前面已經(jīng)提到,早期臨床實(shí)驗(yàn)室測(cè)酶活性時(shí)常使用比色法,先讓酶與底物在一定溫度下作用一段固定的時(shí)間,然后停止酶反應(yīng),加入試劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)呈色測(cè)出底物和產(chǎn)物的變化。由于比色法靈敏度較低,或由于手工操作不易控制好,常定在30分鐘左右。歷史上這類方法常被命名為“終點(diǎn)法”、“二點(diǎn)法”、“固定時(shí)間法”和“取樣法”。大多數(shù)文獻(xiàn)使用“固定時(shí)間法”。此命名指出了用這類方法測(cè)酶活性濃度,必須保證酶和底物在所選定的溫度下作用時(shí)間要很精確,否則將引起較大誤差。但“取樣法”的命名更具有特征性。因它指出此類方法和下面將提到的另一類連續(xù)監(jiān)測(cè)法相比較,最基本一點(diǎn)的是此類方法停止反應(yīng)后才測(cè)底物或物的變化。很難進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),而另一類方法則不需停止酶反應(yīng),就可測(cè)定反應(yīng)物的變化,很容易觀察到反應(yīng)的整個(gè)過程。后一類方法開始于50年代,Warburg首先用分光光度計(jì)。在340nm處直接監(jiān)測(cè)到反應(yīng)物NADH的動(dòng)態(tài)變化過程。由于不停止酶反應(yīng),不需添加其它呈色試劑。測(cè)定方法簡(jiǎn)單,結(jié)果準(zhǔn)確,逐步取代了“取樣法”成為目前測(cè)酶活性的主要方法。
由于經(jīng)歷了一個(gè)發(fā)展過程,命名比較混亂而且大部分不甚確切,IFCC建議命名為“連續(xù)監(jiān)測(cè)法”,不用目前廣為流行的“動(dòng)態(tài)法”術(shù)語。其原因是目前測(cè)酶活性濃度方法都是基于化學(xué)反應(yīng)。圖17-6是一個(gè)典型的化學(xué)反應(yīng)過程。
圖17-6 動(dòng)態(tài)和平衡概念的示意圖
可以看出整個(gè)反應(yīng)過程,可以大致分為二個(gè)時(shí)期。一開始為動(dòng)態(tài)期,化學(xué)反應(yīng)按一定速度進(jìn)行,反應(yīng)物濃度隨時(shí)間而變化,且變化程度不斷變小,到一定時(shí)間;瘜W(xué)反應(yīng)或者達(dá)到平衡,或者反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn),此時(shí)反應(yīng)速度為零,反應(yīng)物濃度不變。最近IFCC文件按所用方法所測(cè)定的反應(yīng)是在達(dá)到平衡前還是平衡后。分別命名為動(dòng)態(tài)法或平衡法。一般文獻(xiàn)往往將后一類方法稱為終點(diǎn)法。
從這個(gè)權(quán)威性的方法分類來看,前面所提到的二類測(cè)酶活性濃度方法都應(yīng)歸納為動(dòng)態(tài)法。目前廣為流行的“動(dòng)態(tài)法”命名顯然是不確切的或者是不合適的。應(yīng)該更多采用IFCC文件中建議的“連續(xù)監(jiān)測(cè)法”命名。
從酶反應(yīng)曲線來比較此二類方法。圖17-7是一個(gè)典型酶反應(yīng)過程。
圖17-7 酶促反應(yīng)中基質(zhì)[S]、產(chǎn)物[P]
和反應(yīng)速率V在不同時(shí)間變化的模式圖
在酶作用下,底物[S]濃度不斷下降,隨之有相應(yīng)產(chǎn)物[P]產(chǎn)生。不少酶在反應(yīng)一開始的階段,由于各種因素影響,反應(yīng)速度較慢,稱為延滯期,隨后在過量濃度的底物存在條件下,酶反應(yīng)以恒定的速度進(jìn)行,不受底物濃度變化的影響,這段反應(yīng)稱為線性反應(yīng)期或零級(jí)反應(yīng)期。隨時(shí)間延長(zhǎng),反應(yīng)速度除與酶量有關(guān),還與底物濃度有關(guān)。即v=k(a-x),式中a為原來底物濃度,x為消耗的底物濃度,如反應(yīng)物濃度項(xiàng)上指數(shù)為1,稱為一級(jí)反應(yīng),假如反應(yīng)速率受二種或二種以上物質(zhì)濃度的影響,則各個(gè)反應(yīng)物濃度項(xiàng)上指數(shù)總和作為反應(yīng)級(jí)數(shù),可以分別為一級(jí)、二級(jí)或多級(jí)反應(yīng),總的將這段反應(yīng)時(shí)期稱為非線性反應(yīng)期。
很明顯如測(cè)反應(yīng)速度的目的是為了從此推算出酶含量的多少,則只有測(cè)線性反應(yīng)期的反應(yīng)速度才能作到此點(diǎn)。在延滯期、非線性期測(cè)的結(jié)果不準(zhǔn)確,一般是偏低的。
取樣法由于方法學(xué)上的限制,一般只測(cè)二管:一為沒發(fā)生酶反應(yīng)的對(duì)照管,另一管測(cè)酶作用一段時(shí)間后反應(yīng)物的變化,實(shí)際上測(cè)得是平均速度,而且二管間隔時(shí)間都較長(zhǎng),在半小時(shí)左右,圖17-8中t0,t分別代表不同時(shí)間二管反應(yīng)物的量,雖然從t到t0反應(yīng)物變化量是相同的。但實(shí)際反應(yīng)過程是多種多樣的。
只有當(dāng)反應(yīng)如曲線A時(shí),用“固定時(shí)間法”才能測(cè)出真實(shí)的酶活性,實(shí)際工作中是很少見的,圖中曲線B代表了最常見的反應(yīng)情況,在一個(gè)很短的線性反應(yīng)期后在大部分測(cè)定期間內(nèi)主要為非線性反應(yīng)期。曲線C說明在測(cè)定期間包括了延滯期,曲線D則不僅包括了延滯期,還包括非線性期,在這些反應(yīng)中如用固定時(shí)間法來測(cè)定,結(jié)果是不夠準(zhǔn)確的,一般是偏低的,而且酶濃度愈高,偏離程度愈大。
假如從上節(jié)敘述中得出一個(gè)重要結(jié)論:即在設(shè)計(jì)和選擇測(cè)定酶活性濃度方法時(shí)必須是在“最適條件”下測(cè)定最大反應(yīng)速度。那么從這段敘述中可得出一個(gè)對(duì)上述結(jié)論一個(gè)很重要的補(bǔ)充,即所測(cè)的最大反應(yīng)速度還應(yīng)該是初速度即V0。
理論上的V0在實(shí)際工作中是不存在的,必須讓酶和底物作用一段時(shí)間,消耗掉一定量的底物,才能測(cè)出反應(yīng)速度,一般說,如消耗底物在5%內(nèi)所測(cè)到的反應(yīng)速度都可認(rèn)為是初速度,如底物濃度很高時(shí),底物消耗在20%以內(nèi)的反應(yīng)往往還在線性反應(yīng)期。
連續(xù)監(jiān)測(cè)法能滿足上述重要要求。由于不需停止酶反應(yīng)。很容易得到整個(gè)酶反應(yīng)曲線,然后根據(jù)反應(yīng)曲線情況,避開延滯期和非線性反應(yīng)期,m.jfsoft.net.cn/shouyi/只在線性反應(yīng)期測(cè)定最大反應(yīng)初速度。同時(shí)由于分光光度法的高靈敏度,自動(dòng)生化分析儀的高精密度,連續(xù)監(jiān)測(cè)法能在很短時(shí)間,甚至在1分鐘反應(yīng)時(shí)間,準(zhǔn)確測(cè)定反應(yīng)速度,從而求出準(zhǔn)確的酶活性濃度!肮潭〞r(shí)間法”測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30分鐘,很難滿足上述方法學(xué)上測(cè)定初速度V0的要求。
圖17-8 二點(diǎn)測(cè)定法中可能引起的誤差
從理論上說,只有當(dāng)測(cè)定的是初速度,米氏方程式才能成立,并可能測(cè)出真正的Km。用“固定時(shí)間法”測(cè)出的速度受到逆反應(yīng)速度的影響?梢韵率奖硎居心嫦蚍磻(yīng)存在時(shí)的酶反應(yīng)過程。
k1 k2 k3
E+S→ES→EP→E+P
← ← ←
K-1 k-2 k-3
存在著EP和P時(shí),就會(huì)出現(xiàn)逆反應(yīng),此時(shí)所測(cè)的為一表觀速度(Va)或反應(yīng)的凈速度。
Va=k2[ES]-k-2[EP]
[E]t代表酶總量,在反應(yīng)過程中包含了游離酶[E]、酶底物復(fù)合物[ES]和酶產(chǎn)物復(fù)合物[]EP]。
Ks為[ES]的解離常數(shù),Kp為[EP]的解離常數(shù),故:
代入上式得:
根據(jù)Maldanc公式Keq=VfKp/VrKs得:
在反應(yīng)特定時(shí)間,產(chǎn)物[P]為一定值,上式得:
此公式從理論上說明,如所測(cè)反應(yīng)有逆反應(yīng)存在時(shí),不存在原來的米-門方程式。用各種作圖法很難求出準(zhǔn)確的米氏常數(shù)。如果說所測(cè)酶反應(yīng)不僅存在著逆反應(yīng),產(chǎn)物還抑制了酶反應(yīng),則動(dòng)力學(xué)公式將更為復(fù)雜。這就是為什么不僅在建立方法時(shí),就是在研究酶的動(dòng)力學(xué)時(shí),也總是希望所測(cè)量的都是酶反應(yīng)的初速度。
以上這二類方法并不是概括了所有測(cè)酶活性濃度的方法,也并不排除在非線性反應(yīng)期測(cè)酶活性濃度的可能性。如固定底物變化量,則不同標(biāo)本達(dá)到此變化終點(diǎn)的時(shí)間,與酶量成反比例,Somogyi曾提出一種測(cè)淀粉酶的方法,酶與底物混合后。每隔半分鐘取一滴出來加入碘液呈色,觀察顏色由紫色變?yōu)榧t色時(shí)間,也就是淀粉酶全部水介變?yōu)楹臅r(shí)間,并由此時(shí)間的長(zhǎng)短計(jì)算出酶含量高低,這類方法不需使用很高濃度的底物,有其獨(dú)特之外,在自動(dòng)生化分析儀中也曾使用類似的方法,值得人們重視。
連續(xù)監(jiān)測(cè)法具有眾多的優(yōu)點(diǎn),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)生化儀的使用,正在逐步取代“固定時(shí)間法”,發(fā)達(dá)國(guó)家從50年代到70年代末用了約20余年的時(shí)間,我國(guó)從80年代初開始使用連續(xù)監(jiān)測(cè)法,雖然發(fā)展很快,但至少仍有不少地區(qū)醫(yī)院實(shí)驗(yàn)室仍使用老的方法,就是已使用新法的實(shí)驗(yàn)室,也不一定掌握得很好,本節(jié)將比較詳細(xì)地從分類,酶偶聯(lián)反應(yīng),測(cè)定注意事項(xiàng)等方面對(duì)連續(xù)監(jiān)測(cè)法加以介紹。
(一)連續(xù)監(jiān)測(cè)法種類
⒈直接連續(xù)監(jiān)測(cè)法這類方法是使用各種分析手段,如分光亮度法、熒光法、pH計(jì)、旋光計(jì)、電導(dǎo)儀等等,在不停止酶反應(yīng)條件下直接測(cè)反應(yīng)體系中底物或產(chǎn)物的變化,從而計(jì)算出酶活性濃度,其中尤以分光光度法應(yīng)用最多,應(yīng)用最廣的有NAD(P)H反應(yīng)系統(tǒng),可以測(cè)定大部分的脫氫酶,還有的是所謂“色素原”底物,其本身為無色或微黃色,在酶作用下生成有色化合物,適用于測(cè)定水解酶和一些轉(zhuǎn)移酶。
⒉間接連續(xù)監(jiān)測(cè)法直接法試劑簡(jiǎn)單,操作方便,可惜的是只有當(dāng)?shù)孜锱c產(chǎn)物之間,在光學(xué)性質(zhì)或其它理化性質(zhì)有顯著差異時(shí),才有可能使用此法。到目前為止,大部分酶都無法用直接法測(cè)定。
科學(xué)家還曾設(shè)法在原來反應(yīng)體系中添加一些試劑,這些試劑必須不與酶作用也不影響酶活性,同時(shí)又能與酶反應(yīng)物迅速作用,產(chǎn)生可以被直接測(cè)定的物質(zhì),典型的例子是Ellman的膽堿酯酶測(cè)定法,底物為硫代乙酰膽堿,酶水解產(chǎn)物硫代膽堿與添加的二硫代硝基苯甲酸(DTNB)作用立刻生成黃色化合物,可在412nm用分光光度法連續(xù)監(jiān)測(cè)。
實(shí)際工作中,更多的是在反應(yīng)體系中加入另一酶試劑。進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿复俜磻?yīng),完全可以勝任上述工作。目前酶偶聯(lián)法已經(jīng)成為應(yīng)用最廣、最頻繁測(cè)酶活性濃度的方法。
最簡(jiǎn)單的酶偶聯(lián)反應(yīng)為以下模式:
Ex為所要測(cè)定的酶,A、B二物質(zhì)分別為其底物和產(chǎn)物,對(duì)此二物質(zhì)變化,無法直接監(jiān)測(cè),此時(shí)可加入其它酶,其底物為Ex的產(chǎn)物B,其反應(yīng)產(chǎn)物C可直接監(jiān)測(cè),這樣通過第二個(gè)酶反應(yīng)有可能推測(cè)出第一個(gè)酶的活性濃度,外加的第二個(gè)酶稱之為指示酶Ei。
如果一些酶反應(yīng)找不到合適的指示酶與其直接偶聯(lián),此時(shí)往往可以加入另一種酶,將二者連接起來,模式如下:
將這種聯(lián)接的酶稱之為輔助酶(Ea)。個(gè)別情況可能使用二種乃至二種以上的輔助酶。
酶偶聯(lián)反應(yīng)與一般酶反應(yīng)的一個(gè)重要區(qū)別處在于其有一個(gè)明顯的延滯期。酶偶聯(lián)反應(yīng)一開始只存在著底物A,不存在指示酶的反應(yīng),隨著產(chǎn)物B的出現(xiàn)和增加,指示酶反應(yīng)隨之加快,Ex和Ei反應(yīng)速度相等,也就是達(dá)到穩(wěn)態(tài)。從酶反應(yīng)開始至穩(wěn)態(tài)期間,指示酶反應(yīng)較慢且不穩(wěn)定,稱為延滯期。顯然這期間指示酶反應(yīng)速度不能代表測(cè)定酶量多少。設(shè)計(jì)或選擇酶測(cè)定方法時(shí),如果用酶偶聯(lián)法,延滯期越短越好,測(cè)定時(shí)間一定要避開此期。
是不是所有類型的酶偶聯(lián)反應(yīng)都可用來測(cè)酶活性濃度?回答是否定的。因?yàn)闇y(cè)酶的活性濃度是依據(jù)測(cè)定酶反應(yīng)速度——△A/△t或△B/△t求出。在酶偶聯(lián)法,此值無法直接求出,而是通過測(cè)定指示酶反應(yīng)△C/△t間接求出,要使酶偶聯(lián)法測(cè)得的酶活性濃度準(zhǔn)確可靠,則Vind=Vx。換言之,指示酶的最大反應(yīng)速度必須等于或接近測(cè)定酶的最大反應(yīng)速度。
當(dāng)測(cè)定酶的反應(yīng)速度明顯大于指示酶,此時(shí)A很快轉(zhuǎn)變?yōu)锽,由于指示酶反應(yīng)慢,中間產(chǎn)物B大量推積,最終產(chǎn)物產(chǎn)生速度明顯慢于底物A的消失速度。
當(dāng)指示酶速度加大后,中間產(chǎn)物B堆積減小,指示酶反應(yīng)速率偏差程度也變小。只有當(dāng)指示酶大量存在時(shí),出現(xiàn)產(chǎn)物B就能將其迅速變?yōu)镃。
可以看出在延滯期后(即B達(dá)到高峰后的時(shí)期),C和A的變化速度非常一致。也就是只有在些情況下,才是測(cè)定酶濃度的理想條件。
從理論上說,用酶偶聯(lián)反應(yīng)測(cè)酶活性濃度時(shí),最好條件應(yīng)是測(cè)定酶反應(yīng)為限速反應(yīng)。動(dòng)力學(xué)上為零級(jí)反應(yīng),而指示酶為一級(jí)反應(yīng),酶反應(yīng)速度與指示酶底物濃度相關(guān)。
(二)指示酶、輔助酶的種類和濃度
指示酶、輔助酶的種類:常規(guī)化驗(yàn)中常用的酶偶聯(lián)法中,多以脫氫酶為指示酶,在常規(guī)化驗(yàn)中的自動(dòng)分析儀幾乎無一例外都有340nm波長(zhǎng),通過NAD(P)H系統(tǒng)可以很方便地監(jiān)測(cè)到指示酶反應(yīng)。但從理論上說,往往可以有不止一種偶聯(lián)方法,只要設(shè)法使偶聯(lián)反應(yīng)中最后一個(gè)是指示酶反應(yīng),前面已提到測(cè)CK可以正向逆向二個(gè)方向建立二種不同酶偶聯(lián)的反應(yīng)。又如在丙氨酸轉(zhuǎn)氨基酶(ALT)測(cè)定法中,正向反應(yīng)后產(chǎn)生丙酮酸和谷氨酶,目前最常用的是用乳酸脫氫酶與丙酮酸偶聯(lián)反應(yīng),伴有NADH下降。但也可以用谷氨酸脫氫酶與谷氨酸作用,伴有NADH生成。
總之,酶偶聯(lián)法為實(shí)驗(yàn)室工作者開辟了一個(gè)廣闊前景。在設(shè)計(jì)和選擇測(cè)定酶活性濃度方法時(shí),應(yīng)該創(chuàng)造更新的方法,而不應(yīng)拘泥于書本上的方法。
在選擇時(shí)首先應(yīng)考慮方法的特異性。在ALT方法,測(cè)定丙酮酸顯然優(yōu)于測(cè)谷氨酸,因?yàn)槎喾N氨基轉(zhuǎn)移酶都能產(chǎn)生谷氨酸,而只有ALT產(chǎn)生丙酮酸。還有干擾反應(yīng)或副反應(yīng),在ALT測(cè)定中,由于正常以及病理血清中含有一定量丙酮酸,將受到它的干擾,又由于底物中含有大量α-酮戊二酸,可被血中谷氨酸脫氫酶作用消耗NADH。
其次應(yīng)考慮酶偶聯(lián)反應(yīng)的合理性,如能直接與指示酶偶聯(lián),就沒有必要加入輔助酶,所選用的指示酶、輔助酶除了應(yīng)選Km小的酶(這樣容易使它們催化反應(yīng)速度大大超過測(cè)定酶反應(yīng)速度),還必須考慮指示酶、輔助酶是在測(cè)定酶的“最適條件”下工作,此時(shí)往往不是指示酶、輔助酶的最適條件,如二者差異太大不利于整個(gè)酶系統(tǒng)的反應(yīng),例如乳酸脫氫酶最適pH為7.4,而丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶最適pH也是7.4,乳酸脫氫酶作為指示酶比谷氨酸脫氫酶更為合適,因后者最適pH為8.4。
如最后制成試劑盒,則還需從經(jīng)濟(jì)角度選擇一些價(jià)廉物美,又易取材、純化得到的酶制劑。
(三)指示酶、輔助酶的濃度
從上節(jié)描述中可以知道建立一個(gè)合適的酶偶聯(lián)反應(yīng)體系,不是很容易的指示酶,輔助酶的反應(yīng)要能準(zhǔn)確反映出測(cè)定酶含量,中間產(chǎn)物必須低,延滯期必須短,要作到此點(diǎn),這些工具酶用量很大,但用量過大經(jīng)濟(jì)上不合算,所以在酶偶聯(lián)測(cè)定法中,選用適當(dāng)量的指示酶是一個(gè)重要的問題。一般可用反復(fù)試驗(yàn)法,即試驗(yàn)性地選用不同量的指示酸直到偶聯(lián)酶反應(yīng)中指示酶反應(yīng)速度不隨工具酶的增加而升高,并在所選用的“最適條件”下,指示酶反應(yīng)速度和酶活性濃度成正比例。
這種方法工作量大,而且不一定能得到最適結(jié)果,較好的辦法是可先從理論上進(jìn)行計(jì)算,得出一個(gè)大約結(jié)果,然后在此范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn),這樣可以節(jié)約時(shí)間和精力。
最簡(jiǎn)單的方法是根據(jù)Vx/(Km)x=Vi/(Km)i的比值來選擇指示酶的用量Vi,式中Vx為測(cè)定酶的測(cè)定上限,(Km)x和(Km)i分別是測(cè)定酶和指示酶的米氏常數(shù);有人計(jì)算過當(dāng)比值為1:100時(shí),測(cè)定值低4%;如改為1:10時(shí),指示酶的反應(yīng)速度將比測(cè)定酶反應(yīng)速度慢28%,如增加到1:1000,則誤差只有0.7%。
這是因?yàn),?dāng)我們用酶偶聯(lián)反應(yīng)體系測(cè)酶活性濃度時(shí),測(cè)定酶的反應(yīng)必須是體系中的限速反應(yīng),工具酶所催化的最大反應(yīng)速度必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于測(cè)定酶,由于工具酶所催化的反應(yīng)必須在中間產(chǎn)物濃度很低條件下進(jìn)行,并且將其很快轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K產(chǎn)物,反應(yīng)體系中不應(yīng)有中間產(chǎn)物堆積,否則將導(dǎo)致誤差。
下面舉一實(shí)例,在肌酸激酶測(cè)定法中,CK的Km為2.4mmol/L,指示酶6-磷酸葡萄糖脫氫酶的Km為0.27mmol/L,如我們將CK測(cè)定上限定為450μ/L(實(shí)際測(cè)定時(shí)標(biāo)本稀釋60倍,實(shí)際為7.5μ/L),如希望上述比例為1:100。代入上式:
Vi=3.1×10-3×min-1×0.27mmol×1
=0.835×10-3×mmol×min-1
=0.835U
如反應(yīng)體系為1ml,求出在此反應(yīng)體系中只需0.835U的6-磷酸葡萄糖脫氫酶即可。
另一法可以根據(jù)米氏方程式來計(jì)算,在酶偶聯(lián)反應(yīng)中,指示酶催化速度(Vi)的米氏方程式為:
以天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(AST)為例希望中間產(chǎn)物P濃度很低,定為0.001mmol/L,指示酶蘋果酸脫氫酶。Km為0.0165mmol/L,如設(shè)定AST上限為300U/L(標(biāo)本為1:12稀釋,實(shí)測(cè)上限為25U/L)。代入上式:
Vi=0.0014mmol min-1=1.4U
得1.4U,如反應(yīng)體系為3ml,則試劑中蘋果酸脫氫酶用量為466U/L,目前試劑中用量為600U/L。從以上計(jì)算來看,試劑中用量是足夠的。
在酶偶聯(lián)反應(yīng)體系中,不可避免會(huì)出現(xiàn)延滯期,在測(cè)定酶時(shí)希望此延滯期愈短愈好,此時(shí)可利用Mcclure介紹的計(jì)算法計(jì)算出一定延滯期時(shí)所需指示酶的量。
Mcclure假定在下面酶偶聯(lián)反應(yīng)中:
第一個(gè)反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng),第二個(gè)反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng),且中間產(chǎn)物B濃度遠(yuǎn)小于指示酶的Km,即B<<(Km)i。
通過推導(dǎo),可得
dB/dt=k1-k2B
上式積分得:
當(dāng)t足夠大時(shí),e-k2t→0,此時(shí)B濃度不變達(dá)到穩(wěn)態(tài),此時(shí)B的濃度為Bss,代入上式:
首先可得 Bss=k1/k2
以及l(fā)n[1-B/Bss] =-k2t
同時(shí)在穩(wěn)態(tài)下,k2是指示酶正向反應(yīng)的常數(shù),在一級(jí)反應(yīng)中k2=Vi/(Km)i。
令F=B/Bss,此即在時(shí)間t時(shí)產(chǎn)物B為其穩(wěn)態(tài)濃度的百分?jǐn)?shù),一般選用0.99。
最后可得公式:
Vi=
例如在CK測(cè)定中,指示酶6-磷酸葡萄糖脫氫酶Km為0.11mmol/L,我們希望延滯時(shí)間為1分鐘,則指示酶用量為:
總之,從上式可清楚看到,延滯時(shí)間t與指示酶的Km成正比例,用量成反比。
50年代以前酶活性濃度單位的命名混亂,常以方法提出者的姓氏來命名,例如淀粉酶的Somogyi單位,堿性磷酸酶的King單位等等,定義參差不齊,給臨床醫(yī)師帶來很大不便,尤其在建立“連續(xù)監(jiān)測(cè)法”測(cè)酶后,大量酶應(yīng)用于臨床,此混亂現(xiàn)象更為突出。1963年國(guó)際生化協(xié)會(huì)通過廣泛討論,提出一個(gè)國(guó)際單位定義來表示酶量的多少,即1分鐘能轉(zhuǎn)化1微摩爾底物(μmolmin-1)的酶量為一個(gè)國(guó)際單位,以IU表示之,由于意見不一致,至今尚未指定酶反應(yīng)溫度,而同一量的酶,在不同溫度時(shí)間為1分鐘所轉(zhuǎn)化底物的量將有明顯差異。為避免臨床上誤認(rèn)為只要是同一國(guó)際單位的酶量在國(guó)際上無論何處所測(cè)結(jié)果都應(yīng)一致,目前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)工作者常省略國(guó)際二字(簡(jiǎn)寫也由IU改為U)。
臨床上測(cè)定的不是酶的絕對(duì)量而是濃度,1963年并未明確規(guī)定用ml或L表示體積。舊的文獻(xiàn)中可見到mU/ml,或U/L。目前在臨床化學(xué)中,幾乎都習(xí)慣用U/L來表示體液中酶活性濃度。我國(guó)由于近年來大量用自動(dòng)分析儀和連續(xù)監(jiān)測(cè)法測(cè)酶,已逐步不再使用各種古老單位,而使用U/L來表示酶活性濃度。
近年來國(guó)際上大力推廣SI制,我國(guó)已明確SI制為法定計(jì)量單位制,SI制中酶活性單位為Katal,即1秒中轉(zhuǎn)化1個(gè)摩爾底物(mol s-1)的酶量,Katal對(duì)體液中酶量而言顯然過大,常用單位為ukatal或nkatal。
上述國(guó)際單位和katal間關(guān)系如下:
1U=1μmol min-1=16.67nmol s-1=16.67nkatal
在我國(guó)不論實(shí)驗(yàn)室還是臨床醫(yī)師對(duì)katal都不太熟悉,如報(bào)告使用katal/L報(bào)告酶結(jié)果時(shí),最好同時(shí)注明相應(yīng)的U/L。
(一)連續(xù)監(jiān)測(cè)法中酶活性濃度的計(jì)算
前面已提到連續(xù)監(jiān)測(cè)法優(yōu)點(diǎn)之一是計(jì)算方便,不需作標(biāo)準(zhǔn)曲線或標(biāo)準(zhǔn)管,用分光光度計(jì)監(jiān)測(cè)酶反應(yīng)過程時(shí),很容易求出反應(yīng)體系每分鐘吸光度變化,根據(jù)摩爾吸光系數(shù)可求出△A相當(dāng)測(cè)定物質(zhì)變化的微摩爾數(shù),由于臨床醫(yī)師需要知道的是標(biāo)本中而不是反應(yīng)體系中酶的濃度,計(jì)算中要考慮標(biāo)本的稀釋倍數(shù),假如比色杯光徑不是1cm,則還應(yīng)考慮光徑不同對(duì)△A的影響,這樣整個(gè)計(jì)算公式應(yīng)為:
此中ε為摩爾(線性)吸光體系(mol-1·L·cm-1)
△A為吸光度變化
v為標(biāo)本體積(ml)
V為反應(yīng)體系體積(ml)
L為光徑(cm)
在實(shí)際測(cè)定中后面幾項(xiàng)皆為常數(shù),所以上式常簡(jiǎn)化為:
(二)常數(shù)K的意義和設(shè)置
在測(cè)酶時(shí),常數(shù)K值的選擇是很重要的。此值過高雖然測(cè)定的線性范圍較寬,但重復(fù)性差,反之,雖然精密度好,但線性窄。
此問題與儀器測(cè)定的嗓音(noise)密切相關(guān),自動(dòng)分析儀吸光度讀數(shù)嗓音一般都需控制在0.001,也就是儀器須保證對(duì)同一溶液反復(fù)進(jìn)行測(cè)定時(shí),吸光度誤差最好控制0.001上下,雖然此值不大,但已可能使測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生1/1000K值的誤差,如K值為6000,代入上式,則每分鐘測(cè)定吸光度如有0.001微小變化,結(jié)果將是出現(xiàn)上下6U/L的誤差,對(duì)于一此參考值較低的酶,如轉(zhuǎn)氨酶而言顯然太大,臨床醫(yī)師無法容忍這么大差異。
K值設(shè)置的首先出發(fā)點(diǎn)應(yīng)是測(cè)定酶的判斷值或參考值上限,應(yīng)保證這些值測(cè)定的可靠,所以轉(zhuǎn)氨酶的常數(shù)K一般在3000左右,不少人寧愿在1500左右,另外還應(yīng)考慮到測(cè)定時(shí)間,一些半自動(dòng)分析儀測(cè)定時(shí)間短到0.5分,此時(shí)0.001嗓音對(duì)每分鐘△A誤差將是0.002,反之,測(cè)定時(shí)間延長(zhǎng)到2分鐘,誤差也小一半,也就是說,如測(cè)定時(shí)間長(zhǎng),則K值可以設(shè)置大一些,如測(cè)定時(shí)間只有0.5分鐘,K值一般不超過4000。
改變K值最方便的途徑就是改變標(biāo)本稀釋度,稀釋倍數(shù)愈大,K值愈大。
(三)常數(shù)K值的檢驗(yàn)
摩爾吸光系數(shù)(ε)對(duì)一定物質(zhì)而言常是一個(gè)定值,但在一些外界條件影響下也會(huì)有所變化。最明顯例子是對(duì)硝基酚,隨pH不同,顏色差異明顯,當(dāng)pH>10時(shí),405nm處其ε為18500,在pH7.0,ε下降為9400,顏色下降幾乎一半。溫度變化時(shí),也會(huì)對(duì)NAD(P)H的ε產(chǎn)生一些影響。當(dāng)波長(zhǎng)大于334nm時(shí),隨溫度升高,同一波長(zhǎng)的ε值會(huì)輕度下降。
同時(shí)ε值是指用分光光度法,也就是在近似單色光的光源條件下才能成立,實(shí)際上大多數(shù)自動(dòng)分析儀使用的是干涉濾片,波峰值可能出現(xiàn)差異,個(gè)別的半波寬可能為10nm乃至更大。由于雜散光的存在,會(huì)明顯改變?chǔ)胖,假如再考慮到注加系統(tǒng)的誤差,實(shí)測(cè)K值很可能與理論K值不一致。Onuki檢測(cè)了三臺(tái)Hitachi-7150型自動(dòng)分析儀測(cè)AST的K值分別為-5466、-5421、-5559。而理論K值為-6111則結(jié)果約增加為1.12倍。
測(cè)定實(shí)際的K值不是一件困難的事,目前有些自動(dòng)分析儀已有相應(yīng)的軟件和試劑可以進(jìn)行檢測(cè)。事實(shí)上對(duì)一些性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)如對(duì)硝基酚、對(duì)硝基苯胺,可以用高純?cè)噭┡涑蓸?biāo)準(zhǔn)品或直接購(gòu)買可靠的校準(zhǔn)品,將它們作為標(biāo)本進(jìn)行酶的測(cè)定,根據(jù)已知標(biāo)準(zhǔn)品的濃度和吸光度變化就可計(jì)算出實(shí)際K值,但此法不適用于測(cè)與NAD(P)H反應(yīng)有關(guān)酶測(cè)定的K值。因?yàn)镹AD(P)H不穩(wěn)定,此時(shí)可使用測(cè)葡萄糖的紫外分光光度法試劑盒,對(duì)已知濃度的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行終點(diǎn)法測(cè)定,此法產(chǎn)生與葡萄糖相等摩爾數(shù)的NAD(P)H,故不難從吸光度變化求出K值,也有人用乳酸脫氫酶測(cè)已知量的丙酮酸來求K值。
大多數(shù)測(cè)定標(biāo)本不是純酶制劑,而是體液或組織液。其中除了測(cè)定酶外,還存在著其它酶和各種物質(zhì),如使用酶偶聯(lián)反應(yīng),在反應(yīng)體系中又外添了大量的各種酶制劑,因此在反應(yīng)體系中可能出現(xiàn)一些我們不希望的副反應(yīng)或旁路反應(yīng),這些都有可能對(duì)測(cè)定反應(yīng)產(chǎn)生干擾。
(一)其它酶和物質(zhì)的干擾
如組織勻漿中往往含有NADH-細(xì)胞色素C還原酶,它將干擾各種還原酶的測(cè)定。臨床酶測(cè)定中最典型的例子是血液中丙酮酸對(duì)丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶測(cè)定的干擾,由于反應(yīng)體系中含有大量乳酸脫氫酶和NADH,可與丙酮酸反應(yīng)消耗NADH,引起340nm處吸亮度下降,假如將此NADH下降也算為ALT活性將引起誤差。其www.med126.com它如紅細(xì)胞中腺苷酸激酶(AK)對(duì)CK測(cè)定的干擾,在CK的酶偶聯(lián)體系中ADP是CK底物,但它又同時(shí)是AK的底物,二個(gè)酶反應(yīng)都產(chǎn)生ATP,在工具酶(已糖激酶和6-磷酸葡萄糖脫氫酶)作用下都產(chǎn)生NADH引起340nm處吸光度上升,其結(jié)果是CK測(cè)定結(jié)果偏高,為避免此種干擾,所以在反應(yīng)體系中加入AK的抑制劑AMP和二腺苷酸5′磷酸。
(二)工具酶的污染
目前試劑中所用的試劑酶多從動(dòng)物組織或細(xì)菌中提取,不可避免地會(huì)污染有其它酶,如不注意此問題,會(huì)引起不正確結(jié)果,例如丙酮酸羧化酶催化下列反應(yīng):
可加入蘋果酸脫氫酶和NADH進(jìn)行測(cè)定,將草酰乙酸轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果酸,并將NADH轉(zhuǎn)變?yōu)镹AP+。如果工具酶蘋果酸脫氫酶不純,含有乳酸脫氫酶,也可以作用底物之一的丙酮酸,同時(shí)消耗NADH,這樣就無法準(zhǔn)確測(cè)定丙酮酸羧化酶活性。
更有甚者,有些工具酶中就混有測(cè)定酶,這種情況下,將產(chǎn)生很高的本底。
所以所用的工具酶必須很純,并檢查污染酶的含量,例如測(cè)定天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶所用的蘋果酸脫氫酶中所含雜的AST時(shí),按IFCC規(guī)定不應(yīng)超過0.005%。
(三)非酶反應(yīng)
有些底物不穩(wěn)定,沒有酶的作用就能自行反應(yīng),例如ALP的底物磷酸對(duì)硝基酚配成的底物溶液,室溫放置過夜,即自行水解釋放出對(duì)硝基成黃色。又如測(cè)醛縮酶時(shí),其底物醛類化合物可以和NAD+起非酶反應(yīng)產(chǎn)生一種具有類似NADH吸收光譜的化合物,給測(cè)定帶來困難。
(四)分析容器的污染
如沖洗不當(dāng),分析容器和管道中混雜有各種物質(zhì),可能影響酶活性,如微量重金屬可使酶失活,殘留的表面活性劑可能抑制酶活性。
(五)沉淀形成
使用光學(xué)法監(jiān)測(cè)酶反應(yīng)時(shí),如有沉淀形成或組織勻漿中顆粒的下沉都會(huì)引起吸光度變化,引起測(cè)定結(jié)果誤差,此情況常見于底物溶解度低而反應(yīng)體系中底物濃度偏高?梢娪谟忙-谷氨酰對(duì)硝基苯胺為底物測(cè)GGT時(shí)。
對(duì)上述的一些問題?赏ㄟ^試劑空白管檢出并加以校正。不同廠家的ALT,AST試劑盒由于雜酶存在,試劑空白管可以測(cè)出多少不等轉(zhuǎn)氨酶活性,個(gè)別可達(dá)5U/L以上,這種試劑無法使用,較好的試劑盒也在2U/L左右。如不作試劑空白管對(duì)結(jié)果加以校正,所測(cè)結(jié)果將偏高,用半自動(dòng)分析儀測(cè)定酶時(shí)特別要注意作試劑空白管,有時(shí)還需作標(biāo)本對(duì)照管,例如測(cè)ALT時(shí)為除去GLD的干擾,可以在底物溶液中不加入丙氨酸,與標(biāo)本中GLD作用引起NADH下降。
解決這些問題另一個(gè)有效措施就是不用單一試劑測(cè)酶活性,改用雙試劑,先加的第一試劑常不含底物或底物之一,但含有所有其它成分,與標(biāo)本作用一段時(shí)間待吸光度停止變化后,再加入底物開始測(cè)定酶的反應(yīng)。