Большинство ферментов обнаруживается во всех клетках организмов. В плазме крови также содержатся ферменты, но их концентрация значительно ниже; чем в клетках. Ряд ферментов, необходимых для жизнеобеспечения и деления самих клеток, содержится в клетках всех органов и тканей. Но наряду с такого рода ферментами в клетках различных органов и тканей встречаются специфические ферменты. Например, уроканиназа содержится только в печени, гистидаза - в печени и коже, креатинфосфокиназа - в мышечных клетках, ферменты, синтезирующие стероидные гормоны, вырабатываются только клетками коры надпочечников и так далее.
Клетка имеет сложное строение (рис. 21), в клетке любого органа и ткани можно обнаружить клеточную или плазматическую мембрану, ядро, митохондрии, лизосомы, рибосомы, систему канальцев и пузырьков - эндоплазматический ретикулум, пластинчатый комплекс, различные вакуоли, внутриклеточные включения и другие. Главную по массе недифференцированную часть цитоплазмы клетки составляет гиалоплазма, или цитозоль.
Рис. ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ
а. Растительные 10-100 мкМ; б. Животные 5-30 мкМ
Внутри клетки, ферменты содержатся как в растворимой части цитоплазмы, так и в субклеточных структурах. Принадлежность различных ферментных систем определенным участкам клетки называется компартментализацией.
Установлено, что в ядре локализованы РНК - полимеразы, катализирующие образование мРНК; ферменты, участвующие в репликации ДНК, и некоторые другие.
В митохондриях находятся ферменты цепи биологического окисления (тканевого дыхания) и окислительного фосфорилирования; ферменты пируватдегидрогеназного комплекса, цикла трикарбоновых кислот и другие.
В лизосомах в основном содержатся гидролазы, оптимально действующие при рН =5.
В рибосомах обнаружены ферменты белкового синтеза, здесь происходит транслирование мРНК и связывание аминокислот в полипептидныё цепи с образованием молекул белка.
В эндоплазматической сети локализованы ферменты синтеза лилидов и ферменты реакций гидроксилирования.
Плазматическая мембрана содержит АТФ-азу, транспортирующую ионы Na+ и К+, аденилатциклазу и другие.
В цитозоле локализованы ферменты гликолиза, пентозофосфатного цикла, синтеза жирных кислот и мононуклеотидов, активирования аминокислот, ферменты глюконеогенеза.
Применение ферментов
Ферменты находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности (хлебопечение, виноделие, сыроварение, пивоварение, кожевенное и меховое производство, кулинария и так далее).
В настоящее время развивается новая отрасль - промышленная энзимология, которая использует выделенные из биологических объектов ферменты для получения продуктов питания из целлюлозы, нефти; синтеза ряда аминокислот, лекарственных препаратов; для создания промышленных штаммов микроорганизмов - источников витаминов и незаменимых аминокислот и так далее.
Отдельной отраслью промышленной энзимологии является медицинская энзимология, которая развивается по трем главным направлениям.
Первое - энзимопатология - исследует ферментативную активность в норме и при патологии. Многие наследственные болезни, как оказалось, являются следствием дефекта какого-либо фермента.
Второе направление - энзимодиагностика. Ферменты используют в качестве избирательных реагентов для определения содержания химических веществ в крови, желудочном соке, моче и других физиологических жидкостях. Кроме того, выявляют и определяют количественное содержание самих ферментов прежде всего в сыворотке крови при патологии. Полученные данные используют для диагностики болезней и для контроля эффективности лечения. Установлено, например, что при диабете, злокачественном поражении поджелудочной железы, болезнях печени резко увеличивается уровень липазы, амилазы, трипсина, химотрипсина. При инфаркте миокарда - повышается уровень аминотрансфераз, креатинкиназы и лактатдегидрогеназы и так далее. Изменение содержания ферментов в клетках и за их пределами вследствие болезни называется энзимопатиями, которые бывают наследственные и приобретенные.
Третье направление - энзимотерапия - использование ферментов в качестве лекарств. Например, при желудочных заболеваниях, сопровождающихся снижением содержания пепсина в желудочном соке, для улучшения пищеварения применяют пепсин и его производные. Нуклеазы используют при лечении некоторых вирусных заболеваний. Протеолитические ферменты используют очень часто для лечения тромбозов. Аспарагиназу применяют для лечения некоторых форм лейкозов. Она разрушает аспарагин, необходимый для роста лейкозных клеток и содержащийся в плазме крови; в результате лейкозные клетки погибают.
Таким образом, очевидно, что развитие медицинской этимологии имеет огромнейшее значение для предупреждения, выявления и лечения различных заболеваний.
