Fermentų inhibitoriai yra grįžtami ir negrįžtami. Nekonkurencinis slopinimas. Nekonkurencinis grįžtamasis slopinimas

Konkurencinis slopinimas

Yra dviejų tipų grįžtami inhibitoriai: konkurenciniai ir nekonkurenciniai. Tiriant grįžtamuosius fermentų inhibitorius, pavyko gauti labai svarbios informacijos apie įvairių fermentų aktyviųjų centrų sandarą.

Konkurencinis inhibitorius konkuruoja su substratu dėl prisijungimo prie aktyviosios vietos, tačiau, skirtingai nei substratas, su fermentu susietas konkurencinis inhibitorius nevyksta fermentinio virsmo (1 pav.). Puikus konkurencinio slopinimo dalykas yra tai, kad jį galima pašalinti arba sumažinti tiesiog padidinus substrato koncentraciją.

1 pav. Konkurencinio fermento aktyvumo slopinimo schema

Pavyzdžiui, jei esant tam tikroms substrato ir konkurencinio inhibitoriaus koncentracijoms, fermento aktyvumas slopinamas 50%, tai galime sumažinti slopinimo laipsnį padidindami substrato koncentraciją.

Savo trimatėje struktūroje konkurencingi inhibitoriai paprastai primena tam tikro fermento substratą. Dėl šio panašumo konkurencinis inhibitorius sugeba „apgauti“ fermentą ir su juo susisiekti. Remiantis Michaelis-Menten teorija, konkurencinį slopinimą galima tirti kiekybiškai. Konkurencinis inhibitorius I tiesiog grįžtamai prisijungia prie fermento E, sudarydamas su juo kompleksinį EI. Tačiau, skirtingai nei substratas, inhibitorius nėra veikiamas fermento ir nesusidaro nauji reakcijos produktai (1 pav.).

Klasikinis konkurencinio slopinimo pavyzdys yra sukcinato dehidrogenazės slopinimas malono rūgšties anijonu (2 pav.). Sukcinato dehidrogenazė yra fermentų grupės, katalizuojančios trikarboksirūgšties ciklo reakcijas – galutinio metabolinio kelio oksidaciniam angliavandenių ir riebalų sunaikinimui mitochondrijose, dalis. Šis fermentas katalizuoja dviejų vandenilio atomų paėmimą iš sukcinato – po vieną iš abiejų metileno (-CH2-) grupių. Sukcinato dehidrogenazę slopina malonatas, panašus į sukcinatą, nes jame taip pat yra dvi karboksilo grupės, kurios, esant pH 7,0, įgauna jonizuotą (deprotonuotą) formą. Tačiau jis skiriasi nuo sukcinato tuo, kad jo molekulėje yra tik trys anglies atomai. Sukcinato dehidrogenazė nesugeba abstrahuoti vandenilio iš malonato, tačiau maponatas užima aktyviąją fermento vietą, neleidžiant jam sąveikauti su normaliu substratu. Malonatas yra grįžtamasis inhibitorius, nes padidinus sukcinato koncentraciją esant tam tikrai malonato koncentracijai, sumažėja fermento slopinimo laipsnis. Kiti junginiai, turintys dvi neigiamo krūvio grupes, esančias tinkamu atstumu viena nuo kitos, taip pat gali veikti kaip konkurenciniai sukcinato dehidrogenazės inhibitoriai. Tai apima, pavyzdžiui, oksaloacetatą, tarpinį trikarboksirūgšties ciklo produktą.

2 pav. Reakcija, katalizuojama sukcinato dehidrogenazės ir jos konkurencinio slopinimo

Konkurencingi inhibitoriai savo struktūra primena sukcinatą: juose yra dvi neigiamo krūvio grupės, išsidėsčiusios tam tikru būdu erdvėje, atitinkančios aktyvaus centro konformaciją.

Ištyrus visų šių inhibitorių struktūrines ypatybes, prieita prie išvados, kad sukcinato dehidrogenazės kataliziniame centre tam tikru būdu erdvėje yra dvi teigiamai įkrautos grupės, galinčios pritraukti dvi neigiamai įkrautas sukcinato anijono karboksilo grupes. Taigi atrodo, kad sukcinato dehidrogenazės katalizinis centras papildo jo substrato struktūrą (2 pav.).

Konkurencinį slopinimą lengviausia atpažinti eksperimentiškai, nustatant inhibitorių koncentracijos poveikį pradinės reakcijos greičio priklausomybei nuo substrato koncentracijos. Norint išsiaiškinti, kokio tipo konkurencinis ar nekonkurencinis fermentų grįžtamasis slopinimas vyksta, labai patogu Michaelis-Menten lygtį paversti tiesine forma. Dažniausiai tam naudojamas dvigubas abipusis metodas. Iš dvigubomis atvirkštinėmis koordinatėmis sukonstruotų grafikų taip pat galima nustatyti fermento inhibitorių komplekso disociacijos konstantos reikšmę. Dėl disociacijos reakcijos

disociacijos konstanta lygi

INHIBITORIAI. Fermentai yra kontroliuojamo aktyvumo katalizatoriai. Jį galima kontroliuoti naudojant įvairias medžiagas. Fermento veikimą gali STOBLOSTI tam tikros cheminės medžiagos – INHIBITORIAI. Pagal veikimo pobūdį inhibitoriai skirstomi į 2 dideles grupes:

1. Grįžtamieji yra junginiai, kurie NEKOVALENTIŠKAI sąveikauja su fermentu, taip sudarydami kompleksą, galintį disociuoti.

2. Negrįžtamieji – tai junginiai, galintys specifiškai susieti tam tikras aktyvaus fermento centro funkcines grupes. Su juo jie sudaro stiprius KOVALENTinius ryšius, todėl tokį kompleksą sunku sunaikinti.

INHIBICIJŲ RŪŠYS. Pagal veikimo mechanizmą išskiriami šie INHIBICIJOS tipai:

1. Konkurencinis slopinimas- inhibitorių veikimo sukeliamos fermentinės reakcijos slopinimas, kurių struktūra labai artima S struktūrai, todėl tiek S, tiek inhibitorius konkuruoja dėl AC F. ir tas junginys prie jo jungiasi. kurių koncentracija aplinkoje didesnė. E+S – ES-EP

Daugelis vaistų veikia kaip konkurencinis inhibitorius. Pavyzdys yra SULPHANIL (SA) naudojimas. Esant įvairioms infekcinėms ligoms, kurias sukelia bakterijos, naudojami SA vaistai. SA įvedimas sukelia FOLIO rūgštį sintetinančio bakterinio fermento slopinimą. Šios rūgšties sintezės pažeidimas sukelia mikroorganizmų augimo sutrikimą ir jų mirtį.

2.NEKONKURENCINIS INHIBIAVIMAS-inhibitorius ir substratas struktūriškai nėra panašūs; inhibitorius neturi įtakos F-S komplekso susidarymui; susidaro trinaris ESI kompleksas.

Tokie inhibitoriai veikia substrato katalizinę konversiją. Jie gali jungtis arba tiesiogiai prie AC P katalizinių grupių, arba už AC P ribų. Tačiau bet kokiu atveju jie turi įtakos aktyvaus centro konformacijai. CIANIDAI veikia kaip nekonkurencinis inhibitorius. Jie glaudžiai jungiasi su CITOCHROMO OKSIDAZĖS geležies jonais. Šis fermentas yra vienas iš kvėpavimo grandinės komponentų. Kvėpavimo grandinės blokavimas sukelia greitą kūno mirtį. Veiksmą galima pašalinti tik naudojant REACTIVATORIUS.

3.PAGRINDO INHIBICIJA- Tai fermentinės reakcijos, kurią sukelia substrato perteklius, slopinimas. Šiuo atveju susidaro F-S kompleksas, tačiau jame nevyksta katalizinės transformacijos, nes daro fermento molekulę neaktyvią. Substrato inhibitoriaus poveikis pašalinamas sumažinus substrato koncentraciją.

4.ALOSTERINIS Slopinimas. ALLOSTERINIAI fermentai gali turėti 2 ar daugiau protomerų vienetų. Šiuo atveju vienas turi katalizinį centrą ir vadinamas kataliziniu, o kitas turi ALLOSTERINĮ centrą ir vadinamas reguliaciniu. Nesant ALLOSTERINIO INHIBITORIAUS, substratas prisijungia prie katalizinės vietos ir vyksta normali katalizinė reakcija. Atsiradus ALOSTERINIAM INHIBITORIUI, jis prisitvirtina prie reguliavimo bloko ir pakeičia fermentų centro KONFORMACIJĄ, ko pasekoje sumažėja fermento aktyvumas.

Izofermentų samprata. Laktato dehidrogenazės (LDH) ir kreatinkinazės (CK) izofermentų charakteristikos. CK izofermentų diagnostinis vaidmuo. Fermentų naudojimas medicinoje. Enzimodiagnostika ir fermentų terapija. Enzimopatologija, pavyzdžiai.

Izofermentai – tai grupė fermentų, kurie katalizuoja tą pačią reakciją, tačiau skiriasi kai kuriomis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis. Jie atsirado dėl genetinių skirtumų formuojant pirminę fermento baltymo struktūrą. Izofermentai turi griežtą organų specifiškumą.

ISOENZYMS aktyvumo nustatymas turi diagnostinę reikšmę.

LDH(laktato dehidrogenazė) turi 5 izofermentus, kurių kiekvienas yra tetrameras. Šie LDH F tipai skiriasi H ir M tipo deriniu. Kepenyse ir raumenyse vyrauja LDH-4 ir LDH-3, kurie yra maksimaliai aktyvūs. Miokardo ir inkstų audiniuose LDH-1 ir LDH-2 yra maksimaliai aktyvūs. Sergant kepenų patologija, kraujo serume smarkiai padidėja LDH-4 ir LDH-5 aktyvumas.

KFC(KREATINFOSFOKINAZĖ) - 0,16 - 0,3 mmol/l. Susideda iš 2 vienetų: B (smegenys), M (raumenys). CPK-1 (BB, 0%, CNS) padidėja esant giliam sunkiam pažeidimui (navikui, traumai, smegenų sumušimui). CPK-2 (MB, 3%, miokardo) padidėja ištikus miokardo infarktui ir pažeidžiant širdį. CPK-3 (MM, 97%, raumeninis audinys) padidėja esant miokardo pažeidimui, ilgalaikiam spaudimo sindromui.

Enzimopatologija- tiria ligas, susijusias su fosforo aktyvumo organizme sutrikimais arba visišku jų nebuvimu. Pavyzdžiui, fenilketonurija: fenilalaninas virsta įvairiais produktais, bet ne tirozinu – fenilPVK, fenillaktatu. Dėl to sutrinka fizinės organizmo galimybės. Kitas pavyzdys yra histidazės nebuvimas. Šis F. dalyvauja transformuojant histidiną, jo nebuvimas sukelia histidino kaupimąsi kraujyje ir šlapime, o tai neigiamai veikia visus medžiagų apykaitos procesus, slopinamas protinis ir fizinis vystymasis.

Enzimodiagnostika- F. aktyvumo nustatymas diagnostikos tikslais. Tai pagrįsta F. N-r organų specifiškumu. šarminė fosfatazė yra specifinis F, apibūdinantis kaulinio audinio būklę. Jo aktyvumas didėja sergant rachitu ir obstrukcine gelta. Įvairių destruktyvių procesų metu pažeidžiamas pažeistų organų membranų vientisumas, F. patenka į kraują. Nr. miokardinis infarktas.

Fermentų terapija- įvairių F naudojimas klinikinėje praktikoje medicininiais tikslais. Pavyzdžiui, mažam rūgštingumui – pepsinas.

Yra dvi didelės fermentinio aktyvumo inhibitorių klasės – konkurencinis ir nekonkurencinis – pagal tai, ar jų slopinamasis poveikis susilpnėja (konkurencinis slopinimas), ar nesusilpnėja (nekonkurencinis slopinimas), didėjant substrato koncentracijai. Praktikoje daugelis inhibitorių nepasižymi grynai konkurenciniam arba grynai nekonkurenciniam slopinimui būdingų savybių. Kitas inhibitorių klasifikavimo būdas yra pagrįstas jų surišimo vietos pobūdžiu. Kai kurie iš jų jungiasi su fermentu toje pačioje vietoje kaip substratas (kataliziniame centre), o kiti jungiasi dideliu atstumu nuo aktyviojo centro (valosterinio centro).

Konkurencinis slopinimas substrato analogais

Klasikinis konkurencinis slopinimas grindžiamas inhibitoriaus prisijungimu prie substrato surišimo (katalizinės) vietos. Substrato analogo, veikiančio kaip inhibitorius (I), cheminė struktūra paprastai yra panaši į substrato (S) struktūrą. Todėl inhibitorius gali grįžtamai prisijungti prie fermento, vietoj to sudarydamas kompleksą, t.y. fermentų inhibitorių kompleksas. Kai reakcijos mišinyje tuo pačiu metu yra ir substratas, ir tam tikro tipo inhibitorius, jie konkuruoja dėl tos pačios surišimo vietos fermento paviršiuje. Vienas iš plačiausiai ištirtų konkurencinio slopinimo pavyzdžių yra sukcinato dehidrogenazės slopinimas malonatu (I), kuris konkuruoja dėl tos pačios vietos su substrato sukcinatu.

Sukcinato dehidrogenazė katalizuoja fumarato susidarymą, paimdama vandenilio atomą iš kiekvieno iš dviejų sukcinato α-anglies atomų (8.19 pav.). Malonatas gali prisijungti prie dehidrogenazės, sudarydamas kompleksą.Vandilio atomas negali būti pašalintas iš Saagom malonato. Kompleksas gali suskaidyti tik į laisvą fermentą ir inhibitorių. Dėl šios grįžtamosios reakcijos

pusiausvyros konstanta K lygi

Ryžiai. 8.19. Sukcinato dehidrogenazės reakcija.

Konkurencinių inhibitorių veikimas gali būti išreikštas šiomis reakcijomis:

Produkto susidarymo greitis – kuris dažniausiai yra matavimo objektas – priklauso tik nuo komplekso koncentracijos. Tarkime, kad aš labai stipriai jungiasi su mala fermentu). Tada laisvo fermento kiekis, galintis prijungti S, sudarydamas kompleksą, o tada ir, bus labai mažas. Taigi reakcijos greitis (P susidarymas) bus mažas. Dėl panašių priežasčių, esant tokiai pačiai silpnai rišančio inhibitoriaus koncentracijai (L yra didelis), katalizuojama reakcija reikšmingai nesulėtės. Dabar tarkime, kad esant fiksuotai inhibitorio 1 koncentracijai, pridedama vis daugiau substrato S. Tai padidina komplekso susidarymo tikimybę, palyginti su kompleksu . Didėjant santykiui, padidės ir reakcijos greitis. Esant pakankamai didelei S koncentracijai, komplekso koncentracija taps nykstančia maža. Bet tada katalizuojamos reakcijos greitis bus toks pat kaip ir nesant I (8.20 pav.).

Ryžiai. 8.20. Lineweaver-Burk siužetas klasikinio konkurencinio slopinimo atveju. Atkreipkite dėmesį į visišką slopinamojo poveikio nebuvimą esant didelėms [S] reikšmėms (mažoms vertėms (1/[S]).

Konkurencinio slopinimo konstantų grafinis įvertinimas

Fig. 8.20 paveiksle parodytas tipiškas konkurencinio slopinimo atvejis, pateiktas Lineweaver-Burk diagramos forma. Reakcijos greitis matuojamas esant skirtingoms S koncentracijoms ir fiksuotai inhibitorių koncentracijai. Tiesios linijos, nubrėžtos per eksperimentinius taškus, susikerta tame pačiame y ašies taške. Nuo y ašies atkirstos atkarpos ilgis yra lygus tai, o tai reiškia, kad esant be galo didelei koncentracijai jis bus toks pat, kaip ir nesant inhibitoriaus. Tačiau nuo ašies atkirsto segmento ilgis (ši reikšmė lemia vertę) mažėja esant inhibitoriui, todėl konkurencinis inhibitorius padidina tariamąją substrato vertę. Paprastam konkurenciniam slopinimui nuo ašies atkirsto segmento ilgis bus lygus

Nustačius, kad nėra I, iš šios lygties galima rasti: Jei pridėto 1 koncentracija žymiai viršija fermento koncentraciją, tai [I] galima laikyti lygia pridėto inhibitoriaus koncentracijai. K reikšmės ​​daugelio substrato analogų (konkurencinių inhibitorių) parodykite, kuris iš jų yra veiksmingiausias. Mažiausi inhibitoriai, net ir esant mažoms koncentracijoms, gali turėti stiprų slopinamąjį poveikį.

Daugelis klinikoje plačiai naudojamų vaistų veikia kaip konkurenciniai labai svarbių fermentų, veikiančių tiek mikrobų, tiek gyvūnų ląstelėse, inhibitoriai.

Grįžtamasis nekonkurencinis slopinimas

Kaip rodo pats pavadinimas, šiuo atveju tarp S ir I nėra konkurencijos. Šiuo atveju inhibitorius dažniausiai niekaip neprimena S ir, kaip galima manyti, jungiasi su kita fermento vieta. Grįžtamieji nekonkuruojantys inhibitoriai sumažina maksimalų greitį, pasiekiamą naudojant tam tikrą fermento kiekį (jie mažina, bet paprastai neturi įtakos, kadangi I ir S jungiasi prie skirtingų centrų, galimas ir komplekso, ir komplekso susidarymas. kompleksas taip pat suyra, sudarydamas produktą, bet mažesniu greičiu nei , todėl reakcija sulėtės, bet nesustos.

šios konkurencinės reakcijos:

Fig. 8.21 paveiksle parodyta priklausomybė nuo inhibitorių buvimo ir nebuvimo (manoma, kad I prisijungimas nesukelia reikšmingų aktyviosios vietos funkcionavimo pokyčių).

Negrįžtamas nekonkurencinis slopinimas

Fermentų aktyvumas gali sumažėti esant daugeliui „nuodų“, tokių kaip jodoacetamidas, sunkiųjų metalų jonai, oksidatoriai ir kt. Esant vienam ar daugiau substratų ar produktų, fermentų inaktyvavimo greitis gali sumažėti. Čia aptartos kinetinės analizės gali nepakakti fermentų nuodų veikimui atskirti nuo nekonkurencinių grįžtamųjų inhibitorių poveikio. Grįžtamasis nekonkurencinis slopinimas yra gana retas. Deja, jis ne visada aptinkamas, nes ir grįžtamasis, ir negrįžtamas nekonkurencinis slopinimas pasižymi panašia kinetika.

Ryžiai. 8.21. Lineweaver-Burk grafikas grįžtamojo nekonkurencinio slopinimo atveju.

Visoms organizme vykstančioms biocheminėms reakcijoms taikoma specifinė kontrolė, kuri vykdoma aktyvinant arba slopinant reguliuojančius fermentus. Pastarieji dažniausiai būna medžiagų apykaitos transformacijų grandinių pradžioje ir arba pradeda daugiapakopį procesą, arba jį slopina. Kai kurios individualios reakcijos taip pat yra reguliuojamos. Konkurencinis slopinimas yra vienas iš pagrindinių mechanizmų, reguliuojančių fermentų katalizinį aktyvumą.

Kas yra slopinimas?

Fermentinės katalizės mechanizmas pagrįstas aktyvaus fermento centro susijungimu su substrato molekule (ES kompleksu), dėl kurio vyksta cheminė reakcija, kai susidaro ir išsiskiria produktas (E+S = ES = EP = E+). P).

Fermentų slopinimas yra katalizės proceso greičio sumažėjimas arba visiškas sustabdymas. Siauresne prasme šis terminas reiškia aktyvaus centro afiniteto substratui sumažėjimą, kuris pasiekiamas surišant fermentų molekules su inhibitorinėmis medžiagomis. Pastarieji gali veikti įvairiai, kurių pagrindu jie skirstomi į keletą tipų, kurie atitinka tuos pačius slopinimo mechanizmus.

Pagrindiniai slopinimo tipai

Priklausomai nuo proceso pobūdžio, slopinimas gali būti dviejų tipų:

• Negrįžtama- sukelia nuolatinius fermento molekulės pokyčius, atimdami iš jos funkcinį aktyvumą (pastarasis negali būti atkurtas). Jis gali būti ir specifinis, ir nespecifinis. Kovalentinės sąveikos būdu inhibitorius glaudžiai jungiasi su fermentu.
• Grįžtamasis- pagrindinis neigiamo fermentų reguliavimo tipas. Jis atliekamas dėl grįžtamojo specifinio inhibitoriaus prisijungimo prie fermento baltymo silpnomis nekovalentinėmis jungtimis, kurias galima kinetiškai apibūdinti pagal Michaelis-Menten lygtį (išimtis yra allosterinis reguliavimas).

Yra du pagrindiniai grįžtamojo fermento slopinimo tipai: konkurencinis (gali būti susilpnintas padidinus substrato koncentraciją) ir nekonkurencinis. Pastaruoju atveju mažėja didžiausias galimas katalizės greitis.

Pagrindinis skirtumas tarp konkurencinio ir nekonkurencinio slopinimo yra tai, kur reguliuojanti medžiaga prisijungia prie fermento. Pirmuoju atveju inhibitorius jungiasi tiesiogiai su aktyvia vieta, o antruoju – su kita fermento dalimi arba prie fermento ir substrato komplekso.

Taip pat yra mišrus slopinimo tipas, kai prisijungimas prie inhibitoriaus neapsaugo nuo ES susidarymo, bet sulėtina katalizę. Šiuo atveju reguliuojanti medžiaga yra dvigubų arba trijų komponentų kompleksų (EI ir EIS) dalis. Nekonkurenciniame tipe fermentas jungiasi tik su ES.

Grįžtamojo konkurencinio fermento slopinimo ypatybės

Konkurencinis slopinimo mechanizmas pagrįstas reguliuojančios medžiagos struktūriniu panašumu į substratą. Dėl to susidaro aktyvaus centro kompleksas su inhibitoriumi, paprastai vadinamas EI.

Grįžtamasis konkurencinis slopinimas turi šias savybes:

• prisijungimas prie inhibitoriaus vyksta aktyvioje vietoje;
• fermento molekulės inaktyvacija yra grįžtama;
• slopinamąjį poveikį galima sumažinti padidinus substrato koncentraciją;
• inhibitorius neturi įtakos maksimaliam fermentinės katalizės greičiui;
• gali suirti EI kompleksas, kuriam būdinga atitinkama disociacijos konstanta.

Atrodo, kad taikant tokio tipo reguliavimą inhibitorius ir substratas konkuruoja (konkuruoja) vienas su kitu dėl vietos aktyviame centre, iš kur kilo proceso pavadinimas.

Dėl to konkurencinis slopinimas gali būti apibrėžtas kaip grįžtamasis fermentinės katalizės slopinimo procesas, pagrįstas specifiniu aktyvaus centro afinitetu inhibitorinei medžiagai.

Veiksmo mechanizmas

Inhibitoriaus prisijungimas prie aktyvios vietos neleidžia susidaryti katalizei reikalingam fermento ir substrato kompleksui. Dėl to fermento molekulė tampa neaktyvi. Tačiau katalizinis centras gali liestis ne tik su inhibitoriumi, bet ir su substratu. Tam tikro komplekso susidarymo tikimybė priklauso nuo koncentracijos santykio. Jei substrato molekulių yra žymiai daugiau, fermentas su jomis reaguos dažniau nei su inhibitoriumi.

Poveikis cheminės reakcijos greičiui

Katalizės slopinimo laipsnį konkurencinio slopinimo metu lemia fermento kiekis, kurį sudarys EI kompleksai. Tokiu atveju galima padidinti substrato koncentraciją tiek, kad inhibitoriaus vaidmuo pasikeistų, o katalizės greitis pasieks maksimalią įmanomą reikšmę, atitinkančią V max reikšmę pagal Michaelis. - Menten lygtis.

Šis reiškinys paaiškinamas stipriu inhibitoriaus praskiedimu. Dėl to tikimybė, kad fermentų molekulės prie jo prisijungs, sumažėja iki nulio, o aktyvieji centrai reaguoja tik su substratu.

Fermentinės reakcijos, dalyvaujant konkurenciniam inhibitoriui, kinetinės priklausomybės

Konkurencinis slopinimas padidina Michaelio konstantą (K m), kuri yra lygi substrato koncentracijai, reikalingai pasiekti ½ didžiausio katalizės greičio reakcijos pradžioje. Fermento, hipotetiškai galinčio kontaktuoti su substratu, kiekis išlieka pastovus, o faktiškai susidarančių ES kompleksų skaičius priklauso tik nuo pastarųjų koncentracijos (EI kompleksai nėra pastovūs ir gali būti išstumti substrato).

Konkurencinį fermentų slopinimą galima lengvai nustatyti pagal kinetinės priklausomybės grafikus, nubrėžtus skirtingoms substrato koncentracijoms. Šiuo atveju K m reikšmė pasikeis, bet V max išliks pastovi.

Esant nekonkurenciniam slopinimui, yra priešingai: inhibitorius jungiasi už aktyviosios vietos ribų, o substrato buvimas jokiu būdu negali to paveikti. Dėl to kai kurios fermentų molekulės „išjungiamos“ iš katalizės ir sumažėja didžiausias galimas greitis. Nepaisant to, aktyvios fermentų molekulės gali laisvai jungtis prie substrato tiek esant mažoms, tiek didelėms pastarojo koncentracijoms. Todėl Michaelio konstanta išlieka pastovi.

Konkurencinio slopinimo grafikai dvigubų atvirkštinių koordinačių sistemoje vaizduoja keletą tiesių, kertančių ordinačių ašį taške 1/V max. Kiekviena tiesi linija atitinka tam tikrą substrato koncentraciją. Skirtingi susikirtimo su x ašimi taškai (1/[S]) rodo Michaelio konstantos pasikeitimą.

Konkurencingo inhibitoriaus poveikis malonato pavyzdžiu

Tipiškas konkurencinio slopinimo pavyzdys yra sukcinato dehidroginazės, fermento, katalizuojančio gintaro rūgšties (sukcinato) oksidaciją į fumaro rūgštį, aktyvumo mažinimo procesas. Malonatas, struktūriškai panašus į sukcinatą, čia veikia kaip inhibitorius.

Į terpę įpylus inhibitorių, susidaro malonato ir sukcinato dehidrogenazės kompleksai. Toks ryšys nepažeidžia aktyvaus centro, bet blokuoja jo prieigą prie gintaro rūgšties. Padidinus sukcinato koncentraciją, slopinamasis poveikis sumažėja.

Naudojimas medicinoje

Konkurencinio slopinimo mechanizmas yra daugelio vaistų, kurie yra kai kurių medžiagų apykaitos takų substratų struktūriniai analogai, veikimo pagrindas, kurių slopinimas yra būtina ligų gydymo dalis.

Pavyzdžiui, norint pagerinti nervinių impulsų laidumą esant raumenų distrofijai, būtina padidinti acetilcholino kiekį. Tai pasiekiama slopinant acetilcholinesterazės, kuri ją hidrolizuoja, aktyvumą. Ketvirtinės amonio bazės, kurios yra vaistų dalis (prorezinas, endrofonis ir kt.), veikia kaip inhibitoriai.

Į specialią grupę įeina antimetabolitai, kurie, be slopinamojo poveikio, pasižymi pseudosubstrato savybėmis. Šiuo atveju, susidarant EI kompleksui, susidaro biologiškai inertiškas anomalinis produktas. Antimetabolitai yra sulfonamidai (naudojami bakterinėms infekcijoms gydyti), nukleotidų analogai (naudojami vėžinio naviko ląstelių augimui sustabdyti) ir kt.

Fermentų aktyvumo reguliavimas gali būti vykdomas fermentams sąveikaujant su įvairiais biologiniais komponentais arba pašaliniais junginiais, kurie vadinami fermentų reguliatoriai. Jie gali pagreitinti arba sulėtinti fermentinę reakciją.

Aktyvatoriai– tai medžiagos, didinančios fermentinių reakcijų greitį.

Rūšys aktyvatoriai:

1. Medžiagos, turinčios įtakos aktyviosios vietos regionui. Jie apima metalo jonai(Na+, K+, Fe2+, Co2+, Cu2+, Ca2+, Zn2+, Mg2+, Mn2+ ir kt.). Kai kuriais atvejais metalo jonai veikia kaip fermento kofaktorius. Kitais atvejais jie skatina substrato prisirišimą prie aktyvios fermento vietos. Metalo jonai yra aktyvatoriai tik esant jų trūkumui organizme.

2. Allosteriniai efektoriai, kurios jungiasi prie alosterinės (reguliacinės) apofermento vietos. Šis surišimas sukelia konformacinius baltymo molekulės pokyčius, dėl kurių pasikeičia aktyviosios vietos struktūra, o tai turi įtakos substrato surišimui ir konversijai aktyvioje vietoje. Tokiu atveju fermento aktyvumas arba padidėja (tai alosteriniai aktyvatoriai) arba sumažėja (tai yra allosteriniai inhibitoriai). Fermentų allosteriniai efektoriai dažniausiai yra įvairūs metabolitai, taip pat hormonai, metalų jonai, nukleozidai – ATP, ADP, AMP.

3. Medžiagos, sukeliančios modifikacijas, kurios neturi įtakos aktyviajai fermento vietai. Galimi keli tokių modifikacijų variantai:

- aktyvacija, prie fermento molekulės prijungiant specifinę modifikuojančią grupę. Pavyzdys: veiklos reguliavimas lipazės.

neaktyvus ATP ADP aktyvus O

baltymų kinazė║

─CH2OH─CH2─O─P─OH

fosfatazės│

Šiuo atveju fosfatų grupė prisijungia prie aminorūgščių hidroksilo grupių, esančių fermento baltyminėje dalyje. Neigiamai įkrautos fosfatų grupės gali nutraukti silpnus vandenilio ir joninius ryšius fermento baltymo tretinėje struktūroje ir paveikti jo aktyvaus centro konformacinę būseną. Priklausomai nuo fermento pobūdžio, fosforilinimas gali jį suaktyvinti arba, atvirkščiai, inaktyvuoti. Fosfato grupės pridėjimo reakcijas katalizuoja fermentai baltymų kinazės, ir padalijimus – fosfatazės. Šių fermentų veiklą savo ruožtu kontroliuoja hormonų sistema.

- aktyvinimas neaktyvų pirmtaką - profermentą paverčiant aktyviu fermentu dėl dalinės proteolizės.

Kai kurie fermentai ląstelėje sintetinami iš pradžių neaktyvūs, o išsiskyrę iš ląstelės tampa aktyvūs. Neaktyvūs pirmtakai vadinami profermentai (zimogenai). Veikiant aktyvatoriui, vyksta dalinė profermento hidrolizė, kai iš jo atskilęs neaktyvus peptidas, dėl kurio atsidaro aktyvusis centras. Taip virškinimo trakte suaktyvinami fermentai, kurie virškina maisto baltymus. Pavyzdžiui, fermentas pepsinogenas, sintetinamas skrandžio ląstelėse, tada skrandžio spindyje, veikiamas druskos rūgšties, virsta aktyvia pepsinas pašalinant neaktyvią polipeptidinės grandinės dalį:

neaktyvus HCl aktyvus

pepsinogenas pepsinas + peptidas

(profermentas)

- aktyvatorius sukelia ketvirtinės struktūros fermento subvienetų disociaciją(vieno iš fermento subvienetų skilimas).

Inhibitoriaiyra medžiagos, sukeliančios fermentų aktyvumo sumažėjimą. Reikia atskirti fermento inaktyvavimą ir slopinimą. Vien fermentinės reakcijos slopinimo faktas esant medžiagai nereiškia, kad ši medžiaga yra inhibitorius. Bet kokios denatūruojančios medžiagos sukelia fermento inaktyvavimą ir fermentinės reakcijos slopinimą. Inhibitoriai, skirtingai nei denatūruojantys agentai, veikia mažomis koncentracijomis ir sukelia specifinį fermentinio aktyvumo sumažėjimą.

Pagal prisijungimo prie fermento stiprumą inhibitoriai skirstomi į grįžtamasis Ir negrįžtamas. Negrįžtami inhibitoriai glaudžiai jungiasi su fermentu, o fermento grįžtamojo inhibitorių kompleksas yra silpnas. Jei fermento tirpalas su grįžtamuoju inhibitoriumi labai praskiedžiamas, jų kompleksas suyra ir fermento aktyvumas atsistato.

Pagal veikimo mechanizmą inhibitoriai skirstomi į konkurencinius ir nekonkurencinius. Konkurencingi inhibitoriai turi struktūrinį panašumą į substrato molekulę, kuri leidžia jiems užimti substrato vietą aktyviame fermento centre:

E + S + I → EI + S

Integruotas į aktyvųjį centrą, o ne į substratą, toks inhibitorius neleidžia įvykti fermentinei reakcijai. Tai reiškia, kad substratas konkuruoja su inhibitoriumi dėl aktyvios vietos. Junginys, turintis daugiau molekulių, jungiasi prie aktyvaus centro. Konkurencinį slopinimą galima pašalinti padidinus substrato koncentraciją.

Daugelio farmakologinių vaistų (pavyzdžiui, sulfonamidų), insekticidų ir fosforo organinių cheminių kovinių medžiagų (zarino, somano) veikimas grindžiamas konkurencinio slopinimo principu.

Nekonkurencingi inhibitoriai neturi struktūrinio panašumo į substratus. Jie arba jungiasi prie aktyviosios fermento vietos katalizinių grupių, arba, prisijungdami prie fermento už aktyviosios vietos ribų, pakeičia aktyviosios vietos konformaciją taip, kad ji neleidžia substratui virsti. Kadangi nekonkurencinis inhibitorius neturi įtakos substrato surišimui, priešingai nei konkurencinis slopinimas, stebimas trejopo komplekso susidarymas:

E + S + I → ESI

Nekonkurenciniams inhibitoriams priskiriami sunkiųjų metalų jonai: gyvsidabris, švinas, kadmis, arsenas. Jie blokuoja SH grupes, įtrauktas į fermento katalizinę vietą. Neįmanoma pašalinti nekonkurencinio inhibitoriaus poveikio esant substrato pertekliui, kaip ir esant konkurenciniam slopinimui, bet tik su medžiagomis, kurios jungiasi su inhibitoriumi ( reaktyvatoriai). Sunkieji metalai veikia kaip inhibitoriai tik nedidelėmis koncentracijomis, didelėmis koncentracijomis jie veikia kaip denatūruojantys agentai.

Svarbiausi nekonkurencingi inhibitoriai yra tarpiniai metaboliniai produktai, susidarantys gyvoje ląstelėje, galintys grįžtamai prisijungti prie alosterinių fermento vietų. allosteriniai inhibitoriai. Jie užima pagrindinę vietą metabolizme, nes subtiliai reaguoja į medžiagų apykaitos pokyčius ir reguliuoja medžiagų perėjimą per visą fermentų sistemą. Pavyzdžiui, alosterinis reguliavimas pasireiškia pirmojo fermento grandinėje slopinimu galutiniu produktu. Šis reguliavimas panašus į reguliavimą grįžtamojo ryšio mechanizmu ir leidžia kontroliuoti galutinio produkto išeigą, kuriai susikaupus sustoja pirmojo grandinės fermento darbas:

A → B → C → D

E1, E2, E3 – fermentai; A, B, C, D – metabolitai

1. Aktyvatoriai – medžiagos, didinančios fermentinių reakcijų greitį ir didinančios fermentų aktyvumą. Jie yra organinio ir neorganinio pobūdžio.

Organiniai aktyvatoriai: tulžies rūgštys (aktyvina kasą), enterokinazė (aktyvina tripsinogeną), glutationas, cisteinas, vitaminas C (didina oksidoreduktazių aktyvumą).

Neorganinės prigimties aktyvatoriai: pvz., HCl aktyvina pepsinogeną, metalų jonai (Na, Cl, K, Mg, Mn, Zn) – daug fermentų. Metalo jonai: a) prisideda prie fermento-substrato komplekso susidarymo; b) tarnauja kaip elektronų donorai ir akceptoriai; c) dalyvauja formuojant aktyvųjį fermentų centrą (Zn karbanhidrazės sudėtyje, Fe citochromų sudėtyje, katalazė, peroksidazė); d) veikia kaip allosteriniai reguliatoriai.

2. Inhibitoriai – tai medžiagos, mažinančios fermentų aktyvumą ir lėtinančios chemines reakcijas. Skiriamas grįžtamasis ir negrįžtamas slopinimas:

Jeigu inhibitorius prie fermento molekulės jungiasi silpnais ryšiais (E + I ↔ EI), tai toks inhibitorius lengvai pašalinamas ir fermento aktyvumas atstatomas;

Jei inhibitorius prisijungia prie fermento molekulės stipriais kovalentiniais ryšiais (E + I → EI), tada atsiranda negrįžtamas fermento aktyvumo slopinimas.

Negrįžtamas slopinimas atsiranda denatūruojant fermentų baltymus, veikiant koncentruotoms rūgštims ir šarmams, sunkiųjų metalų druskoms ir ultravioletiniams spinduliams. Kai kurie inhibitoriai sudaro stiprius neatsiejamus ryšius su funkcinėmis grupėmis aktyviose fermentų vietose. Pavyzdžiui, cianidas jungiasi su geležimi hemoproteino fermentuose. Organofosforo nuodai (tabunas, zarinas, V dujos) sudaro stiprius ryšius su serino ir treonino likučiais, kurie yra daugelio fermentų dalis. Grįžtamasis slopinimas skirstomas į konkurencinį ir nekonkurencinį. Konkurencinį slopinimą sukelia medžiagos, kurios struktūriškai panašios į substratą ir sąveikauja su aktyvia fermento vieta. Pavyzdžiui, malono rūgštis yra konkurencinis sukcinato dehidrogenazės inhibitorius, nes ji panaši į gintaro rūgštį (taip pat turi 2 karboksilo grupes). Todėl malono rūgštis lengvai prisijungia prie aktyvios sukcinato dehidrogenazės vietos, išstumdama iš jos substratą – gintaro rūgštį. Tačiau fermentas negali to padaryti su malono rūgštimi, kuri yra trumpesnė 1 anglies atomu. Todėl, jei įpilsite malono rūgšties, kurios koncentracija viršija gintaro rūgšties koncentraciją, reakcija sustos, nes malonatas blokuoja aktyviąją sukcinato dehidrogenazės vietą.

Konkurencingi inhibitoriai dažnai naudojami kaip vaistai. Pavyzdžiui, antimikrobiniai vaistai sulfonamidai yra struktūriniai para-aminobenzenkarboksirūgšties analogai, iš kurių mikroorganizmai sintetina vitaminą B9 (folio rūgštį), reikalingą reprodukcijai. Daugelis antibiotikų konkurenciškai slopina baltymų sintezę mikroorganizmais arba DNR replikaciją. Priešnavikiniai vaistai (metotreksatas, vitamino B9 antagonistas) blokuoja DNR replikaciją naviko ląstelėse.

Nekonkurencingi inhibitoriai neturi struktūrinio panašumo į substratą ir jungiasi ne su aktyviuoju centru, o su kitomis vietomis, įskaitant alosterinį centrą. Slopinimas atsiranda dėl fermentų funkcinių grupių sunaikinimo arba negrįžtamo cheminio modifikavimo. Pavyzdžiai:

a) alkilinančios medžiagos (jodoacetamidas) negrįžtamai reaguoja su fermentų SH grupėmis

E–SH + ICH2CONH2 → E–SCH2 –CONH2 + HI (fermentas) (jodoacetamidas) fermentų inhibitorių kompleksas

b) FOS (organinių fosforo junginių) preparatai yra labai toksiški nuodai vabzdžiams ir šiltakraujams gyvūnams. Jie sąveikauja su serino hidroksi grupe aktyvioje acetilcholinesterazės fermento vietoje:

c) teturamas – acetaldehiddehidrogenazės inhibitorius (vartojamas alkoholizmui gydyti).

Paskelbimo data: 2015-11-01; Skaityti: 9258 | Puslapio autorių teisių pažeidimas | Užsakyti rašyti referatą

svetainė - Studopedia.Org - 2014-2019. „Studiopedia“ nėra paskelbtos medžiagos autorė. Tačiau tai suteikia nemokamą naudojimą(0,005 s)...

Išjungti adBlock!
labai reikalingas