Использование ингибиторов ферментов в качестве лекарственных препаратов
Достижения биохимии, патофизиологии и фармакологии позволили расшифровать механизм действия многих препаратов, в том числе уже давно используемых в клинике. Для действия большинства из них мишенью является фермент, изменение активности которого благоприятно влияет на течение заболевания. Оказалось, что большинство лекарственных препаратов снижает скорость ферментативных реакций или полностью их блокирует, т.е. является ингибиторами.
В настоящее время применение ингибиторов ферментов – важная и перспективная область энзимотерапии.
Лекарственные вещества, влияющие на активность ферментов, различны по своему происхождению. Большее число препаратов является продуктом химического синтеза, другие получают из клеток микроорганизмов, растений или животных.
Все ингибиторы ферментов делят на 2 группы: ингибиторы активности ферментов патогенных бактерий и ингибиторы активности ферментов макроорганизма.
К первой группе относятся, например, антибактериальные антибиотики (пенициллины, цефалоспорины и др.), сульфаниламидные препараты, блокирующие ферменты синтеза фолиевой кислоты у бактерий (сульфадимезин, сульфадиметоксин, стрептоцид и др.), ингибиторы -лактамаз бактерий, которые гидролизуют -лактамные антибиотики (сальбактам, клавулановая кислота и др.).
Вторая группа включает большое количество препаратов, оказывающих специфическое действие и обладающих высокой активностью и большой избирательностью (табл. 5.3.1).
Таблица 5.3.1
Некоторые лекарственные вещества,
являющиеся регуляторами активности ферментов
Группа по фармакологическому действию | Биохимический (физиологический) эффект | Фермент(ы)-мишень | Основные препараты | Показания к применению |
Нестероидные противовоспалительные | Ингибиторы синтеза простагладинов | Циклооксигеназа (простагландинсинтаза) | Ацетилсалециловая кислота, индометацин, вольтарен, теноксикам и др. | Повышение температуры тела, миалгия, артралгия, невралгия, ревматизм и др. |
Спазмолитические | Ингибиторы метаболизма циклических нуклеотидов | Фосфодиэстераза цАМФ | Ксантино(компламин), пентоксифиллин(трентал), теобромин и др. | Нарушение периферического кровообращения, ангиопатии, ретинопатии и др. |
Гипотензивные (антигипертензивные) | Ингибиторы синтеза ангиотензина II. Ингибиторы синтеза катехоламинов | Карбоксидипептидил-пептидаза
Дофамин-β-монооксигенназа | Каптоприл, эналоприл, квинаприл Метилдофаза (допегит) | Гипертоническая болезнь (эссенциальная, почечные формы) Гипертаническая болезнь IIА и IIБ стадий |
Антиагрегационные, антитромботические | Ингибиторы синтеза тромбоксана | тромбоксансинтетаза | Дазоксибен, пирмагрел | Коагулопатии (гиперкоагуляция), тромбоэмболические поражения |
Антилипидемические, антидиабетические
| Ограничение всасывания глюкозы из кишечника | α-Глюкозидаза | Акарбоза | Диабет ожирение, |
1.Антидепрессанты 2..Психостимуляторы | Ингибиторы окислительного дезаминирования нейромедиаторов - моноаминов | Моноаминоаксидазы типов А и В | 1.нуредал, инказан (метралиндол) 2.индопан | Депрессивные состояния; вялость, апатия психического происхождения |
Антидиабетические | Подавление восстановление глюкозы (галактозы) в сорбитол (галактитол) | Альдозоредуктаза | Сорбинил, толрестат, алрестатин | Диабетическая катаракта, диабетическая нейропатии |
Действующие на периферические холинергические процессы | Накопление ацетилхолина в холинергическмх рецепторах | Холинэстераза | Оксазил, прозерин, фосфакол, и др. | Миастения, невриты, атония кишечника и мочевого пузыря, глаукома и др. |
Химиотерапивтические | Подавление активности ферментов, инактивирующих β-лактамиды | β-лактамазы | Клавулановая кислота, сальбактам | Инфекционные заболевания (применяются с β-лактамными антибиотиками) |
Противоопухолевые | Ингибиторы синтеза полинуклеотидов | РНК-полимераза, ДНК-полимераза и тимидилатсинтаза, дигидрофосфолатредуктаза | 5-фторурацилметотрексат и др. | Злокачественные опухоли, лейкоз, лимфогранулематоз |
Нестероидные противовоспалительные | Ингибиторы синтеза простагладинов | Циклооксигеназа (простагландинсинтаза) | Ацетилсалециловая кислота, индометацин, вольтарен, теноксикам и др. | Повышение температуры тела, миалгия, артралгия, невралгия, ревматизм и др. |
Спазмолитические | Ингибиторы метаболизма циклических нуклеотидов | Фосфодиэстераза цАМФ | Ксантино(компламин), пентоксифиллин(трентал), теобромин и др. | Нарушение периферического кровообращения, ангиопатии, ретинопатии и др. |
Гипотензивные (антигипертензивные) | Ингибиторы синтеза ангиотензина II. Ингибиторы синтеза катехоламинов | Карбоксидипептидил-пептидаза
Дофамин-β-монооксигенназа | Каптоприл, эналоприл, квинаприл Метилдофаза (допегит) | Гипертоническая болезнь (эссенциальная, почечные формы) Гипертаническая болезнь IIА и IIБ стадий |
Антиагрегационные, антитромботические | Ингибиторы синтеза тромбоксана | тромбоксансинтетаза | Дазоксибен, пирмагрел | Коагулопатии (гиперкоагуляция), тромбоэмболические поражения |
Многие лекарственные средства, длительно используемые в медицине, оказались ингибиторами активности ферментов. Так, салициловая кислота и ее производные применялись как противовоспалительные средства задолго до открытия простагландинов и ферментов, регулирующих их синтез.
Определены показания к клиническому применению регуляторов активности ферментов:
1) дефицит естественных ингибиторов, которые ограничивают влияние эндогенных ферментов или защищают их от повреждающего действия чужеродных ферментов (бактериальных). Например, недостаток α1– антитрипсина (антипротеазный ингибитор) – одного из более 10 ингибиторов белковой природы, находящихся в плазме крови, приводит к эмфиземе легких, так как при этом значительно возрастает протеолитическое действие эластазы на ткань легкого;
2) заболевания, связанные с гиперфункцией ферментов (преждевременная их активация, аномальный выброс в кровь и ткани); например, острый панкреатит, в патогенезе которого большую роль играют многочисленные гидролазы, образующиеся в ткани поджелудочной железы. Основная роль на ранней стадии заболевания принадлежит трипсину и химотрипсину, поэтому в качестве лекарственного средства используют ингибиторы этих ферментов трасилол, контрикал и др.;
3) проникновение в организм чужеродных ферментов (бактериальных) или введение их больному в качестве лекарственного препарата в неадекватной дозе: например, антибактериальных антибиотиков и сульфаниламидных препаратов.
Среди соединений, являющихся лекарственными препаратами, представлены ингибиторы всех классов ферментов. Особенно много ингибиторов оксидоредуктаз и гидролаз. Таким образом, области применения ферментов в медицине чрезвычайно широки.
- Учебное пособие
- Раздел 1. Структура и свойства ферментов
- Инженерная энзимология. Иммобилизованные ферменты. Новые пути практического использования ферментов. Применение ферментов в промышленности, сельском хозяйстве, медицине
- Принцип классификации ферментов. Классы ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы. Основные положения систематической и тривиальной номенклатуры ферментов
- Способы количественного выражения активности ферментов. Единицы активности. Удельная и молекулярная активность
- Методы определения активности ферментов: колориметрический, спектрофотометрический, флуориметрический, манометрический, биолюминесцентный и др.
- Прямой и непрямой оптический тест Варбурга. Расчет ферментативной активности при определении по конечной точке и при кинетическом определении
- Лекция 1.2 выделение и очистка ферментов
- Разрушение клеток и экстракция белков
- Тепловая денатурация
- Осаждение белков
- Гель-фильтрация
- Разделение белков путем адсорбции
- Выбор ионообменника
- Элюция адсорбированного белка
- Аффинная хроматография
- Гидрофобная хроматография
- Металлохелатная аффинная хроматография
- Высокоэффективная жидкостная хроматография
- Электрофорез
- Изоэлектрическое фокусирование
- Капиллярный электрофорез
- Двумерные системы электрофореза
- Кристаллизация белков
- Лекция 1.3 уровни структурной организации ферментов
- Многостадийный процесс образования пространственной структуры белка
- Механизмы регуляции процесса сворачивания полипептидной цепи внутри клетки
- Ферменты, участвующие в фолдинге белка
- Специальные белки, увеличивающие эффективность сворачивания полипептидной цепи в нативную конформацию
- Посттрансляционная модификация белка
- Роль доменов в пространственной организации молекул ферментов
- Увеличение числа доменов в ферменте и усложнение взаимодействий между ними
- Роль доменов в формирование активного центра фермента
- Роль доменов в регуляции ферментативной активности
- Роль доменов в связывание ферментов с мембранами
- Полифункциональные ферменты
- Бифункциональные ферменты, катализирующие реакции одного метаболического пути
- Бифункциональные ферменты, катализирующие противоположно направленные реакции
- Лекция 1.4 Кофакторы ферментов и их роль в катализе Коферменты, простетические группы, ионы металлов
- Классификация кофакторов
- Функции кофакторов
- Кофакторы окислительно-восстановительных процессов Никотинамидные кофакторы
- Кофакторы переноса групп Коферменты – производные пиридоксина
- Кофакторы процессов синтеза, изомеризации и расщепления с-с связей Биотин
- Роль металлов в функционировании ферментов
- Лекция 1.5. Топография активных центров простых и сложных ферментов
- Методы изучения активных центров ферментов
- Раздел 2. Кинетика и термодинамика
- Ферментативных реакций
- Лекция 2.1.
- Кинетика химических реакций
- Скорость химической реакции
- Основной постулат химической кинетики ‒ закон действия масс
- Реакции нулевого порядка
- Реакции первого порядка
- Реакции второго порядка
- Реакции третьего порядка
- Уравнения односторонних реакций 0-го, 1-го и 2-ого порядка
- Реакции нулевого порядка
- Реакции первого порядка
- Реакции второго порядка
- Молекулярность элементарных реакций
- Методы определения порядка реакции
- Зависимость скорости реакции от температуры. Уравнения Вант-Гоффа и Аррениуса.
- Катализ
- Лекция 2.2. Стационарная кинетика ферментативный реакций
- Уравнение Михаэлиса-Ментен
- Характеристика кинетических констант
- Методы определения Км и Vmax
- Лекция 2.3. Ингибиторы ферментов.
- Конкурентное ингибирование
- Неконкурентное ингибирование
- Бесконкурентное ингибирование
- Смешанный тип ингибирования
- Субстратное ингибирование
- Методы определения константы ингибирования. Метод Диксона
- Лекция 2.4 Ферменты, не подчиняющиеся кинетике Михаэлиса-Ментен
- Методы определения коэффициента Хилла
- Раздел 3.Механизмы ферментативного катализа
- Сущность явления катализа
- Стадии образования фермент-субстратного комплекса
- Природа сил, стабилизирующих различные конформационные состояния ферментсубстратного комплекса
- Электростатические взаимодействия
- Водородные связи
- Вандерваальсовы взаимодействия
- Гидрофобные взаимодействия
- Факторы, определяющие эффективность и специфичность ферментативного катализа
- Физико-химические механизмы ферментативного катализа
- Лекция 3.2
- Механизм действия гидролаз на примере карбоксипептидазы а
- Связывание субстрата карбоксипептидазой а
- Работы Липскомба с сотрудниками по установлению молекулярного механизма действия кпа
- Методы для изучения механизма действия ферментов
- Лекция 3.3 Специфичность – уникальное свойство ферментов
- Относительная или групповая специфичность действия
- Абсолютная специфичность действия
- Стереоспецифичность ферментов
- Концепция стерического соответствия «ключ-замок»
- Концепция индуцированного соответствия
- Раздел 4. Контроль активности ферментов лекция 4.1. Ферменты в клетке и организованных системах
- Распределение ферментов в клетке
- Ферменты, присутствующие в ядре
- Ферменты митохондрий
- Лизосомальные ферменты
- Ферменты эндоплазматического ретикулума
- Ферменты, локализованные в цитозоле
- Мембранные ферменты
- Уровни структурной организации ферментов в клетке
- Мультиферментные комплексы
- Пируватдегидрогеназный комплекс
- Мультиферментные конъюгаты
- Метаболоны
- Лекция 4.2 Изостерические и аллостерические механизмы регуляции активности ферментов
- Изостерическая регуляция
- Изоферменты
- Лекция 4.3 ковалентная модификация ферментов и ее типы
- Лекция 4.4
- Регуляция количества ферментов в клетке
- Контроль количества ферментов в клетке – процесс, зависящий от соотношения скоростей их биосинтеза и деградации.
- Время полужизни различных ферментов
- Фермент
- Аминокислоты
- Биосинтез ферментов и его регуляция на генетическом уровне. Конститутивные и индуцибельные (адаптивные) ферменты. Репрессия и индукция биосинтеза ферментов
- Убиквитин-протеосомный путь деградации белков у эукариот. Убиквитин – белок, маркирующий белки для деградации. Строение 26s протеосомы
- Раздел 5. Прикладное значение ферментов лекция 5.1. Генетическая инженерия ферментов
- Использование рекомбинантных ферментов
- Лекция 5.2 Ферменты в медицине (часть I)
- Энзимодиагностика Органная специфичность в распределении ферментов
- Ферменты сыворотки крови
- Факторы, влияющие на уровень ферментов во внеклеточной жидкости
- Диагностическое значение снижения ферментативной активности
- Неспецифическое повышение ферментативной активности
- Применение ферментов в качестве аналитических реагентов
- Лактатдегидрогеназа
- Лекция 5.3 Ферменты в медицине (часть II) Энзимопатии
- Врождённые (наследственные) энзимопатии
- Механизм возникновения наследственных энзимопатий
- Блок обмена веществ
- Примеры наследственных энзимопатий
- Приобретённые энзимопатии
- Энзимотерапия Использование ферментов в качестве лекарственных препаратов
- Использование ингибиторов ферментов в качестве лекарственных препаратов
- Библиографический список