Inhibitorii de enzime sunt reversibile și ireversibile. Inhibarea necompetitivă. Inhibare reversibilă necompetitivă

Inhibarea competitivă

Există două tipuri de inhibitori reversibili: competitivi și necompetitivi. Studiul inhibitorilor de enzime reversibile a făcut posibilă obținerea unor informații foarte importante despre structura centrilor activi ai diferitelor enzime.

Un inhibitor competitiv concurează cu un substrat pentru legarea la situsul activ, dar spre deosebire de un substrat, un inhibitor competitiv legat de enzimă nu suferă conversie enzimatică (Figura 1). Lucrul grozav despre inhibiția competitivă este că poate fi eliminată sau redusă pur și simplu prin creșterea concentrației de substrat.

Figura 1 — Schema de inhibare competitivă a activității enzimatice

De exemplu, dacă la concentrații date de substrat și inhibitor competitiv, activitatea enzimatică este inhibată cu 50%, atunci putem reduce gradul de inhibiție prin creșterea concentrației de substrat.

În structura lor tridimensională, inhibitorii competitivi seamănă de obicei cu substratul unei enzime date. Datorită acestei asemănări, inhibitorul competitiv reușește să „înșele” enzima și să o contacteze. Inhibarea competitivă poate fi studiată cantitativ pe baza teoriei lui Michaelis-Menten. Inhibitorul competitiv I se leagă pur și simplu reversibil de enzima E, formând cu ea un complex EI. Cu toate acestea, spre deosebire de substrat, inhibitorul nu este afectat de enzimă și nu se formează noi produse de reacție (Figura 1).

Un exemplu clasic de inhibiție competitivă este inhibarea succinat dehidrogenazei de către anionul acidului malonic (Figura 2). Succinat dehidrogenaza face parte dintr-un grup de enzime care catalizează reacțiile ciclului acidului tricarboxilic - calea metabolică finală pentru distrugerea oxidativă a carbohidraților și grăsimilor din mitocondrii. Această enzimă catalizează extracția a doi atomi de hidrogen din succinat - unul din fiecare dintre cele două grupări metilen (-CH 2 -). Succinat dehidrogenaza este inhibată de malonat, care este similar succinatului prin faptul că conține, de asemenea, două grupări carboxil care iau o formă ionizată (deprotonată) la pH 7,0. Cu toate acestea, diferă de succinat prin faptul că are doar trei atomi de carbon în moleculă. Succinat dehidrogenaza nu este capabilă să extragă hidrogenul din malonat, dar maponatul ocupă locul activ al enzimei, împiedicând-o să interacționeze cu un substrat normal. Malonatul este un inhibitor reversibil, deoarece creșterea concentrației de succinat la o concentrație dată de malonat reduce gradul de inhibare a enzimei. Alți compuși care conțin două grupări încărcate negativ situate la o distanță adecvată unul de celălalt pot acționa, de asemenea, ca inhibitori competitivi ai succinat dehidrogenazei. Acestea includ, de exemplu, oxaloacetat, un produs intermediar în ciclul acidului tricarboxilic.

Figura 2 - Reacția catalizată de succinat dehidrogenază și inhibarea competitivă a acesteia

Inhibitorii competitivi amintesc structural de succinat: conțin două grupe încărcate negativ situate într-un mod specific în spațiu, care corespund conformației centrului activ.

Studiul caracteristicilor structurale ale tuturor acestor inhibitori a condus la concluzia că în centrul catalitic al succinat dehidrogenazei există două grupări încărcate pozitiv situate într-un anumit mod în spațiu, capabile să atragă două grupări carboxil încărcate negativ ale anionului succinat. Astfel, centrul catalitic al succinat dehidrogenazei pare a fi complementar cu structura substratului său (Figura 2).

Inhibarea competitivă poate fi recunoscută cel mai ușor experimental prin determinarea efectului concentrației inhibitorului asupra dependenței vitezei de reacție inițiale de concentrația substratului. Pentru a clarifica întrebarea ce tip de inhibiție reversibilă a enzimei competitive sau necompetitive are loc, este foarte convenabil să se transforme ecuația Michaelis-Menten în formă liniară. Cel mai adesea, metoda dublei reciproce este utilizată în acest scop. Din grafice construite în coordonate inverse duble, se poate determina și valoarea constantei de disociere a complexului inhibitor de enzime. Pentru reacția de disociere

constanta de disociere este egală cu

INHIBITORI. Enzimele sunt catalizatori cu activitate controlată. Poate fi controlat folosind diferite substanțe. Actiunea enzimei poate fi INHIBATA de anumite substante chimice – INHIBITORI. Pe baza naturii acțiunii lor, inhibitorii sunt împărțiți în două grupuri mari:

1. Reversibili sunt compuși care interacționează NECOVALENT cu enzima, formând astfel un complex capabil de disociere.

2. Ireversibili - aceștia sunt compuși care pot lega în mod specific anumite grupe funcționale ale centrului activ al enzimei. Ele formează legături COVALENTE puternice cu acesta, așa că un astfel de complex este greu de distrus.

TIPURI DE INHIBIȚIE. În funcție de mecanismul de acțiune, se disting următoarele tipuri de INHIBIȚII:

1. Inhibarea competitivă- inhibarea reacției enzimatice cauzată de acțiunea inhibitorilor, a cărei structură este foarte apropiată de structura lui S, prin urmare atât S, cât și inhibitorul concurează pentru AC F. și acel compus se leagă de acesta. a căror concentrație este mai mare în mediu. E+S - ES-EP

Multe medicamente acționează ca un inhibitor competitiv. Un exemplu este utilizarea SULFANIL (SA). Pentru diferite boli infecțioase cauzate de bacterii se folosesc medicamente SA. Introducerea SA duce la INHIBIREA enzimei bacteriene care sintetizează acidul FOLIC. Încălcarea sintezei acestui acid duce la întreruperea creșterii microorganismelor și la moartea acestora.

2.INHIBIȚIE NECOMpetitivă-inhibitorul și substratul nu sunt similare structural; inhibitorul nu afectează formarea complexului F-S; se formează un complex ternar ESI.

Astfel de inhibitori afectează conversia catalitică a substratului. Ele se pot lega fie direct de grupările catalitice ale AC P, fie în afara AC P. Dar, în orice caz, ele afectează conformația centrului activ. CIANURILE acționează ca un inhibitor necompetitiv. Se leagă strâns de ionii de fier ai CITOCROMOXIZAZEI. Această enzimă este una dintre componentele lanțului respirator. Blocarea lanțului respirator duce la moarte instantanee în organism. Acțiunea poate fi eliminată numai folosind REACTIVATORI.

3.INHIBIREA SUBSTRATULUI- Aceasta este inhibarea unei reacții enzimatice cauzată de un exces de substrat. În acest caz, se formează un complex F-S, dar nu suferă transformări catalitice, deoarece face molecula de enzimă inactivă. Efectul unui inhibitor de substrat este eliminat prin reducerea concentrației substratului.

4.INHIBIȚIA ALOSTERICĂ. Enzimele ALOSTERICE pot avea 2 sau mai multe unități protomer. În acest caz, unul are un centru catalitic și se numește catalitic, iar celălalt are un centru ALOSTERIC și se numește reglator. În absența unui INHIBITOR ALOSTERIC, substratul se leagă de locul catalitic și reacția catalitică normală are loc. Când apare un INHIBITOR ALOSTERIC, acesta se atașează de unitatea de reglare și modifică CONFORMAȚIA centrului enzimatic, în urma căreia activitatea enzimei scade.

Conceptul de izoenzime. Caracteristicile izoenzimelor lactat dehidrogenază (LDH) și creatin kinazei (CK). Rolul diagnostic al izoenzimelor CK. Utilizarea enzimelor în medicină. Enzimodiagnostic și terapie enzimatică. Enzimopatologie, exemple.

Izoenzimele sunt un grup de enzime care catalizează aceeași reacție, dar diferă în unele proprietăți fizico-chimice. Ele au apărut din cauza diferențelor genetice în formarea structurii primare a proteinei enzimatice. Izoenzimele au specificitate strictă de organ.

Determinarea activității ISOENZYMS are valoare diagnostică.

LDH(lactat dehidrogenaza) are 5 izoenzime, fiecare dintre ele fiind un tetramer. Aceste tipuri LDH F diferă prin combinația de tip H și M. În ficat și mușchi, LDH-4 și LDH-3 predomină și sunt maxim active. În miocard și țesutul renal, LDH-1 și LDH-2 sunt maxim active. Cu patologia ficatului, activitatea LDH-4 și LDH-5 crește brusc în serul sanguin.

KFC(CREATIN FOSFOKINAZA) - 0,16 - 0,3 mmol/l. Constă din 2 unități: B (creier), M (mușchi). CPK-1 (BB, 0%, SNC) crește cu leziuni profunde severe (tumori, traumatisme, contuzie cerebrală). CPK-2 (MB, 3%, miocard) crește odată cu infarctul miocardic și leziuni cardiace. CPK-3 (MM, 97%, țesut muscular) crește cu afectarea miocardică, sindromul de presiune pe termen lung.

Enzimopatologie- studiază bolile asociate cu tulburări ale activității fosforului în organism, sau absența completă a acestora. De exemplu, fenilcetonurie: fenilalanina este transformată în diferite produse, dar nu în tirozină - fenilPVK, fenilactat. Acest lucru duce la perturbarea capacităților fizice ale corpului. Un alt exemplu este absența histidazei. Acest F. este implicat în conversia histidinei; absența acesteia duce la acumularea histidinei în sânge și urină, ceea ce are un efect negativ asupra tuturor proceselor metabolice, iar dezvoltarea mentală și fizică este inhibată.

Enzimodiagnostic- determinarea activităţii F. în scop de diagnostic. Aceasta se bazează pe specificitatea de organ a lui F. N-r. fosfataza alcalină este un F specific care caracterizează starea țesutului osos. Activitatea sa crește odată cu rahitismul și icterul obstructiv. În timpul diferitelor procese distructive, integritatea membranelor organelor afectate este încălcată, iar F. este eliberat în sânge. Nu. infarct miocardic.

Terapia cu enzime- utilizarea diferitelor F în practica clinică în scopuri medicinale. De exemplu, pentru aciditate scăzută - pepsină.

Există două clase mari de inhibitori ai activității enzimatice - competitivi și necompetitivi - în funcție de faptul că efectul lor inhibitor este slăbit (inhibarea competitivă) sau nu (inhibarea necompetitivă) odată cu creșterea concentrației de substrat. În practică, mulți inhibitori nu prezintă proprietățile caracteristice inhibiției pur competitive sau pur necompetitive. Un alt mod de a clasifica inhibitorii se bazează pe natura locului lor de legare. Unele dintre ele se leagă de enzimă în același loc cu substratul (în centrul catalitic), în timp ce altele se leagă la o distanță considerabilă de centrul activ (centrul valosteric).

Inhibarea competitivă prin analogi de substrat

Inhibarea competitivă clasică se bazează pe legarea inhibitorului la locul de legare a substratului (catalitic). Structura chimică a analogului substratului care acționează ca un inhibitor (I) este de obicei similară cu structura substratului (S). Prin urmare, inhibitorul se poate lega reversibil de enzimă, formând în schimb un complex, de ex. complex enzimă-inhibitor. Când atât un substrat, cât și un inhibitor de un anumit tip sunt prezenți într-un amestec de reacție în același timp, ei concurează pentru același loc de legare pe suprafața enzimei. Unul dintre cele mai larg studiate exemple de inhibiție competitivă este inhibarea succinat dehidrogenazei de către malonat (I), care concurează pentru același loc cu substratul succinat.

Succinat dehidrogenaza catalizează formarea fumaratului prin extracția unui atom de hidrogen din fiecare dintre cei doi atomi de carbon α ai succinatului (Figura 8.19). Malonatul este capabil să se lege de dehidrogenază, formând un complex.Atomul de hidrogen nu poate fi îndepărtat din malonatul Saagom. Complexul se poate descompune doar într-o enzimă liberă și un inhibitor. Pentru această reacție reversibilă

constanta de echilibru K este egală cu

Orez. 8.19. Reacția succinat dehidrogenază.

Acțiunea inhibitorilor competitivi poate fi reprezentată sub forma următoarelor reacții:

Viteza de formare a produsului - care este de obicei obiectul măsurării - depinde numai de concentrația complexului. Să presupunem că eu se leagă foarte strâns de enzima mala). Apoi, cantitatea de enzimă liberă care ar putea atașa S, formând un complex, și apoi și, va fi foarte mică. Astfel, viteza de reacție (formarea P) va fi scăzută. Din motive similare, la aceeași concentrație de inhibitor de legare slabă (L este mare), reacția catalizată nu va încetini semnificativ. Acum să presupunem că, la o concentrație fixă ​​de inhibitor 1, se adaugă tot mai mult substrat S. Acest lucru crește probabilitatea formării complexului în comparație cu complexul . Pe măsură ce raportul crește, va crește și viteza de reacție. La o concentrație suficient de mare de S, concentrația complexului va deveni extrem de mică. Dar atunci viteza reacției catalizate va fi aceeași ca și în absența lui I (Fig. 8.20).

Orez. 8.20. Graficul Lineweaver-Burk pentru cazul inhibiției competitive clasice. Rețineți lipsa completă a efectului inhibitor la valori mari [S] (valori scăzute (1/[S]).

Evaluarea grafică a constantelor de inhibiție competitivă

În fig. Figura 8.20 prezintă un caz tipic de inhibiție competitivă, prezentat sub forma unui diagramă Lineweaver-Burk. Viteza de reacție este măsurată la diferite concentrații de S și la o concentrație fixă ​​de inhibitor. Liniile drepte trasate prin punctele experimentale se intersectează în același punct pe axa y. Lungimea segmentului tăiat de axa y este egală cu aceasta, ceea ce înseamnă că la o concentrație infinit de mare va fi aceeași ca în absența unui inhibitor. Cu toate acestea, lungimea segmentului tăiat de axă (această valoare determină valoarea) scade în prezența unui inhibitor, astfel încât un inhibitor competitiv crește valoarea aparentă pentru substrat. Pentru inhibarea competitivă simplă, lungimea segmentului tăiat de axă va fi egală cu

După ce am determinat în absența lui I, se poate găsi din această ecuație. Dacă concentrația de adăugat 1 depășește semnificativ concentrația enzimei, atunci [I] poate fi considerat egal cu concentrația de inhibitor adăugat.. Valorile K ​pentru un număr de analogi de substrat (inhibitori competitivi) arată care dintre ei este cel mai eficient. Cei mai mici inhibitori, chiar și la concentrații scăzute, pot avea un efect inhibitor puternic.

Multe medicamente utilizate pe scară largă în clinică acționează ca inhibitori competitivi ai enzimelor foarte importante care funcționează atât în ​​celulele microbiene, cât și în cele animale.

Inhibarea necompetitivă reversibilă

După cum sugerează și numele, în acest caz nu există concurență între S și I. În acest caz, inhibitorul de obicei nu seamănă în niciun fel cu S și, după cum se poate presupune, se leagă de un alt situs al enzimei. Inhibitorii reversivi necompetitivi reduc rata maximă care poate fi atinsă cu o anumită cantitate de enzimă (ei reduc, dar, de regulă, nu afectează Deoarece I și S se leagă de centri diferiți, este posibilă formarea atât a unui complex, cât și a unui complex. complexul se descompune, de asemenea, pentru a forma un produs, dar cu o viteză mai mică decât , prin urmare reacția va încetini, dar nu se va opri.

urmatoarele reactii competitive:

În fig. Figura 8.21 arată dependența de prezența și absența unui inhibitor (se presupune că legarea lui I nu duce la modificări semnificative în funcționarea situsului activ).

Inhibarea necompetitivă ireversibilă

Activitatea enzimatică poate fi redusă în prezența multor „otrăvuri”, cum ar fi iodoacetamida, ioni de metale grele, agenți de oxidare etc. În prezența unuia sau mai multor substraturi sau produse, viteza de inactivare a enzimei poate fi redusă. Analiza cinetică discutată aici poate să nu fie suficientă pentru a distinge acțiunea otrăvurilor enzimatice de acțiunea inhibitorilor reversibili necompetitivi. Inhibarea necompetitivă reversibilă este relativ rară. Din păcate, nu este întotdeauna detectată, deoarece atât inhibiția necompetitivă reversibilă, cât și ireversibilă sunt caracterizate de cinetici similare.

Orez. 8.21. Graficul Lineweaver-Burk pentru cazul inhibiției necompetitive reversibile.

Toate reacțiile biochimice care apar în organism sunt supuse unui control specific, care se realizează printr-un efect de activare sau inhibitor asupra enzimelor de reglare. Acestea din urmă sunt de obicei la începutul lanțurilor de transformări metabolice și fie încep un proces în mai multe etape, fie îl inhibă. Unele reacții individuale sunt, de asemenea, supuse reglementării. Inhibarea competitivă este unul dintre principalele mecanisme de control al activității catalitice a enzimelor.

Ce este inhibiția?

Mecanismul catalizei enzimatice se bazează pe legarea centrului activ al enzimei la o moleculă substrat (complex ES), rezultând o reacție chimică cu formarea și eliberarea produsului (E+S = ES = EP = E+). P).

Inhibarea enzimatică este o reducere a vitezei sau oprirea completă a procesului de cataliză. Într-un sens mai restrâns, acest termen înseamnă o scădere a afinității centrului activ pentru substrat, care se realizează prin legarea moleculelor de enzime de substanțe inhibitoare. Acestea din urmă pot acționa în diverse moduri, pe baza cărora sunt împărțite în mai multe tipuri, care corespund acelorași mecanisme de inhibiție.

Principalele tipuri de inhibiție

În funcție de natura procesului, inhibiția poate fi de două tipuri:

• Ireversibil- determină modificări persistente ale moleculei enzimatice, privând-o de activitate funcțională (cea din urmă nu poate fi restabilită). Poate fi atât specific, cât și nespecific. Inhibitorul se leagă strâns de enzimă prin interacțiune covalentă.
• Reversibil- principalul tip de reglare negativă a enzimelor. Se realizează datorită atașării specifice reversibile a inhibitorului la proteina enzimatică prin legături slabe necovalente, susceptibile de descriere cinetică conform ecuației Michaelis-Menten (excepția este reglarea alosterică).

Există două tipuri principale de inhibiție reversibilă a enzimelor: competitivă (poate fi slăbită prin creșterea concentrației substratului) și necompetitivă. În acest din urmă caz, viteza maximă posibilă de cataliză scade.

Principala diferență dintre inhibiția competitivă și cea necompetitivă este locul în care substanța de reglementare se atașează de enzimă. În primul caz, inhibitorul se leagă direct la locul activ, iar în al doilea, la o altă parte a enzimei sau la complexul enzimă-substrat.

Există, de asemenea, un tip mixt de inhibiție, în care legarea la un inhibitor nu împiedică formarea ES, ci încetinește cataliza. În acest caz, substanța regulatoare face parte din complexe duble sau ternare (EI și EIS). La tipul necompetitiv, enzima se leagă numai de ES.

Caracteristici ale inhibiției reversibile a enzimelor competitive

Mecanismul competitiv de inhibiție se bazează pe asemănarea structurală a substanței de reglare cu substratul. Ca rezultat, se formează un complex al centrului activ cu inhibitorul, denumit în mod convențional EI.

Inhibarea competitivă reversibilă are următoarele caracteristici:

• legarea la inhibitor are loc în situsul activ;
• inactivarea moleculei de enzimă este reversibilă;
• efectul inhibitor poate fi redus prin creșterea concentrației de substrat;
• inhibitorul nu afectează viteza maximă de cataliză enzimatică;
• complexul EI se poate dezintegra, care se caracterizează printr-o constantă de disociere corespunzătoare.

Cu acest tip de reglare, inhibitorul și substratul par să concureze (concureze) unul cu celălalt pentru un loc în centrul activ, de unde provine numele procesului.

Ca urmare, inhibiția competitivă poate fi definită ca un proces reversibil de inhibare a catalizei enzimatice, bazat pe afinitatea specifică a centrului activ pentru substanța inhibitoare.

Mecanism de acțiune

Legarea inhibitorului la locul activ previne formarea complexului enzimă-substrat necesar catalizei. Ca urmare, molecula de enzimă devine inactivă. Cu toate acestea, centrul catalitic se poate lega nu numai de inhibitor, ci și de substrat. Probabilitatea formării unui anumit complex depinde de raportul de concentrație. Dacă există semnificativ mai multe molecule de substrat, enzima va reacționa cu ele mai des decât cu inhibitorul.

Efectul asupra vitezei unei reacții chimice

Gradul de inhibare a catalizei în timpul inhibării competitive este determinat de cantitatea de enzimă pe care o vor forma complecșii EI. În acest caz, este posibilă creșterea concentrației substratului într-o asemenea măsură încât rolul inhibitorului să fie deplasat, iar viteza de cataliză va atinge valoarea maximă posibilă corespunzătoare valorii lui V max conform lui Michaelis. -Ecuația Menten.

Acest fenomen se explică prin diluția puternică a inhibitorului. Ca urmare, probabilitatea ca moleculele de enzimă să se lege de acesta este redusă la zero, iar centrii activi reacţionează numai cu substratul.

Dependențe cinetice ale unei reacții enzimatice cu participarea unui inhibitor competitiv

Inhibarea competitivă crește constanta Michaelis (Km), care este egală cu concentrația de substrat necesară pentru a atinge ½ din viteza maximă de cataliză la începutul reacției. Cantitatea de enzimă ipotetic capabilă să intre în contact cu substratul rămâne constantă, iar numărul de complexe ES formate efectiv depinde doar de concentrația acestora din urmă (complecșii EI nu sunt constante și pot fi deplasate de substrat).

Inhibarea competitivă a enzimelor poate fi determinată cu ușurință din graficele de dependență cinetică reprezentate grafic pentru diferite concentrații de substrat. În acest caz, valoarea lui K m se va modifica, dar V max va rămâne constantă.

În cazul inhibiției necompetitive, opusul este adevărat: inhibitorul se leagă în afara locului activ și prezența substratului nu poate afecta în niciun fel acest lucru. Ca rezultat, unele molecule de enzime sunt „deconectate” de la cataliză, iar viteza maximă posibilă scade. Cu toate acestea, moleculele de enzime active se pot lega liber de substrat atât la concentrații scăzute, cât și la concentrații mari ale acestuia din urmă. Prin urmare, constanta Michaelis rămâne constantă.

Graficele inhibiției competitive în sistemul de coordonate duble inverse reprezintă mai multe drepte care intersectează axa ordonatelor în punctul 1/V max. Fiecare linie dreaptă corespunde unei anumite concentrații de substrat. Diferite puncte de intersecție cu axa x (1/[S]) indică o modificare a constantei Michaelis.

Efectul unui inhibitor competitiv folosind exemplul de malonat

Un exemplu tipic de inhibiție competitivă este procesul de reducere a activității succinat dehidroginazei, o enzimă care catalizează oxidarea acidului succinic (succinat) în acid fumaric. Malonatul, care este similar structural cu succinatul, acţionează aici ca un inhibitor.

Adăugarea unui inhibitor la mediu determină formarea de complexe de malonat cu succinat dehidrogenază. O astfel de legătură nu dăunează centrului activ, ci blochează accesibilitatea acestuia la acidul succinic. Creșterea concentrației de succinat reduce efectul inhibitor.

Utilizare în medicină

Mecanismul de inhibiție competitivă stă la baza acțiunii multor medicamente, care sunt analogi structurali ai substraturilor unor căi metabolice, a căror inhibare este o parte necesară a tratamentului bolilor.

De exemplu, pentru a îmbunătăți conducerea impulsurilor nervoase în distrofiile musculare, este necesară creșterea nivelului de acetilcolină. Acest lucru se realizează prin inhibarea activității acetilcolinesterazei care o hidrolizează. Bazele cuaternare de amoniu care fac parte din medicamente (prorezin, endrofoniu etc.) acţionează ca inhibitori.

Un grup special include antimetaboliți, care, pe lângă efectul lor inhibitor, prezintă proprietățile unui pseudosubstrat. În acest caz, formarea complexului EI duce la formarea unui produs anormal inert biologic. Antimetaboliții includ sulfonamide (utilizate în tratamentul infecțiilor bacteriene), analogi nucleotidici (utilizați pentru a opri creșterea celulară a unei tumori canceroase) etc.

Reglarea activității enzimatice poate fi realizată prin interacțiunea enzimelor cu diverse componente biologice sau compuși străini, care se numesc regulatori ai enzimelor. Acestea pot fie să accelereze, fie să încetinească reacția enzimatică.

Activatori– acestea sunt substanțe care cresc viteza reacțiilor enzimatice.

feluri activatori:

1. Substanțe care afectează regiunea site-ului activ. Acestea includ ionii metalici(Na+, K+, Fe2+, Co2+, Cu2+, Ca2+, Zn2+, Mg2+, Mn2+ etc.). În unele cazuri, ionii metalici acționează ca un cofactor pentru enzimă. În alte cazuri, ele promovează atașarea substratului la locul activ al enzimei. Ionii metalici se dovedesc a fi activatori numai în condițiile deficienței lor în organism.

2. Efectori alosterici, care se leagă de situsul alosteric (reglator) al apoenzimei. Această legare provoacă modificări conformaționale ale moleculei proteinei, conducând la o modificare a structurii situsului activ, care afectează legarea și conversia substratului la locul activ. În acest caz, activitatea enzimei fie crește (acest lucru activatori alosterici), sau scade (asta este inhibitori alosterici). Efectori alosterici ai enzimelor sunt cel mai adesea diverși metaboliți, precum și hormoni, ioni metalici, nucleozide - ATP, ADP, AMP.

3. Substanțe care provoacă modificări care nu afectează locul activ al enzimei. Sunt posibile mai multe opțiuni pentru astfel de modificări:

- activare prin atașarea unei grupări modificatoare specifice la molecula de enzimă. Exemplu: reglementarea activității lipaze.

inactiv ATP ADP activ O

protein kinaza║

─CH2OH ─CH2─O─P─OH

fosfatază│

În acest caz, gruparea fosfat se leagă de grupările hidroxil ale aminoacizilor localizați în partea proteică a enzimei. Grupările fosfat încărcate negativ pot rupe legăturile slabe de hidrogen și ionice din structura terțiară a proteinei enzimatice și pot afecta starea conformațională a centrului său activ. În funcție de natura enzimei, fosforilarea o poate activa sau, dimpotrivă, o poate inactiva. Reacțiile de adăugare a unei grupări fosfat sunt catalizate de enzime protein kinaze, și despărțiri - fosfataze. Activitatea acestor enzime, la rândul său, este controlată de sistemul hormonal.

- activarea prin tranziția unui precursor inactiv - proenzimă într-o enzimă activă datorită proteolizei parțiale.

Unele enzime sunt sintetizate în celulă inițial inactive și după secreția din celulă devin active. Sunt chemați predecesorii inactivi proenzime (zimogene). Sub influența activatorului, hidroliza parțială a proenzimei are loc odată cu scindarea peptidei inactive din aceasta, ducând la deschiderea centrului activ. Aceasta activează enzimele din tractul gastrointestinal care digeră proteinele alimentare. De exemplu, o enzimă pepsinogen, sintetizat în celulele stomacului, apoi în lumenul stomacului sub influența acidului clorhidric se transformă în activ pepsină prin îndepărtarea porțiunii inactive a lanțului polipeptidic:

inactiv HCl activ

pepsinogen pepsină + peptidă

(proenzima)

- activatorul determină disocierea subunităţilor unei enzime cu structură cuaternară(clivarea uneia dintre subunitățile enzimatice).

Inhibitorisunt substanțe care provoacă o scădere a activității enzimatice. Trebuie făcută o distincție între inactivarea și inhibarea enzimei. Simplul fapt de inhibare a unei reacții enzimatice în prezența unei substanțe nu înseamnă că această substanță este un inhibitor. Orice agenți de denaturare provoacă inactivarea enzimei și inhibarea reacției enzimatice. Inhibitorii, spre deosebire de agenții denaturanți, acționează în concentrații scăzute și provoacă o scădere specifică a activității enzimatice.

Pe baza puterii de legare la enzimă, inhibitorii sunt împărțiți în reversibilȘi ireversibil. Inhibitorii ireversibili se leagă strâns de enzimă, în timp ce complexul enzimă-inhibitor reversibil este slab. Dacă o soluție a unei enzime cu un inhibitor reversibil este foarte diluată, complexul lor se dezintegrează și activitatea enzimei este restabilită.

Pe baza mecanismului lor de acțiune, inhibitorii sunt împărțiți în competitivi și necompetitivi. Inhibitori competitivi au o similaritate structurală cu molecula substratului, ceea ce le permite să ia locul substratului în centrul activ al enzimei:

E + S + I → EI + S

Fiind integrat în centrul activ în locul substratului, un astfel de inhibitor previne desfășurarea reacției enzimatice. Adică, substratul concurează cu inhibitorul pentru situsul activ. Compusul cu mai multe molecule se leagă de centrul activ. Inhibarea competitivă poate fi eliminată prin creșterea concentrației substratului.

Acțiunea multor medicamente farmacologice (de exemplu, sulfonamide), insecticide și agenți de război chimic organofosforici (sarin, soman) se bazează pe principiul inhibiției competitive.

Inhibitori necompetitivi nu au nicio asemănare structurală cu substraturile. Ele fie se leagă de grupările catalitice ale situsului activ al enzimei, fie, prin legarea de enzimă în afara locului activ, schimbă conformația situsului activ în așa fel încât să prevină conversia substratului. Deoarece inhibitorul necompetitiv nu afectează legarea substratului, spre deosebire de inhibarea competitivă, se observă formarea unui complex ternar:

E + S + I → ESI

Inhibitorii necompetitivi includ ioni de metale grele: mercur, plumb, cadmiu, arsenic. Ele blochează grupările SH incluse în situsul catalitic al enzimei. Este imposibil să se înlăture efectul unui inhibitor necompetitiv cu un exces de substrat, ca și în cazul inhibiției competitive, dar numai cu substanțe care leagă inhibitorul ( reactivatoare). Metalele grele acționează ca inhibitori numai în concentrații mici; în concentrații mari acționează ca agenți de denaturare.

Cei mai importanți inhibitori necompetitivi sunt produșii metabolici intermediari formați într-o celulă vie care se pot lega reversibil de situsurile alosterice ale enzimei - inhibitori alosterici. Ele ocupă o poziție cheie în metabolism, deoarece răspund subtil la modificările metabolismului și reglează trecerea substanțelor printr-un întreg sistem de enzime. De exemplu, reglarea alosterică se manifestă sub formă de inhibare a primei enzime din lanț de către produsul final. Această reglementare este similară cu reglarea printr-un mecanism de feedback și vă permite să controlați randamentul produsului final, în cazul acumulării căreia se oprește activitatea primei enzime din lanț:

A → B → C → D

E1, E2, E3 – enzime; A, B, C, D - metaboliți

1. Activatori - substanțe care cresc viteza reacțiilor enzimatice și cresc activitatea enzimelor. Sunt de natură organică și anorganică.

Activatori organici: acizi biliari (activează pancreasul), enterokinaza (activează tripsinogenul), glutation, cisteină, vitamina C (crește activitatea oxidoreductazelor).

Activatori de natură anorganică: de exemplu, HCl activează pepsinogenul, ionii metalici (Na, Cl, K, Mg, Mn, Zn) activează multe enzime. Ionii metalici: a) contribuie la formarea unui complex enzima-substrat; b) servesc ca donatori și acceptori de electroni; c) participă la formarea centrului activ al enzimelor (Zn în compoziția carbanhidrazei, Fe în compoziția citocromilor, catalaza, peroxidază); d) acţionează ca regulatori alosterici.

2. Inhibitorii sunt substanțe care reduc activitatea enzimelor și încetinesc reacțiile chimice. Se face o distincție între inhibarea reversibilă și ireversibilă:

Dacă un inhibitor se leagă de molecula de enzimă cu legături slabe (E + I ↔ EI), atunci un astfel de inhibitor este ușor îndepărtat și activitatea enzimei este restabilită;

Dacă inhibitorul se leagă de molecula de enzimă cu legături covalente puternice (E + I → EI), atunci are loc suprimarea ireversibilă a activității enzimatice.

Inhibarea ireversibilă are loc în timpul denaturarii proteinelor enzimatice sub influența acizilor concentrați și alcalinelor, a sărurilor metalelor grele și a iradierii ultraviolete. Unii inhibitori formează legături puternice nedisociabile cu grupările funcționale din situsurile active ale enzimelor. De exemplu, cianura se leagă de fier din enzimele hemoproteice. Otrăvurile organofosforice (tabun, sarin, gaze V) formează legături puternice cu reziduurile de serină și treonină care fac parte din multe enzime. Inhibația reversibilă este împărțită în competitivă și necompetitivă. Inhibarea competitivă este cauzată de substanțe care sunt similare structural cu substratul și interacționează cu locul activ al enzimei. De exemplu, acidul malonic este un inhibitor competitiv al succinat dehidrogenazei, deoarece este similar cu acidul succinic (are și 2 grupări carboxil). Prin urmare, acidul malonic se leagă cu ușurință la locul activ al succinat dehidrogenazei, deplasând de acolo substratul, acidul succinic. Cu toate acestea, enzima nu poate face acest lucru cu acidul malonic, care este mai scurt cu 1 atom de carbon. Prin urmare, dacă adăugați acid malonic într-o concentrație care depășește concentrația de acid succinic, reacția se va opri, deoarece malonatul blochează locul activ al succinat dehidrogenazei.

Inhibitorii competitivi sunt adesea utilizați ca medicamente. De exemplu, medicamentele antimicrobiene sulfonamidele sunt analogi structurali ai acidului para-aminobenzoic din care microorganismele sintetizează vitamina B9 (acid folic) de care au nevoie pentru reproducere. Multe antibiotice inhibă competitiv sinteza proteinelor de către microorganisme sau replicarea ADN-ului. Medicamentele antitumorale (metotrexat, antagonist al vitaminei B9) blochează replicarea ADN-ului în celulele tumorale.

Inhibitorii necompetitivi nu au similaritate structurală cu substratul și se leagă nu de centrul activ, ci de alte situsuri, inclusiv de centrul alosteric. Inhibația apare din cauza distrugerii sau modificării chimice ireversibile a grupurilor funcționale enzimatice. Exemple:

a) agenții de alchilare (iodoacetamida) reacționează ireversibil cu grupările SH ale enzimelor

E–SH + ICH2CONH2 → E–SCH2 –CONH2 + HI (enzimă) (iodoacetamidă) complex inhibitor al enzimei

b) preparatele de FOS (compuși organofosforici) sunt otrăvuri foarte toxice pentru insecte și animale cu sânge cald. Ele interacționează cu gruparea hidroxi a serinei din situsul activ al enzimei acetilcolinesterazei:

c) teturam – un inhibitor al acetaldehidei dehidrogenazei (utilizat în tratamentul alcoolismului).

Data publicării: 2015-11-01; Citește: 9258 | Încălcarea drepturilor de autor ale paginii | Comanda scris o lucrare

site - Studopedia.Org - 2014-2019. Studiopedia nu este autorul materialelor postate. Dar oferă o utilizare gratuită(0,005 s) ...

Dezactivează adBlock!
foarte necesar