Предмет и задачи биологической химии. Обмен веществ и энергии, ие­рархическая структурная организация и самовоспроизведение как важ­нейшие признаки живой материи. 5 страница

В последнее время стали применять ферменты рестрикции – специфические эндонуклеазы катализирующие разрывы межнуклео-тидных связей ДНК, для диагностики фенилкетонурии, α- и β-талассемии и других наследственных болезней человека. Метод основан на полиморфизме рестрикционных фрагментов ДНК.

Из представленных данных следует, что диагностическая энзимология может служить основой не только для постановки правильного и своевременного диагноза болезни, но и для проверки эффективности применяемого метода лечения.

Дальнейшее развитие диагностической энзимологии преимущественно идет по двум перспективным направлениям медицинской энзимологии: по пути упрощения и рациональной модификации уже испытанных методов и по пути поиска новых органоспецифических (тканеспецифических) ферментов и изоферментов.

Третье направление медицинской энзимологии – энзимотерапия, т.е. использование ферментов и модуляторов (активаторов иингибиторов) действия ферментов в качестве лекарственных средств, имеет пока небольшую историю. До сих пор работы в этом направлении почти не выходят за рамки эксперимента. Исключение составляют некоторые про-теиназы: пепсин, трипсин, химотрипсини их смеси (абомин, химопсин), которые применяют для лечения ряда болезней пищеварительного тракта. Помимо протеиназ, ряд других ферментов, в частности РНКаза, ДНКаза, гиалуронидаза, коллагеназы, эластазы, отдельно или в смеси с протеина-зами используются при ожогах, для обработки ран, воспалительных очагов, устранения отеков, гематом, келоидных рубцов, кавернозных процессов при туберкулезе легких и др. Ферменты применяются также для лечения сердечно-сосудистых заболеваний, растворениясгустков крови. В нашей стране разработан первый в мире препарат иммобилизованной стрептокина-зы, рекомендованный для лечения инфаркта миокарда. Калликреины – ферменты кининовой системы используются для снижения кровяного давления.

Важной и многообещающей областью энзимотерапии является применение ингибиторов ферментов. Так, естественные ингибиторы протеиназ (α₁-трипсин, α₁-химотрипсин, α-макроглобулин) нашли применение в терапии острых панкреатитов, артритов, аллергических заболеваний, при которых отмечается активация протеолиза и фибринолиза, сопровождающаяся образованием вазоактивных кининов.

В последнее время получило признание применение в онкологической клинике ферментов бактериальной природы в качествелекарственных средств. Широко используется L-аспарагиназа (выпускается в промышленных количествах и L-глутамин(аспарагин)аза для лечения острых и хронических форм лейкозов и лимфогранулематозов. Более десятка описанных в литературе бактериальных ферментов испытаны в основном на животных с перевивными опухолями или на раковых клетках опухолей человека и животных, выращенных в культуре ткани. Основными постулатами применения ферментов в онкологии являются различия в метаболизме клетокопухолей по сравнению с обменом в нормальной, здоровой, клетке. В частности, современные стратегия и тактика энзимотерапии опухолевых поражений учитывают разную чувствительность нормальных и опухолевых клеток к недостатку (дефициту) незаменимых (так называемых эссенциальных) факторов роста. К таким ростстимулирующим факторам относятся не только пищевые факторы (витамины, незаменимые аминокислоты, макро- и микроэлементы), но и ряд так называемых заменимых веществ, включая заменимые аминокислоты, к недостатку которых опухолевая клетка оказывается в силу особенностей ее обмена более чувствительной, чем нормальная. Лечебный эффект, например, L-аспарагиназы и L-глутамин (аспа-рагин)азы при лейкозах, вероятнее всего, объясняется необратимым распадом как глутамина, так и аспарагина. Оказалось, что опухолевые клетки для своего роста и размножения нуждаются в аминокислотах из организма, поскольку сами лишены способности синтезировать амиды аминокислот, в то время как нормальные клетки наделены этой способностью. Был сделан вывод о том, что амидный азот глутамина и аспарагина выполняет в клетках ряд уникальных функций, которые лучше выяснены для глута-мина. В частности, амидный азот глутамина оказался абсолютно необходимым и не заменимым другими аминокислотами источником атома азота минимум в 10 реакциях синтеза, например, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, соответственно ДНК и РНК, АТФ, ге-ксозаминов, гистидина и др. Таким образом, не лишена основания гипотеза, что любой фермент или агент, катализирующий необратимое расщепление незаменимого для опухолевойклетки пищевого фактора (включая аминокислоты), может в принципе быть применен в энзимотерапии опухолей, если будут устранены ограничения, связанные с белковой природой фермента. В оценке эффективности ферментов в экспериментальной и клинической онкологии имеется немало противоречий и очень много пробелов. Положительные результаты, отмеченные в ряде случаев, вселяют надежду, что приготовление стандартных ферментных препаратов (включая создание иммобилизованных форм) в промышленных масштабах и их разумное применение в клинике, организованное на строгой научной основе, несомненно дадут в руки врачей еще одно ценное оружие в борьбе с опухолевыми заболеваниями человека.

Идея применения ферментов в качестве лекарственных средств (фармакологии ферментов) всегда казалась заманчивой. Однако их нестабильность, короткий период полураспада, нежелательные антигенные свойства, связанные с белковой природой ферментов и опасностью развития аллергических реакций, трудности доставки к пораженным органам и тканям (мишеням) существенно ограничивали возможности использования ферментных препаратов. В разработке методов иммобилизации ферментов наметились конкретные пути преодоления указанных трудностей: применение водорастворимых, биосовместимых носителей, например полимолочной кислоты (легко разлагается в организме), использование методов химической модификации имикрокапсулирования, приготовление моно- и поликлональных антител и ферментсодержащих липосом и т.д.

В последнее время интенсивно разрабатываются методы направленного транспорта ферментов, заключенных в своеобразные микроконтейнеры (тени эритроцитов, липосомы и др.), к внешней поверхности которых могут быть прикреплены адресные (векторные) белковые молекулы (например, иммуноглобулины – антитела против специфических компонентов органа или ткани-мишени, в частности опухоли). Иммобилизованные ферменты в качестве лекарственных средств начали применять в специальных колонках для экстракорпоральной перфузии крови (типа искусственной почки). Такое лечение полностью исключает нежелательные воздействия наорганизм чужеродного белка и может проводиться длительное время.

29.Обмен веществ: питание, метаболизм и выделение продуктов метабо­лизма. Органические и минеральные компоненты пищи. Основные и минорные компоненты.

Условно процесс обмена веществ можно разделить на три этапа:

Первый этап — ферментативное расщепление белков, жиров и углеводов до растворимых в воде аминокислот, моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений, происходящее в различных отделах желудочно-кишечного тракта, и всасывание их в кровь и лимфу.

Второй этап — транспорт питательных веществ кровью к тканям и клеточный метаболизм, результатом которого является их ферментативное расщепление до конечных продуктов. Часть этих продуктов используется для построения составных частей мембран, цитоплазмы, для синтеза биологически активных веществ и воспроизведения клеток итканей. Расщепление веществ сопровождается выделением энергии, которая используется для процесса синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма в целом.

Третий этап — выведение конечных продуктов метаболизма в составе мочи, кала, пота, через легкие в виде CO₂ и т. д

Для обеспечения всех этапов метаболизма организму необходимо питаться.

Современные исследования подтверждают жизненную важность минеральных элементов. Выявлены новые стороны их биологического действия, что позволило выделить большую группу биологически активных веществ - биомикроэлементов. Изучение минеральных веществ как необходимой составной части питания тесно связано c предупреждением распространения и ликвидацией ряда эндемических заболеваний: эндемического зоба, флюороза, кариеса, стронциевого рахита и др. Значительный вклад в развитие учения o биологическом значении минеральных элементов внесли исследования акад, B. И. Вернадского, который является основоположником учения о связи и сочетанности эволюционных процессов в химическом составе, происходящих в земной коре и организмах. B изучении роли минеральных элементов в возникновении некоторых эндемических заболеваний видное место занимают исследования акад. A. П. Виноградова, который создал учение о "биогеохимических провинциях", т. e. территориях c повышенным или недостаточным содержанием микроэлементов. Физиологическое значение минеральных элементов в основном определяется их участием в:

1. структуре и функции большинства ферментных систем и процессов, протекающих в организме;

2. пластических процессах и построении тканей организма, особенно костной ткани, где фосфор и кальций являются основными структурными компонентами;

3. поддержании кислотно-щелочного состояния в организме;

4. поддержании нормального солевого состава крови и участия в структуре форменных ее элементов;

5. нормализации водно-соленого обмена. Физиологическое влияние минеральных элементов значительно шире их биологического их действия.

Оно распространяется на все системы организма и процессы, протекающие в них. Особая роль принадлежит минеральным веществам в поддержании в организме кислотно-щелочного состояния. Последнее необходимо для обеспечения постоянства внутренней среды организма. Обмен веществ и все биохимические процессы в организме протекают в условиях постоянства внутренней среды. Последнее обеспечивается различными регуляторными и буферными системами, a также многими другими факторами, среди которых наиболее важным является кислотно-щелочное состояние. Оно поддерживается работой сложной системы регуляторов, объединенных в единое целое центральной нервной системой. Кислотно-щелочное состояние обеспечивает создание необходимой концентрации водородных ионов в клетках и тканях, межтканевых и межклеточных жидкостях и сообщает им осмотические свойства, необходимые для нормального течения процессов обмена

Незаменимые элементы пищи различны для разных видов живых организмов. Например, большинство видов млекопитающих синтезируют свою собственную аскорбиновую кислоту . Следовательно, она не считается незаменимой для этих животных . Но она является незаменимым элементом в пище людей , которые нуждаются во внешних источниках аскорбиновой кислоты (известной как витамин C в контексте питания). Потребности организма человека колеблются широко. Так, человек массой 70 кг содержит 1,0 кг кальция , но только 3 мг кобальта. Многие незаменимые элементы пищи при приёме в чрезмерных количествах токсичны, что приводит к возникновению патологическогосостояния (напр., гипервитаминоза). Другие же можно потреблять без видимого вреда в количествах, больших, чем в типичном суточном рационе. Дважды Нобелевскийлауреат Лайнус Полинг о витамине B3 (известном также как ниацин и ниацинамид) как-то сказал: «Меня ошеломила его очень низкая токсичность при том, что он оказывает такое значительное физиологическое влияние. Ежедневный приём крошечной малости, 5 мг, достаточен для того, чтобы сохранить жизнь умирающему от пеллагры , но у него нет токсичности в количествах в десятки тысяч раз больших, которые [иногда] можно принять без вреда» ^[4] К незаменимым элементам пищи человека относят следующие четыре категории: