существование болезни накопления — нейромышечного гликогеноза, связанного с недостаточностью определенного фермента. Кроме слабости мышц, при этом типе гликогенной болезни обнаруживаются мышечные спазмы, учащение сердцебиения. В мышечной ткани содержатся избытки гликогена.

Поражение печени в виде увеличения ее размеров (гепатомегалия) отмечено при VI типе гликогенной болезни, а также при ряде других менее изученных типов.

VII тип гликогенной болезни проявляется признаками мышечной слабости, повышенным утомлением после физической нагрузки, отсутствием появления в мышцах молочной кислоты, которая образуется в здоровом организме после физической нагрузки. При исследовании мышечной ткани, полученной путем биопсии, в ней обнаруживается 2—9% гликогена [31].

Специфического лечения гликогенной болезни пока не существует, хотя сделаны первые попытки введения больным недостающих ферментов. Рекомендуются частые приемы пищи, богатой углеводами, с низким содержанием жира. В некоторых случаях наблюдается эффект от применения гормона глюкагона. В остальном лечение направлено на устранение всех симптомов. При V типе болезни необходимы ограничения физических нагрузок. При угрозе чрезмерного снижения количества глюкозы в крови рекомендуются частые приемы пищи, богатой углеводами.

Прогноз. При I типе заболевания прогноз может оказаться неблагоприятным для детей до четырех лет из-за снижения сопротивляемости организма по отношению к инфекции, а также частого чрезмерного снижения содержания в крови глюкозы. Однако до и в период полового созревания дети развиваются вполне удовлетворительно. Очень неблагоприятен прогноз при II типе: дети рано погибают от сердечной недостаточности. Таков же прогноз и при IV типе, при котором причиной смерти служат печеночная недостаточность и пневмония. При III и V типах прогноз благоприятен. Вследствие недостаточного числа наблюдений пока не представляется возможным судить о прогнозе при VI и других типах гликогенной болезни [18].

В данной работе рассмотрено одно из биологически активных веществ, а именно - ферменты. Ферменты являются биологическим катализатором белковой природы, ускоряющим химические реакции в живых организмов и вне их. Ферменты обладают уникальными свойствами, которые отличают их от обычных органических катализаторов. Это, прежде всего, необычно высокая каталитическая активность. Другое важнейшее свойство ферментов - это избирательность их действия.

Важным свойством ферментов, которое необходимо учитывать при их практическом пользовании, является стабильность, т.е. их способность сохранять каталитическую активность.

Благодаря высокой специфичности ферментов в организме не воцаряется хаос: каждый фермент выполняет строго отведённые ему функции, не влияя на течение многих десятков и сотен других реакций, происходящих в его окружении. Роль ферментов в жизнедеятельности организмов велика.

Будущее ферментов очень интересно. Технология обнаружения и производства новых ферментов развивается с большой скоростью. Прежде применение и производство ферментов развивалось большей частью за счет попыток и ошибок. Так как детали, влияющие на химию и действие ферментов, были известны плохо, то в препаратах использовались смеси наиболее универсальных ферментов. Благодаря новым исследованиям при производстве сбываемой продукции возможно использование более специфичных ферментов [38].

Сегодня развивающиеся технологии с каждым днем раскрывают все новые чудеса сотворения жизни, и "биомиметика" как наука избирает примерами превосходные системы в организмах живых существ, создавая по их образу и подобию изобретения для пользы и блага людей. Учёные попытаются найти химические аналоги ферментов и на их основе создать новые промышленные процессы [19].

Обладая высокой степенью избирательности, ферменты используются живыми организмами для осуществления, с высокой скоростью, огромного разнообразия химических реакций. Они сохраняют свою активность не только в микропространстве клетки, но и вне организма. Ферменты нашли широкое применение в таких отраслях промышленности, как хлебопечение, пивоварение, виноделие, чайное, кожевенное и меховое производства, сыроварение, кулинария (для обработки мяса) и т.д. В последние годы ферменты стали применять в тонкой химической индустрии для осуществления таких реакций органической химии, как окисление, восстановление, дезаминирование, декарбоксилирование, дегидратация, конденсация, а также для разделения и выделения изомеров аминокислот L-ряда (при химическом синтезе образуются рацемические смеси L- и D-изомеров), которые используют в промышленности, сельском хозяйстве, медицине. Овладение тонкими механизмами действия ферментов, несомненно, предоставит неограниченные возможности получения в огромных количествах и с большой скоростью полезных веществ в лабораторных условиях почти со 100% выходом.

В настоящее время развивается новая отрасль науки - промышленная энзимология, являющаяся основой биотехнологии. Фермент, ковалентно присоединенный ("пришитый") к любому органическому или неорганическому полимерному носителю (матрице), называют иммобилизованным. Техника иммобилизации ферментов допускает решение ряда ключевых вопросов энзимологии: обеспечение высокой специфичности действия ферментов и повышения их стабильности, простоту в обращении, возможность повторного использования, применение их в синтетических реакциях в потоке. Применение подобной техники в промышленности получило название инженерной энзимологии. Ряд примеров свидетельствует об огромных возможностях инженерной энзимологии в различных областях промышленности, медицины, сельского хозяйства. В частности, иммобилизованную в-галактозидазу, присоединенную к магнитному стержню-мешалке, используют для снижения содержания молочного сахара в молоке, т.е. продукта, который не расщепляется в организме больного ребенка с наследственной непереносимостью лактозы. Обработанное таким образом молоко, кроме того, хранится в замороженном состоянии значительно дольше и не подвергается загустеванию.

Разработаны проекты получения пищевых продуктов из целлюлозы, превращения ее с помощью иммобилизованных ферментов - целлюлаз - в глюкозу, которую можно превратить в пищевой продукт - крахмал. С помощью ферментной технологии в принципе можно также получить продукты питания, в частности углеводы, из жидкого горючего (нефти), расщепив его до глицеральдегида, и далее при участии ферментов синтезировать из него глюкозу и крахмал. Несомненно, имеет большое будущее моделирование при помощи инженерной энзимологии процесса фотосинтеза, т.е. природного процесса фиксации СО₂; помимо иммобилизации, этот жизненно важный для всего человечества процесс потребует разработки новых оригинальных подходов и применения ряда специфических иммобилизованных коферментов [23].

В качестве примера иммобилизации ферментов и использования их в промышленности приводим схему непрерывного процесса получения аминокислоты аланина и регенерации кофермента (в частности, НАД+) в модельной системе. В этой системе исходный субстрат (молочная кислота) подается при помощи насоса в камеру-реактор, содержащий иммобилизованные на декстране НАД+ и две НАД-зависимые дегидрогеназы: лактат- и аланиндегидрогеназы; с противоположного конца реактора продукт реакции - аланин - удаляется с заданной скоростью методом ультрафильтрации.

Подобные реакторы нашли применение в фармацевтической промышленности, например при синтезе из гидрокортизона антиревматоидного препарата преднизолона. Кроме того, они могут служить моделью для применения с целью синтеза и получения незаменимых факторов, поскольку при помощи иммобилизованных ферментов и коферментов можно направленно осуществлять сопряженные химические реакции (включая биосинтез незаменимых метаболитов), устраняя тем самым недостаток в веществах при наследственных пороках обмена. Таким образом, при помощи нового методологического подхода наука делает свои первые шаги в области "синтетической биохимии".

Не менее важными направлениями исследований являются иммобилизация клеток и создание методами генотехники (генного инженерного конструирования) промышленных штаммов микроорганизмов - продуцентов витаминов и незаменимых аминокислот. В качестве примера медицинского применения достижений биотехнологии можно привести иммобилизацию клеток щитовидной железы для определения тиреотропного гормона в биологических жидкостях или тканевых экстрактах. На очереди - создание биотехнологического способа получения некалорийных сластей, т.е. пищевых заменителей сахара, которые могут создавать ощущение сладости, не будучи высококалорийными. Одно из подобных перспективных веществ - аспартам, который представляет собой метиловый эфирдипептида - аспартилфенилаланина (см. ранее). Аспартам почти в 300 раз слаще сахара, безвреден и в организме расщепляется на естественно встречающиеся свободные аминокислоты: аспарагиновую кислоту (аспартат) и фенилаланин. Аспартам, несомненно, найдет широкое применение, как в медицине, так и в пищевой промышленности (в США, например, его используют для детского питания и добавляют вместо сахара в диетическую кока-колу). Для производства аспартама методами генотехники необходимо получить не только свободную аспарагиновую кислоту и фенилаланин (предшественники), но и бактериальный фермент, катализирующий биосинтез этого дипептида.

Значение инженерной энзимологии, как и вообще биотехнологии, возрастет в будущем. По подсчетам специалистов, продукция всех биотехнологических процессов в химической, фармацевтической, пищевой промышленности, в медицине и сельском хозяйстве, полученная в течение одного года в мире, будет исчисляться десятками миллиардов долларов к 2000 г. В нашей стране уже к 2000 г. будет налажено получение методами генной инженерии L-треонина и витамина В2. Уже к 1998 г. предполагается производство ряда ферментов, антибиотиков, б1-, в-, г-интерферонов; проходят клинические испытания препараты инсулина и гормона роста. Гибридомной техникой в стране налажен выпуск реактивов для иммуноферментных методов определения многих химических компонентов в биологических жидкостях.

Область исследований энзимопатологии является теоретической, фундаментальной частью патологии. Она призвана изучать молекулярные основы развития патологического процесса, основанные на данных нарушения механизмов регуляции активности или синтеза индивидуального фермента или группы ферментов. Обладая высокой каталитической активностью и выраженной органотропностью, ферменты могут быть использованы в качестве самых тонких и избирательных инструментов для направленного воздействия на патологический процесс. Как известно, из более чем 5000 наследственных болезней человека молекулярный механизм развития выяснен только у 2-3 десятков. Считают, что развитие болезни чаще всего связано с наследственной недостаточностью или полным отсутствием синтеза одного-единственного фермента в организме больного. Иногда болезни называют также энзимопатиями. Так, галактоземия-наследственное заболевание, при котором наблюдается ненормально высокая концентрация галактозы в крови. Болезнь развивается в результате наследственного дефекта синтеза фермента гексозо-1-фосфат-уридилтрансферазы, катализирующего превращение галактозы в легкометаболизируемую глюкозу. Причиной другого наследственного заболевания - фенилкетонурии, сопровождающейся расстройством психической деятельности, является потеря клетками печени способности синтезировать фермент, катализирующий превращение фенилаланина в тирозин[16].

Энзимопатология успешно решает и проблемы патогенеза соматических болезней; ведутся работы по выяснению молекулярных основ атеросклероза, злокачественного роста, ревматоидных артритов и др. Нетрудно представить огромную роль ферментных систем или даже отдельных ферментов, нарушение регуляции активности и синтеза которых приводит к формированию или развитию патологического процесса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник.-3-е изд., перераб. и до.- М.:Медицина, 2004.-704с.-(Учеб. лит. Для студентов мед. вузов).

2. Биохимические основы жизнедеятельности человека: учеб. пособие для студентов/ [Ю.Б. Филиппович, А.С. Коничев, Г.А. Севастьянова, Н.М. Кутузова].- М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2005.- 407с.

3. Биохимия: Учебник/ Под ред. Е.С. Северина.- 4-е изд., испр.- М.:ГЭОТАР - Медиа, 2006.-784с.

4. Бышевский А.Ш.,Терсенов О.А.Биохимия для врача. - Екатеринбург,"Уральский рабочий". - 1994. - 384 с.

5. Варфоломеев С.Д.Химическая энзимология (Классический университетский учебник)М.: Издательский центр "Академия", 2005. — 444с.

6. Д. Мецлер. Биохимия. Химические реакции в живой клетке. В трех томах. 1980 год. Том 1. 408 стр.

7. Д. Фрайфельдер. Физическая биохимия. Применение физико-химических методов в биохимии и молекулярной биологии. 1990 год, 580 с.

8. Зилва Дж.Ф.,Пеннэлл П.Р.Клиническая химия в диагностике и лечении. - М.: Медицина. - 1988. - 528 с.

9. И.Г. Щербак. Биологическая химия. Учебник. 2005 год. 486 стр.

10. И.М.Рослый, С.В.Абрамов, В.И. Покровский. Ферментемия-адаптивный механизм или маркер цитолиза?/Вестник Российской Академии Медицинских наук.М.:Медицина,2002г.№8.с3-8.

11. Клиническая биохимия: учебное пособие/ под ред. В.А.Ткачука- 3-е изд., исп. и доп.- М.: ГЭОТАР-Медиа,2008.-264с.

12. Козлова С.И. «Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование» - М., 1996

13. Кон Р.М.,Рот К.С.Ранняя диагностика болезней обмена веществ. - М.: Медицина. - 1986. - 640 с.

14. Коркина М.В., Лакосина Н.Д., Личко А.Е., К 66 Психиатрия: Учебник. - М.: Медицина, 1995. - 608 с.

15. Малюта Н.Г. Ферменты и биологически активные вещества /Учебное пособие. - Кемерово, КузГТУ, 2010. - 71 с.

16. Марри, Греннер, Мейес, Родуэлл. Биохимия человека. В 2-х томах. 1993 год. 385+418 стр.

17. Мусил Я.Основы биохимии патологических процессов.- М.:Москва.- 1985. - 314 с.

18. Нейрохимия. Учебник для биологических и медицинских вузов под ред. акад. РАМН И.П. Ашмарина и проф. П.В. Стукалова. Москва: Издательство Института биомедицинской химии РАМН. 1996 г. с. 401-406

19. Основы физиологии человека (в 2-х томах под ред. Б.И.Ткаченко). - С.-Петербург. - 1994. - Т.1. - 567 с.

20. Патологическая физиология (под ред. А.Д. Адо и В.В.Новицкого).- Томск, Изд-во Томского у-та. - 1994. - 468 с.

21. Патофизиология (курс лекций под ред.П.Ф.Литвицкого). М.: Медицина. - 1995. - 752 с.

22. Плакунов В.К. Основы энзимологии/М.: Логос, 2001. - 128 с.

23. Попова, Т.Н. Рахманова Т.И., Попов С.С. Медицинская энзимология //Учебное пособие. - Воронеж:/ Изд-во ВГУ, 2008 г. - 64 с.

24. Рональд Комер Основы патопсихологии (Ronald Comer "Fundamentals of Abnormal Psychology", 2nd ed., 2001)

25. Теппермен Дж.,Теппермен Х.Физиология обмена веществ и эндокринной системы. - М.:Медицина. - 1989. - 656 с.

26. Цыганенко А.Я., В.И.Жуков, В.В. Мясоедов, И.В. Завгородний. Клиническая биохимия (Учебное пособие для студентов медицинских вузов)- М.:ТриадаХ-2002, 504с.

27. Чернов Н.Н. Ферменты в клетке и пробирке (статья) //Соросовский образовательный журнал №5, 1996

28. Шалимов В.Ф. Клиника интеллектуальных нарушений. - М.: Издательский центр «Академия», 2002. - 112 с.

29. Эндокринология и метаболизм (в 2-х томах под ред. Ф.Фелига) - М.: Медицина. - 1985. - Т.2. - 416 с.

30. Abelson John N., Simon Melvin I. (ed.-in-chief) Methods in enzymology. Vol. 369 Elsevier Inc. , 2003. - 569 p.

31. Beynon R., Bond J. Proteolytic Enzymes: A Practical Approach 2001. - 340 p. ISBN: 019963663X

32. Bisswanger H. Practical Enzymology 376 pages Publisher: Wiley-VCH; 2 edition (June 28, 2011)

33. Bugg T.D.H. Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry 2nd ed. Blackwell Publishing. 2004. 303 p.

34. Burgess R. Methods in Enzymology. Guide to Protein Purification Academic Press; 2 edition, vol. 463 (December 3, 2009) 912 pages ISBN-10: 0123749786

35. Copeland R.A. Enzymes. A Practical Introduction to Structure, Mechanism, and Data Analysis 2nd edition. Wiley-VCH, Inc. 2000. - 390 p.

36. Kenneth B.T. Enzyme Kinetics and Mechanisms Kluwer Academic Publishers, 2004, Pages: 227, ISBN: 1402007280

37. Polaina J., MacCabe A.P. (ed.). Industrial Enzymes. Structure, Function and Applications Springer, 2007, 641 p.

38. Sauro H.M. Enzyme Kinetics for Systems Biology Ambrosius Publishing, 2011. - 319 p.

39. Walter N.G. (Ed.) Methods in Enzymology. Single Molecule Tools, Part B: Super-Resolution, Particle Tracking, Multiparameter, and Force Based Methods Academic Press, 2010. - 695 p. - Methods in Enzymology, Volume 475.

Код для цитирования: Скопировать