Большая часть кислорода, потребляемого клеткой (около 80 %), используется, как указано, в митохондриях с участием цитохромоксидазы. Это так называемый оксидазный путь. При этом происходит полное восстановление кислорода, причем субстрат не реагирует с кислородом непосредственно. Данный путь дает клетке энергию в виде АТФ. Помимо цитохромоксидазы существуют другие оксидазы (ФМН и ФАД-зависимые), которые катализируют реакции окисления веществ с образованием перекиси водорода.
Наряду с этим существует другой путь окисления – оксигеназный. Он не дает клетке энергии, кислород включается в субстрат с образованием новой гидроксильной или карбоксильной группы. Этот путь происходит в основном в мембранах эндоплазматического ретикулума (микросомах). Путем микросомного окисления осуществляется α- и ω- окисление жирных кислот, синтез ненасыщенных жирных кислот, стероидов. Таким путем обезвреживаются ксенобиотики, т. е. чужеродные для организма вещества (лекарства, ядохимикаты, косметические препараты). Ферменты, осуществляющие такое окисление, называются оксигеназами. Различают диоксигеназы, которые включают в молекулу субстрата два атома молекулы кислорода. Более распространены в клетках монооксигеназы (гидроксилазы). Они катализируют реакции, при которых в молекулу субстрата включается один атом из молекулы кислорода, второй же атом кислорода восстанавливается при этом до воды. Монооксигеназные системы представляют собой короткие цепи переноса электронов и протонов, источником которых служит чаще всего восстановленный НАДФ+, реже НАД+ или аскорбиновая кислота. Активатором кислорода при этом является цитохром Р450 – одноцепочечный хромопротеин с молекулярной массой 50 кДа.

Первый фермент цитратсинтаза ингибируется АТФ, жирными кислотами. Лимитирующим ферментом (катализирует самую медленную реакцию) является изоцитратДГ. Он активируется АДФ, НАД+, ингибируется АТФ, восстановленной формой НАДН•Н+. Когда в клетке достаточно АТФ (покой), скорость цикла снижается, при распаде же АТФ образуется АДФ, который активирует самую медленную реакцию и, следовательно, скорость всего цикла в целом.
Познакомившись с центральными путями метаболизма, основное назначение которых — отделение от субстратов атомов водорода, проследим за судьбой этих атомов, за тем, как происходит их окисление кислородом до воды.

1.Водороддонорная функция. Цикл Кребса поставляет субстраты для дыхательной цепи (НАД-зависимые субстраты: изоцитрат, -кетоглутарат, малат; ФАД-зависимый субстрат – сукцинат).
2.Катаболическая функция. В ходе ЦТК окисляются до конечных продуктов обмена
ацетильные остатки, образовавшиеся из топливных молекул (глюкоза, жирные кислоты, глицерол, аминокислоты).
3.Анаболическая функция. Субстраты ЦТК являются основой для синтеза многих молекул (кетокислоты — α-кетоглутарат и ЩУК — могут превращаться в аминокислоты глу и асп; ЩУК может превращаться в глюкозу, сукцинил-КоА используется на синтез гема).

Для скрининг-диагностики — выборочные тесты.

Для диагностики заболеваний (аспарагиновая трансаминаза — для диагностики инфаркта миокарда, аланиновая трансаминаза — для диагностики заболеваний печени).

Для дифференциальной диагностики (кислая фосфатаза — рак предстательной железы, щелочные фосфатазы — костная ткань, метастазы рака).

Для лечения заболеваний:

а) заместительная терапия (при заболеваниях ЖКТ используют пепсин, панкреатин, фестал, панзинорм, мезим-форте — это гидролитические ферменты; при панкреатите могут использоваться ингибиторы ферментов);

б) для лечения заболеваний и устранения патологических процессов используют ферменты с целью:

В крови могут присутствовать следующие ферменты:

1)секреторные (плазмоспецифические) — печень;

2)экскреторные — желудочно-кишечный тракт;

3)клеточные — из клеток органов и тканей при некрозе, нарушении проницаемости клеточных мембран или усилении пролиферации клеток.

Активность ферментов в крови зависит от их активности в печени, мышцах, лейкоцитах, тромбоцитах.

На уровень ферментов в крови влияют:

1)их продолжительность жизни (скорость обновления); дольше всех «живут» ферменты костной ткани, мышц, ЦНС, меньше — ферменты эритроцитов, печени, жировой ткани, еще меньше — ферменты лейкоцитов и тромбоцитов;

2)градиент концентрации на границе органа, ткани и кровеносного сосуда;

3)размер молекул фермента: чем меньше размер, тем легче ферменты попадают в кровь;

4)внутриклеточная локализация: ферменты митохондрий и цитоплазмы.

Это ферменты, которые катализируют одинаковые реакции, но отличаются по физико- химическим свойствам. По происхождению можно выделить две группы таких ферментов:

а) изоферменты — это ферменты, в которых различия генетически детерминированы;

б) множественные формы, образующиеся в результате модификации молекул фермента после его синтеза.

Классификация изоферментов:
а) по органной локализации — ферменты гликолиза в мышцах и цитоплазме;
б) по внутриклеточной локализации — малатдегидрогеназа митохондриальная и цитоплазматическая;
в) изоферменты, образующиеся в результате мутаций структурных генов;
г) гибридные формы, образующиеся путем нековалентного связывания нескольких разных по структуре полипептидных цепей. Так, ЛДГ состоит из 4-х цепей 2-х видов — H и M. Из них возможно образование пяти изоферментов — Н4, Н3М, Н2М2, МН3 и М4. Н4 и Н3М преобладают в миокарде, а М4 — в печени.

При лечении заболеваний микробной этиологии — сульфаниламидные препараты структурно подобны парааминобензойной кислоте и тормозят образование фолиевой кислоты, необходимой для роста микроорганизмов. При отравлении антифризом (этиленгликолем) дают противоядие — этиловый спирт в больших дозах, играющий роль конкурентного ингибитора. Для лечения подагры используют вышеупомянутый аллопуринол (необратимый ингибитор). Для лечения алкоголизма используют эспераль — необратимый ингибитор оксидазы уксусного альдегида, что тормозит превращение альдегида в уксусную кислоту. Накапливающийся альдегид оказывает сильное токсическое действие. Для лечения панкреатита применяют контрикал — необратимый ингибитор протеолитических ферментов поджелудочной железы — для предотвращения «самопереваривания» железы.

1.Необратимое активирование путем гидролиза части полипептидной цепи фермента с формированием активного центра.

2.Необратимое ингибирование ферментов путем присоединения белка к активному ферменту.

3.Необратимое ингибирование путем связывания с ферментом в его активном центре аналогов субстратов, которые ковалентно связываются с функциональными группами энзима.

4.Обратимая ковалентная модификация путем присоединения или отщепления от фермента небольшой химической группы, что изменяет его активность. Например, гликогенсинтаза переходит в неактивное состояние после ковалентного присоединения фосфатной группы к боковой цепи одного из сериновых остатков и снова активируется при отщеплении фосфата. Присоединение и отщепление Рн происходит разными способами и катализируется двумя разными ферментами.

Катал — это количество фермента, которое обеспечивает превращение 1 моля субстрата за 1 секунду.

Стандартная единица (U) — это количество фермента, которое превращает 1 мкмоль субстрата за 1 минуту. 1 U = 16,67 нкатал (нанокатал).

В медицине активность ферментов выражают чаще всего в единицах активности на

1 л биологической жидкости.

Удельная активность — выражается в единицах активности, рассчитанной на 1 мг белка.

По сложности строения белковой молекулы выделяют простые (однокомпонентные) ферменты, состоящие только из белковой части, и сложные (двухкомпонентные) ферменты, имеющие кроме белковой части (апофермента) и небелковую часть (кофермент). В этом случае сложный фермент часто называют холофермент.

Кофермент часто называют кофактором или простетической группой. Отличие заключается в характере связывания с апоферментом. Кофермент связывается с ним нековалентными связями, а кофактор (простетическая группа) — ковалентными.

Коферменты выполняют следующие функции: а) являются посредниками между ферментом и субстратом; б) непосредственно участвуют в акте катализа, выполняя чаще всего роль промежуточного переносчика групп, участвующих в реакции; в) стабилизируют апофермент.

В начале ХХ в. предложили называть ферменты по названию субстрата с добавлением суффикса -аза (amylum — амилаза, lipos — липаза, protein — протеиназа). В 1961 г. Ме- ждународный Совет Биохимиков (IUB) предложил положить в основу названия и классификации ферментов тип химической реакции и ее механизм. Все ферменты разделили на 6 классов, каждый из которых состоит из 4–13 подклассов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы (синтетазы).

1.Оксидоредуктазы — это ферменты, катализирующие окислительно-восстано- вительные реакции с участием двух субстратов А и В: А red. + Вox à Аox + Вred

2.Трансферазы — это ферменты, катализирующие реакции межмолекулярного переноса группы Х (отличной от атома водорода) с субстрата А на субстрат В: А-Х + В А + В-Х.

Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само в ходе этой реакции не расходуется.

Энзим (en zyme — в дрожжах), фермент (fermentum — закваска) — термины для обозначения биологических катализаторов белковой природы.

Рибозим — это биологический катализатор рибонуклеиновой природы.

Субстратом (S) называют вещество, химические превращения которого в продукт (Р) катализирует фермент (Е).

Чтобы произошла химическая реакция, необходимы следующие условия:

1) молекулы должны сблизиться (столкнуться);

2) запас энергии молекул в момент столкновения должен быть не ниже энергетического барьера реакции.