11088 (Креатинфосфокиназа)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В. Г. БЕЛИНСКОГО

Факультет

естественно-географический Кафедра биохимии

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Креатинфосфокиназа»

Выполнил: студентка гр. БХ-31

Юматова Екатерина

Преподаватель: Соловьев В. Б.

Пенза, 2009

Содержание

Введение

Классификация

Изоферменты креатинфосфокиназы

Диагностическое значение исследования активности изоферментов КФК

Методы определения активности КФК

Стандартные клинико-лабораторные показатели

Роль креатинфосфокиназы в метаболизме мышечной ткани

Кинетика действия КФК

Перенос энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда с помощью изоферментов КФК

Активность КФК в мембранах саркоплазматического ретикулума миокарда в условиях экспериментальной коронарной недостаточности

Влияние алкогольной интоксикации и процессов старения на активность креатинфосфокиназы и ее ферментов

Заключение

Список литературы

Введение

История изучения креатинфосфокиназы (КФК) интересна и необычна: несмотря на то, что она началась более 80 лет тому назад (с открытия креатинфосфата в 1927 г.), а креатинкиназная реакция была открыта Ломаном и Леманом в 1934- 1936 годах, исследователи все еще открывают новые функции креатинкиназной системы и проблема остается далекой от разрешения. Развитие идей о физиологической роли креатинкиназной системы с самого начала было тесно связано с успехами в области изучения мышечной физиологии и биоэнергетики. Со своей стороны, исследования креатинкиназной системы вносят заметный вклад в формирование представлений об общих принципах организации метаболизма и метаболического контроля в клетке.

Цель работы: исследование современных взглядов на строение и биологическую роль креатинфосфокиназы.

Классификация

Креатинкиназа (КФ 2. 7. 3. 2) – относится к фосфотрансферазам с азотсодержащей группой в качестве акцептора.

К классу трансфераз относят ферменты, катализирующие различные превращения, представляющие собой перенос радикала от молекулы-донора к молекуле-акцептору и не являющиеся процессом гидролиза. Наименование их составляется по форме: «донор – транспортируемая группа – трансфераза».

Креатинфосфокиназа относится к одному из самых больших подклассов трансфераз – киназам – ферментам, катализирующим перенос остатков фосфорной кислоты, ее ангидридов и эфиров (подкласс 2.7). Креатинкиназа обладает узкой субстратной специфичностью. (Кнооре Д. Г., Биологическая химия, М., 2000, с. 135, 137, 229).

Изоферменты креатинфосфокиназы

В 1964 г. были открыты изоферменты креатинфосфокиназы: цитоплазматические ВВ-КФК (от англ. brain – мозг), ММ-КФК (от англ. muscle – мышца) и гибридная форма - МВ-КФК, а также митохондриальный изофермент – мт-КФК.

В сердце цитоплазма содержит половину ММ-формы, а также всю МВ- и ВВ-КФК; их суммарная активность составляет 40-50% от общей активности.

В скелетных мышцах, где содержание митохондрии невелико, на их долю приходится только 2,5-6 % от общей активности КФК, хотя удельная активность мт-КФК в скелетных мышцах не ниже, чем в сердце.

В миофибриллах сердца и скелетных мышц млекопитающих ММ-КФК является интегральной частью М-линии; в скелетных мышцах на долю этой КФК приходится 5% от общей активности фермента, а большая часть остальной активности присутствует в цитоплазме. (Липская Т. Ю. Физиологическая роль креатинкиназной системы: эволюция представлений, М., 2001).

Диагностическое значение исследования активности изоферментов КФК

Исследование активности изоферментов КФК в сыворотке крови имеет важное диагностическое значение. Изоферменты креатинкиназы особо важно исследовать при остром инфаркте миокарда, так как МВ-форма в значительном количестве содержится практически только в сердечной мышце. Повышение активности МВ-формы в сыворотке крови свидетельствует о поражении именно сердечной мышцы.

Возрастание активности ферментов сыворотки крови при многих патологических процессах объясняется, прежде всего, двумя причинами: 1) выходом в кровяное русло ферментов из поврежденных участков органов или тканей на фоне продолжающегося их биосинтеза в поврежденных тканях; 2) одновременным повышением каталитической активности некоторых ферментов, переходящих в кровь. Возможно, что повышение активности ферментов при «поломке» механизмов внутриклеточной регуляции обмена веществ связано с прекращением действия соответствующих регуляторов и ингибиторов ферментов, изменением под влиянием различных факторов строения и структуры макромолекул ферментов. (Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф., Биологическая химия, М., 1998, с. 580).

Методы определения активности КФК

Унифицированным методом определения активности креатинфосфокиназы служит метод с использованием в качестве субстрата реакции креатина. Активность фермента пропорциональна количеству неорганического фосфора, образующегося в результате кислотного гидролиза продукта креатинкиназной реакции – креатинфосфата. Неорганический фосфор определяется по цветной реакции с молибдатом аммония. В норме активность креатинкиназы в крови, установленная с помощью этого метода, достигает 100 нмоль/(с*л), или до 6 МЕ. Активность МВ-формы креатинкиназы составляет менее 2 % от общей активности фермента. Вторым методом определения активности креатинкиназы, также принятым в качестве унифицированного, является метод с использованием в качестве субстрата креатинфосфата. Активность фермента пропорциональна количеству креатина, образующегося в результате ферментативной реакции. Креатин определяется по цветной реакции с -нафтолом. В норме активность креатинкиназы в сыворотке крови, установленная с помощью этого метода, составляет от 0 до 220 нмоль/(с*л), или от 0 до 13 МЕ [Международная единица = 16,67 нмоль/(с*л)]. (Ленинджер А., Биохимия, М., 1976, с. 382).

Стандартные клинико-лабораторные показатели

Креатинфосфокиназа (КФК) в сыворотке

Норма: 10-50 МЕ/л при 30С⁰ (варьирует в зависимости от метода определения).

А. Предосторожности при проведении опыта: фермент нестабилен, содержимое эритроцитов ингибирует активность фермента. Сыворотка должна быть быстро отделена от сгустка. Если исследование не может быть произведено немедленно, сыворотку следует заморозить.

Б. Физиологическая основа: КФК расщепляет креатинфосфат (при участии АДФ) с образованием креатина и АТФ. КФК много в скелетной и сердечной мышцах, в мозге.

В. Интерпретация полученных данных:

Повышение показателя имеет место при мышечных нарушениях (инфаркт миокарда, травма мышцы), при мышечной дистрофии, полимиозите, сильном мышечном напряжении (беге), гипотиреозе, инсульте. После инфаркта миокарда КФК повышается быстро (за 3-5 часов) и сохранятся повышенной 2-3 дня.

Показатель не повышается при инфаркте легкого или поражении паренхимы печени.

Изоферменты креатинфосфокиназы в сыворотке (таблица №1)

А. Предосторожности при проведении опыта: такие же, как и в случае исследования КФК (см. выше).

Б. Физиологическая основа: КФК представлена тремя изоферментами, разделяющимися при электрофорезе. Для скелетной мышцы характерен изофермент ММ, для миокарда МВ, для мозга – ВВ.

В. Интерпретация полученных данных: Содержание КФК-ММ повышается при повреждении скелетных мышц, мышцы сердца, мозга; при заболеваниях мышц (дистрофия, гипотиреоз, дерматомиозит, полимиозит); при рабдомиолизе; после тяжелой физической нагрузки. Содержание КФК-МВ повышается сразу после инфаркта миокарда (в течение 2-4 часов) и сохраняется повышенным до 72 часов; при тяжелом поражении мышц; синдроме Рейе; при пятнистой лихорадке Скалистых гор. Уровень КФК-ВВ иногда повышается при тяжелом шоке; при некоторых карциномах (особенно при овсяноклеточной карциноме, а также карциноме яичников, молочной железы или простаты) или при атрезии желчных протоков.

Таблица №1. Изоферменты креатинфосфокиназы

( Марри Р., Биохимия человека, Т.2, М.,1993, с. 372, 373).

Роль креатинфосфокиназы в метаболизме мышечной ткани

АТФ, необходимый в качестве постоянного источника энергии для мышечного цикла сокращение-расслабление, может образовываться засчет гликолиза, окислительного фосфорилирования, креатинфосфата или двух молекул АДФ. Запасы АТФ в скелетной мышце при сокращении быстро истощаются, и их хватает менее чем на секундное сокращение. В медленных скелетных мышцах, обладающих значительными резервами О₂ в миоглобине, основной источник регенерации АТФ – окислительное фосфорилирование. Быстрые скелетные мышцы регенирируют АТФ главным образом в ходе гликолиза.

Фосфагены, такие как креатинфосфат, предотвращают быстрое истощение запасов АТФ, поставляя легко используемый макроэргический фосфат, необходимый для ресинтеза АТФ из АДФ. Креатинфосфат образуется из АТФ и креатина в период расслабления мышцы, когда потребность в АТФ не столь велика. Фосфорилирование креатина катализируется креатинфосфокиназой – специфичным для мышц ферментом. ( Марри Р., Биохимия человека, Т.2, М.,1993, с. 340, 341).

Кинетика действия КФК

Креатинфосфокиназа функционирует по неупорядоченному равновесному механизму.

Этот механизм может быть представлен следующей схемой:

(1)

где стадия, характеризующаяся константой k, является лимитирующей.

Для четырех равновесных реакций

Е + А ЕА, (2)

Е + В ЕВ, (3)

ЕА + В ЕАВ, (4)

ЕВ + А ЕАВ, (5)

получаем четыре уравнения

(e – x_a – x_b – x)a = K_S^Ax_a , (6)

(e – x_a – x_b – x)b = K_S^Bx_b , (7)

x_ab = K_M^Bx , (8)

x_ba = K_M^Ax , (9)

где а, b, x, x_a, x_b – концентрации соответственно А, В, ЕАВ, ЕА и ЕВ; K_S^A, K_S^B, K_M^A, K_M^B – константы диссоциации четырех равновесных реакций. Скорость суммарной реакции пропорциональна концентрации ЕАВ. Таким образом,

V = kx. (10)

Исключая х из приведенных выше уравнений, получаем:

Это уравнение содержит только три из четырех констант равновесия. Четвертая оказывается «излишней», так как она связана с тремя остальными константами соотношением

K_S^AK_M^B = K_M^AK_S^B (12)

Можно показать, что член ke равен максимальной скорости. При выводе уравнения (11) не было сделано допущения о влиянии, которое может оказывать взаимодействие фермента с одним из субстратов на взаимодействие с другим.

Если каждый субстрат взаимодействует только со своим участком связывания и не оказывает влияния на сродство фермента к другому субстрату, то K_S^A = K_M^A и K_S^B = K_M^B; уравнение (11) при этом упрощается до

Таким образом, обе константы Михаэлиса можно определить просто путем изменения концентрации одного из субстратов при постоянной концентрации другого. ( Диксон М., Уэбб Э., Ферменты, Т. 1, М., 1982, с. 134, 135).

Перенос энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда с помощью изоферментов КФК

В последнее время появились данные, доказывающие, что креатинфосфат в мышечной ткани (в частности, в сердечной мышце) способен выполнять не только роль депо легкомобилизуемых макроэргических фосфатных групп, но также роль транспортной формы макроэргических фосфатных связей, образующихся в процессе тканевого дыхания и связанного с ним окислительного фосфорилирования. Предложена схема переноса энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда (рис. 20.7).

АТФ, синтезированный в матриксе митохондрий, переносится через внутреннюю мембрану с участием специфической АТФ-АДФ-транслоказы на активный центр митохондриального изофермента креатинкиназы, который расположен на внешней стороне внутренней мембраны; в межмембранном пространстве (в присутствии ионов Mg²⁺) при наличии в среде креатина образуется равновесный тройной фермент-субстратный комплекс креатин–креатинкиназа–АТФ-Mg²⁺, который затем распадается на креатинфосфат и АДФ Mg²⁺ . Креатинфосфат диффундирует в цитоплазму, где используется в миофибриллярной креатинкиназной реакции для рефосфорилирования АДФ, образовавшегося при сокращении. Высказываются предположения, что не только в сердечной мышце, но и в скелетной мускулатуре имеется подобный путь транспорта энергии из митохондрий в миофибриллы. (Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф., Биологическая химия, М., 1998, с. 580, 654, 655). Изоферменты КФК обнаружены во всех субклеточных структурах, продуцирующих либо использующих энергию, - в митохондриальной мембране, миофибриллах, мембране саркоплазматического ретикулума (СПР), плазматической клеточной мембране и др. (Фролькис Р. А., Воронков Г. С., Дубур Г. Я., Циомик В. А., Гомон И. В. – Некоторые аспекты изучения активности креатинфосфокиназы в мембранах саркоплазматического ретикулума миокарда в условиях экспериментальной коронарной недостаточности //Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, М., 1983, №5, с. 53).

Активность КФК в мембранах саркоплазматического ретикулума миокарда в условиях экспериментальной коронарной недостаточности