Согласно международной системе мер (1972 г.), в ферментологии введена новая международная единица активности фермента – катал. Катал соответствует количеству фермента, способному вызвать превращение 1 моль субстрата в продукт в 1 с (1 моль/с). В практической работе катал часто оказывается слишком большой величиной, поэтому каталитическую активность фермента выражают в микрокаталах (мккат), нанокаталах (нкат), пикокаталах (пкат). Комиссией по ферментам Международного биохимического союза была рекомендована стандартная международная единица 1 МЕ (U), которая показывает, что за одну минуту фермент катализирует реакцию с субстратом в количестве 1 мкмоль. В клинической лабораторной практике оказалось удобнее использовать единицу измерения активности фермента 1 МЕ/л (U/l). Методы определения ферментативной активности базируются на различиях в физико-химических свойствах субстратов и продуктов реакции.
Для определения активности ферментов используются спектрофотометрические, колориметрические, флюорометрические, газометрические, хроматографические, поляриметрические методы.
Активность ферментов в сыворотке крови отражает сбалансированность скорости синтеза ферментов внутри клеток и выхода их из клеток. Увеличение активности ферментов крови может быть результатом ускорения процессов синтеза, понижения скорости выведения, повышения проницаемости клеточных мембран, действия активаторов, некроза клеток. Уменьшение активности ферментов вызывается повышением скорости выведения фермента, действием ингибиторов, угнетением синтеза. Повышение активности в крови того или иного фермента является весьма ранним диагностическим тестом. Дополнительное определение изоферментного спектра позволяет уточнить локализацию патологического процесса, так как каждый орган имеет свой определенный изоферментный спектр.
Недостатком использования определения активности ферментов в диагностической работе является отсутствие строгой специфичности по отношению к конкретной ткани или органу. Один и тот же фермент присутствуют в разных органах, поэтому повышение его активности в сыворотке крови может быть следствием патологического процесса в любом из этих органов. Однако, проблема разрешима двумя путями. Вопервых, следует знать, что в различных органах два разных фермента могут присутствовать в разных соотношениях; например, в печени содержание аланинаминотрансферазы выше, чем аспартатаминотрансферазы, по сравнению с уровнем этого фермента в клетках сердца. Вовторых, следует определять также и изоферментный спектр, который часто является специфической характеристикой определенной ткани.
В ветеринарной практике часто используют определение активности аминотрансфераз и лактатдегидрогеназы. Однако обнаружение повышенной активности этих ферментов в крови указывает на наличие патологического процесса, но не позволяет точно указать его локализацию в организме животного.
Нормальное функционирование органов и тканей животного является результатом координированного действия всех ферментных систем организма. Понятно, что изменение активности одного фермента или ее отсутствие вызывает трудности метаболизма всего организма. Поэтому при любой этиологии болезни, инфекционной или неинфекционной, возникают выраженные изменения активности ферментных систем, и в этом смысле все болезни есть болезни метаболические.
В ветеринарной клинической биохимии часто определяют активность аспартатаминотрансферазы (КФ 2.6.1.1) и аланинаминотрансферазы (КФ 2.6.1.2), участников обмена белков. Они имеют одинаковую простетическую группу в форме пиридоксаль-фосфата. Они обеспечивают обратимые реакции переноса аминогрупп между аминокислотами и кетокислотами. Реакции трансаминирования обеспечивают объединение аминогрупп многих различных аминокислот в форму глутаминовой кислоты. Глутаминовая кислота функционирует как донор аминогрупп для биосинтезов или для путей экскреции, которые приводят к элиминации продуктов азотистого обмена. Оба фермента присутствуют в различных тканях, причем концентрация аспартатаминотрансферазы во всех тканях ниже, за исключением печени. В крови животных активность обоих ферментов очень мала, по сравнению с их активностью в других тканях. Однако при патологиях, сопровождающихся деструкцией клеток, трансаминазы выходят через мембраны клеток в кровь, где их активность значительно увеличивается по сравнению с нормой. Несмотря на отсутствие строгой органной специфичности этих ферментов, повышение их активности наблюдают при гепатитах, мышечных дистрофиях, травмах. Поэтому основное использование показателей активности данных трансаминаз имеет место при диагностике и лечении заболеваний печени, когда повышение активности свидетельствует о повреждении гепатоцитов. При вирусном гепатите активность АСТ плазмы крови увеличивается в 25 раз, по сравнению с нормой. При поражении сердечной мышцы характерно выраженное повышение в плазме крови уровня активности АсТ, а при заболеваниях печени – АЛТ.
Лактатдегидрогеназа . ЛДГ (КФ 1.1.1.27) присутствует во всех тканях организма крупного рогатого скота. Наибольшая активность фермента обнаружена в почках, сердечной и скелетной мышцах, в печени. Это гликолитический фермент, катализирующий обратимую реакцию восстановления пировиноградной кислоты в молочную.
CH3
CH3
ЛДГ
C O HC OH
+ NADH2
CH3 CH3
Пируват Лактат
Повышение активности этого фермента в крови отмечают при острых гепатитах, поражениях почек, мышц, а также при гемолитических анемиях, когда происходит усиленный распад эритроцитов.
ЛДГ – сложный фермент, состоит из четырех субъединиц, которые образуют пять изоферментов. Изоферменты – это множественные формы белков-ферментов, катализирующие одну и ту же реакцию, но отличающиеся между собой физико-химическими свойствами (электрофоретической подвижностью, молекулярной массе и др.). В порядке снижения электрофоретической активности изоферменты ЛДГ обозначают: ЛДГ1, ЛДГ2, ЛДГ3, ЛДГ4, ЛДГ5.
В скелетной мышце преобладает изофермент ЛДГ5, в сердечной мышце – ЛДГ1 и ЛДГ2. При остром инфаркте миокарда в сыворотке крови пациента повышается активность изоферментов ЛДГ1 и ЛДГ2. При паренхиматозном гепатите в сыворотке крови значительно возрастает активность изофермента ЛДГ4 и ЛДГ5, тогда как активность ЛДГ1 и ЛДГ2 снижается. ЛДГ3 преобладает в почках, поджелудочной железе, селезенке, надпочечниках, матке, лейкоцитах. Следует помнить, что активность ЛДГ в цельной крови животного существенно выше активности фермента в плазме крови. Поэтому даже минимальный гемолиз крови значительно изменяет активность фермента в плазме, что следует учитывать в диагностической работе.
Креатинкиназа . КК (КФ 2.7.3.2) играет важную роль в энергетическом обмене. Этот фермент необходим для осуществления обратимой реакции ресинтеза АТФ из креатинфосфата:
Креатинкиназа
Креатинфосфат + АДФ АТФ + креатин
+ Mg 2+
Фермент необходим для обеспечения энергией мышечного сокращения, транспорта ионов через мембраны. В ситуациях быстрого снижения энергии АТФ креатинфосфат используется для восполнения АТФ гораздо быстрее, чем биосинтез АТФ путем окислительного фосфорилирования. При низкой потребности в энергии АТФ, полученный в окислительном фосфорилировании, используется для восполнения резерва креатинфосфата в креатинфосфатной реакции.
Сравнительно много фермента в скелетной мускулатуре (30 мМ), в сердечной мышце, мозге (5–10 мМ). КК состоит из двух
