При обратимом ингибировании происходит образование. Конкурентное ингибирование: определение, особенности и примеры. Кинетические зависимости ферментативной реакции при участии конкурентного ингибитора

Типы ингибирования

Регуляция по типу обратной связи.

Путь нековалентной модификации

В состав ферментов кроме активного центра может входить иной центр - аллостерический, к которому мо­гут присоединяться низкомолекулярные вещества и из­менять активность ферментов. Аллостерический (или регуляторный) центр - участок молекулы фермента, с которым связываются низкомолекулярные вещества-эффек­торы (активаторы или ингибиторы). Их структура отлич­на от структуры субстрата. Присоединяясь к аллостерическому центру, эти вещества (эффекторы) могут изме­нять третичную или четвертичную структуры молекулы фермента и соответственно структуру активного центра, вызывая увеличение или уменьшение его активности. Та­ким образом, связывание фермента с эффектором в одном участке белка вызывает изменение структуры и, следова­тельно, активности - в другом.

Активаторы увеличивают активность ферментов, а ингибиторы уменьшают. Часто биохимический процесс состоит из нескольких стадий, которые катализируются своими ферментами. В таких системах есть хотя бы один фермент - регуляторный, который определяет скорость всей последовательности реакций. Регуляторные фермен­ты под действием эффекторов способны включать и вы­ключать целые цепи реакций метаболизма. Соединения, действующие как ингибиторы этих ферментов, обычно являются конечными продуктами всей цепи реакций. Систему регуляции этого типа, когда избыток продукта одной из последовательных реакций биохимического пути ингибирует активность фермента одной из ранних ста­дий, блокируя эту и все последующие стадии, называют ингибированием по типу обратной связи. Таким образом, накопление избытка продукта ведет к торможению его биосинтеза.

Различают обратимое и необратимое ингибирование ферментов. Ингибирование является необратимым, если ингибитор необратимо связывается с ферментом (образо­ванный комплекс субстрат-ингибитор не распадается). Многие ингибиторы необратимо связываются с фермен­тами, изменяя их структуру. Этим объясняется токсич­ное действие ионов металлов: Hg 2+ , Zn 2+ .

Е - SH + Ag + ® Е - S - Ag + H + ;

в противном случае наблюдается обратимое ингибирование. Обратимое ингибирование, может быть конкурент­ное и неконкурентное.

Конкурентное ингибирование наблюдается, когда ин­гибитор и субстрат имеют сходные структуры и конкури­руют за связывание с активным центром фермента. Если к ферменту Е добавить конкурентный ингибитор I и субстрат S, то одновременно образуется два комплекса: фер­мент-ингибитор (EI) и фермент-субстратный (ES). Образо­вание комплекса EI не приводит к образованию продук­тов реакции.

Е + S ® ES ® P + Е;

Е + I ® EI ® не образуются продукты реакции

Скорость реакции уменьшается, потому что при присое­динении ингибитора к активному центру субстрата умень­шается число активных центров фермента, способных вза­имодействовать с природным субстратом. Поскольку конкурентный ингибитор связывается обратимо, с фер­ментом, то уменьшить его действие можно, увеличивая концентрацию субстрата, так как при этом увеличивает­ся вероятность связывания фермента с субстратом.

Различают два больших класса ингибиторов ферментативной активности - конкурентные и неконкурентные - на основании того, ослабляется (конкурентное ингибирование) или не ослабляется (неконкурентное ингибирование) их ингибирующее действие при повышении концентрации субстрата. На практике многие ингибиторы не проявляют тех свойств, которые характерны для чисто конкурентного или чисто неконкурентного ингибирования. Другой способ классификации ингибиторов основывается на характере места их связывания. Одни из них связываются с ферментом в том же месте, что и субстрат (в каталитическом центре), а другие - на значительном расстоянии от активного центра (валлостерическом центре).

Конкурентное ингибирование аналогами субстрата

Классическое конкуретное ингибирование основано на связывании ингибитора с субстратсвязывающим (каталитическим) центром. Химическая структура аналога субстрата, действующего как ингибитор (I), обычно сходна со структурой субстрата (S). Поэтому ингибитор может обратимо связываться с ферментом, образуя вместо комплекс т.е. фермент-ингибиторный комплекс. Когда в реакционной смеси одновременно присутствуют и субстрат, и ингибитор указанного типа, они конкурируют за один и тот же связывающий центр на поверхности фермента. Один из наиболее подробно изученных примеров конкурентного ингибирования - это ингибирование сукцинатдегидрогеназы малонатом (I), конкурирующим за один и тот же центр с субстратом сукцинатом

Сукцинатдегидрогеназа катализирует образование фумарата в результате отщепления атома водорода от каждого из двух а-углеродных атомов сукцината (рис. 8.19). Малонат способен связываться с дегидрогеназой, образуя комплекс От Саагома малоната отщепления атома водорода произойти не может. Комплекс может только распадаться на свободный фермент и ингибитор. Для этой обратимой реакции

константа равновесия К, равна

Рис. 8.19. Сукцинатдегидрогеназвая реакция.

Действие конкурентных ингибиторов можно представить в виде следующих реакций:

Скорость образования продукта - обычно именно она является объектом измерения - зависит только от концентрации комплекса . Предположим, что I очень прочно связывается с ферментом мала). Тогда количество свободного фермента который мог бы присоединять S, образуя комплекс , а затем и , будет весьма мало. Таким образом, скорость реакции (образования Р) будет мала. По аналогичным причинам при той же концентрации слабо связывающегося ингибитора (Л велика) катализируемая реакция существенно не замедлится. Предположим теперь, что при фиксированной концентрации ингибитора 1 добавляется все большее количество субстрата S. Это повышает вероятность образования комплекса по сравнению с комплексом . С ростом отношения будет расти и скорость реакции. При достаточно высокой концентрации S концентрация комплекса станет исчезающе мала. Но тогда скорость катализируемой реакции будет такой же, что и в отсутствие I (рис. 8.20).

Рис. 8.20. Г рафик Лайнуивера - Бэрка для случая классического конкурентного ингибирования. Обратите внимание на полное отсутствие ингибирующего действия при высоких значениях [S] (низких значениях (1/[S]).

Графическая оценка констант конкурентного ингибирования

На рис. 8.20 приведен типичный случай конкурентного ингибирования, представленный в форме графика Лайнуивера-Бэрка. Скорость реакции измеряется при разных значениях концентрации S и при фиксированной концентрации ингибитора. Прямые, проведенные через экспериментальные точки, пересекаются в одной и той же точке на оси у. Длина отрезка, отсекаемого от оси у, равна это означает, что при бесконечно большой концентрации будет такой же, что и в отсутствие ингибитора. Однако длина отрезка, отсекаемого от оси эта величина определяет значение ), в присутствии ингибитора уменьшается Таким образом, конкурентный ингибитор повышает кажущееся значение для субстрата. Для простого конкурентного ингибирования длина отрезка, отсекаемого от оси будет равна

Определив в отсутствие I, можно найти из этого уравнения Если концентрация добавленного 1 значительно превышает концентрацию фермента, то можно считать [I] равной концентрации добавленного ингибитора.. Значения К, для ряда аналогов субстрата (конкурентных ингибиторов) показывают, какой из них наиболее эффективен. Ингибиторы с наименьшими даже при малых концентрациях могут оказывать сильное ингибирующее действие.

Многие лекарственные препараты, широко применяющиеся в клинике, действуют как конкурентные ингибиторы очень важных ферментов, функционирующих как в микробных, так и в животных клетках.

Обратимое неконкурентное ингибирование

Как следует уже из самого названия, в этом случае конкуренция между S и I отсутствует. При этом ингибитор обычно ничем не напоминает S и, как можно предположить, связывается с другим участком фермента. Обратимые неконкурентные ингибиторы понижают максимальную скорость, достижимую при данном количестве фермента (понижают но, как правило, не влияют на Поскольку I и S связываются с разными центрами, возможно образование как комплекса так и комплекса . Комплекс тоже распадается с образованием продукта, однако с меньшей скоростью, чем ; поэтому реакция будет замедляться, но не остановится. Таким образом, могут протекать

следующие конкурентные реакции:

На рис. 8.21 представлена зависимость от в присутствии и в отсутствие ингибитора (предполагается, что связывание I не приводит к существенным изменениям в работе активного центра).

Необратимое неконкурентное ингибирование

Ферментативная активность может уменьшаться в присутствии многих «ядов», таких, как иодацетамид, ионы тяжелых металлов окисляющие агенты и т.д. В присутствии одного или нескольких субстратов или продуктов скорость инактивации фермента может снижаться. Тот кинетический анализ, о котором здесь шла речь, может оказаться недостаточным для того, чтобы отличить действие ферментных ядов от действия неконкурентных обратимых ингибиторов. Обратимое неконкурентное ингибирование встречается сравнительно редко. К сожалению, оно не всегда выявляется, поскольку и обратимое, и необратимое неконкурентное ингибирование характеризуются сходной кинетикой.

Рис. 8.21. График Лайнуивера - Бэрка для случая обратимого неконкурентного ингибирования.

Все типы ингибирования ферментов можно разделить на две большие группы: необратимое и обратимое ингибирование. Необратимые ингибиторы прочно связываются с молекулой фермента, и после удаления ингибитора (например, с помощью диализа), активность фермента не восстанавливается. Наиболее известными необратимыми ингибиторами являются фосфорорганические яды, применяемые в качестве инсектицидов и как боевые отравляющие вещества, цианиды и ионы тяжелых металлов, например, ртути, кадмия, меди, свинца, связывающиеся с карбоксильными и сульфгидрильными (- SH) группами в белках.

Обратимые ингибиторы отделяются от комплекса фермента с ингибитором при понижении их концентрации, и фермент восстанавливает свою каталитическую активность. По типу воздействия на зависимость ферментативной реакции от концентрации субстрата обратимые ингибиторы делятся на конкурентные, неконкурентные , безконкурентные и смешанные.

Конкурентные ингибиторы являются структурными аналогами субстрата и связываются в активном центре фермента, конкурируя с субстратом за место связывания. Они вызывают увеличение (ухудшение) константы Михаэлиса, но не влияют на максимальную скорость реакции (рис.9)

Рис. 9. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в присутствии конкурентного ингибитора (а) и ее представление в двойных обратных координатах (б). Где 1 – график без ингибитора, 2 - график с ингибитором. Vi – Vмах в присутствии ингибитора.

Неконкурентное ингибирование наблюдается, если ингибитор связывается вне активного центра. К неконкурентным ингибиторам относятся, например, тиоловые яды.

Неконкурентные ингибиторы не влияют на константу Михаэлиса, но уменьшают максимальную скорость ферментативной реакции (рис.8):

Рис. 10. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в присутствии неконкурентного ингибитора. Обозначения как на рисунке 9.

Бесконкурентное ингибирование - ингибитор связывается только с фермент-субстратным комплексом, но не со свободным ферментом, изменяя его конформацию, что затрудняет катализ. Максимальная скорость реакции и константа Михаэлиса уменьшаются в одинаковое количество раз и на графике в двойных обратных координатах наблюдаются параллельные прямые (рис.11).

Рис. 11. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в присутствии бесконкурентного ингибитора.

Смешанное ингибирование встречается, если ингибитор связывается как в активном центре, так и вне его, а комплекс ЕI сохраняет частичную активность по сравнению с нативным ферментом. Такие ингибиторы увеличивают константу Михаэлиса и уменьшают максимальную скорость ферментативной реакции. В двойных обратных координатах ситуация выглядит так (рис.12):

Рис.12. Представление зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата в присутствии смешанного ингибитора в двойных обратных координатах.

Типы обратимого ингибирования ферментов представлены в таблице.

Классификация ферментов

Стремительное развитие энзимологии в 20 веке привело к тому, что остро встала проблема разработки единой классификации и унификации названий ферментов. В 1961 г. на V Международном биохимическом конгрессе в Москве была утверждена современная классификация ферментов, в основе которой лежит их разделение на шесть классов в зависимости от типа катализируемой реакции .

1) Оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции.

Пример: исп.

В большинстве случаев дегидрогеназы катализируют обратимые реакции

2) Трансферазы катализируют реакции межмолекулярного переноса различных групп атомов,

где Т - транспортируемая группа,

АТ – субстрат – донор,

В – субстрат - акцептор транспортируемой группы.

Пример 1 – аминотрансферазы, переносят альфа-аминогруппу аминокислот на место альфа-кетогруппы в кетокислотах. На схеме АЛТ – аланинаминотрансфераза.

Пример 2 - один из наиболее распространённых видов посттрансляционной модификации белка (синтез фосфопротеинов) - фосфорилирование, которое катализируют фосфотрансферазы (киназы), осуществляющие перенос фосфатной группы от молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) на различные субстраты.

3) Гидролазы катализируют расщепление внутримолекулярных связей с присоединением воды по разорванной связи:

Где А-В - субстрат

В качестве примеров гидролаз можно привести протеиназы, катализирующие расщепление белков и пептидов; эстеразы, гидролизующие сложноэфирные связи, гликозидазы, разрывающие гликозидные связи с присоединением воды. Все пищеварительные ферменты относятся к классу гидролаз (некоторые из них: пепсин, трипсин, химотрипсин, амилаза, липаза, рибонуклеаза).

4) Лиазы катализируют разрыв и синтез связей С-О, С-N, С-C, а также обратимые реакции негидролитического отщепления групп с образованием двойной связи.

5) Изомеразы. К классу изомераз относят ферменты, катализирующие обратимые взаимопревращения изомеров. В качестве примера приведем следующую реакцию:

6) Лигазы (синтетазы) катализируют реакции синтеза различных веществ с использованием энергии АТФ или других макроэргических молекул. В качестве примера можно привести синтез карбамоилфосфата.

На основании приведенной системы классификации ферментов (КФ) был издан список ферментов, где каждому ферменту присвоен четырехзначный номер (номенклатура ферментов). Первая цифра номера указывает на принадлежность фермента к одному из шести классов. В пределах классов ферменты группируются в подклассы и подподклассы в соответствии с особенностями катализируемых реакций, четвертое число - порядковый номер фермента в его подподклассе.

Например, кислая фосфатаза имеет шифр 3.1.3.2; это означает, что она относится к классу гидролаз (3.), подклассу этих ферментов, действующих на сложноэфирные связи (3.1.), к подподклассу ферментов, гидролизующих моноэфиры фосфорной кислоты (3.1.3.), а порядковый номер фермента в данном подподклассе - 2 (3.1.3.2).

Ограниченный протеолиз.

Регуляция активности с помощью гормонов.

Гормональная регуляция осуществляется на генетическом уровне путём обратимого фосфорилирования. Например, под действием адреналина происходит активация процесса распада гликогена. В ходе этого процесса образуется небелковое соединения – у-АМФ. у-АМФ – внутриклеточный гормон (вторичный посредник) является аллостерическим регулятором большого числа протеинлипаз. у-АМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклаз.

Регуляция активности путём химической модификации.

Химическая модификация - присоединение каких-либо функциональных групп к ферменту, с последующим изменением его активности. Химическая модификация обратима. Так например, ключевые ферменты энергетического обмена - фосфорилаза, гликогенсинтаза контролируются путём фосфорилирования и дефосфорилирования, осуществляемого специфическими ферментами - протеинилазой и фософотазой. И уровень активности ключевых ферментов будет определятся соотношением фосфорилированных и дефосфорилированных форм этих ферментов.

Все ферменты ЖКТ и поджелудочной железы синтезируются в неактивной форме в виде проферментов. Регуляция в этом случае сводится к превращению их в активную форму. Так, например, активация трипсиногена идёт под действием энтерокиназы и ведёт к отщеплению избыточной последовательности аминокислот. При этом происходит формирование активного центра и третичной структуры трипсина. Это явление получило название ограниченный протеолиз . Его биологическое значение заключается в том, что он исключает самопереваривание органа (аутокатализ), что, например, происходит при активации трипсина в самой поджелудочной железе. Во-вторых, обеспечивается более тонкая регуляция количества фермента.

Ограниченный протеолиз находится под контролем факторов среды, рН, в клетке – под контролем Са.

Скорость ферментативной реакции определяется присутствием в среде эффекторов: активаторов и ингибиторов. Активаторы повышают скорость реакции и иногда модифицируют её, а ингибиторы - тормозят её.

Активаторы: коферменты, ионы Ме, SH- реагенты. Активизирующее влияние связано с оптимизацией структуры белковой молекулы и активного центра фермента. Это улучшает взаимодействие фермента и субстрата.

Активатор панкреатической липазы – желчные кислоты.

Активатор трипсиногена – энтерокиназы.

Активатор хематрипсиногена – трипсин.

Активатор пепсина и амилазы – ионы Са.

В качестве активаторов могут выступать и Ме:

Zn – активатор угольной ангидразы.

Ингибиторами принято называть вещества, вызывающее частичное или полное торможение реакции.

Любые агенты, вызывающие денатурацию фермента, являются ингибиторами. Однако такое ингибирование неспецифично потому, что не связано с механизмом действия ферментов. Гораздо больше специфических ингибиторов, которые оказывают действия на один какой – либо фермент или на группу родственных ферментов. Такие ингибиторы могут дать ценную информацию о природе активного центра фермента. На ингибировании ферментов основан механизм действия многих токсинов и ядов на организм. Так, при отравлении синильной кислотой спазм наступает вследствие полного торможения дыхательных ферментов (цитохромоксидазы).

Типы ингибирования :

1) Обратимое

2) Необратимое

Если молекула ингибитора вызывает стойкие изменения или модификацию активного центра фермента, то такой тип ингибирования называется необратимым .

Обратимое ингибирование встречается чаще, и его делят на конкурентное и неконкурентное , в зависимости от того удаётся или не удаётся преодолеть торможение ферментативной реакции путём повышения {S}. Конкурентное ингибирование возможно при наличии структурного сходства субстрата и ингибитора. Например, торможение активности сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой:

НООС - 2Н НООС

СН -------- СН

СН СДГ СН

НООС НООС

сукцинат фумарат

Если в среду вместо сукцината внести малонат, то в силу его структурного сходства с сукцинатом он будет реагировать с активным центром СДГ. Однако при этом перенос 2Н от малоната не происходит, так как структуры малоната и сукцината всё же несколько отличаются и они будут конкурировать за связывание с активным центром СДГ и степень торможения будет определена соотношением концентраций малоната и сукцината. Особенность этого ингибирования – обратимость за счёт увеличения {S}.

I(+) E + I ------ EI

Часто имеет место частично неконкурентное ингибирование, при котором снижение Vmax сочетается с повышением Km. В редких случаях степень торможения активности фермента может повышаться с повышением {S}. Это так называемое бесконкурентное ингибирование . В этом случае возможно соединение ингибитора с комплексом ES, следовательно, образуется неактивный или медленно реагирующий комплекс

ES + I ------ ESI

Действие многих лекарств основано как раз на этих всех методах ингибирования. Так, например, сульфаниламидные препараты применяются для лечения некоторых инфекций, которые имеют структурное сходство с ПАБК, которую бактериальная клетка использует в каестве субстрата для синтеза фолиевой кислоты. Благодаря сходству сульфаниламид блокирует действие фермента путём вытеснения ПАБК из комплекса ES , что ведёт к снижению роста бактерий. Это конкурентное ингибирование .

Регуляция активности ферментов может осуществляться путём взаимодействия ферментов с различными биологическими компонентами или чужеродными соединениями, которые называются регуляторами ферментов . Они могут либо ускорять, либо замедлять ферментативную реакцию.

Активаторы – это вещества, увеличивающие скорость ферментативной реакции .

Виды активаторов :

1. Вещества, влияющие на область активного центра . К ним относятся ионы металлов (Na+, K+, Fe2+, Co2+, Cu2+, Ca2+, Zn2+, Mg2+, Mn2+ и др.). В ряде случаев ионы металлов выполняют функцию кофактора фермента. В других случаях они способствуют присоединению субстрата к активному центру фермента. Ионы металлов оказываются активаторами только в условиях дефицита их в организме.

2. Аллостерические эффекторы , которые связываются с аллостерическим (регуляторным) участком апофермента. Это связывание вызывает конформационные изменения в молекуле белка, приводящие к изменению структуры активного центра, что сказывается на связывании и превращении субстрата в активном центре. При этом активность фермента либо увеличивается (это аллостерические активаторы ), либо уменьшается (это аллостерические ингибиторы ). Аллостерическими эффекторами ферментов наиболее часто выступают различные метаболиты, а также гормоны, ионы металлов, нуклеозиды - АТФ, АДФ, АМФ.

3. Вещества, вызывающие модификации, не затрагивающие активный центр фермента . Возможно несколько вариантов таких модификаций:

- активация путём присоединения специфической модифицирующей группы к молекуле фермента . Пример: регуляция активности липазы .

неактивная АТФ АДФ активная О

протеинкиназа ║

─СН2ОН ─СН2─О─Р─ОН

фосфатаза │

В этом случае фосфатная группа присоединяется к гидроксильным группам аминокислот, находящихся в белковой части фермента. Отрицательно заряженные фосфатные группы могут разрывать слабые водородные и ионные связи в третичной структуре белка-фермента и влиять на конформационное состояние его активного центра. В зависимости от природы фермента фосфорилирование может его активировать или, наоборот, инактивировать. Реакции присоединения фосфатной группы катализируют ферменты протеинкиназы , а отщепления – фосфатазы . Активность этих ферментов в свою очередь находится под контролем гормональной системы.

- активация путёмперехода неактивного предшественника - профермента в активный фермент за счёт частичного протеолиза .

Некоторые ферменты синтезируются в клетке первоначально неактивными и после секреции из клетки переходят в активную форму. Неактивные предшественники называются проферменты (зимогены ). Под действием активатора происходит частичный гидролиз профермента с отщеплением от него неактивного пептида, в результате чего открывается активный центр. Так происходит активация ферментов желудочно-кишечного тракта, переваривающих белки пищи. Например, фермент пепсиноген , синтезированный в клетках желудка, затем в просвете желудка под действием соляной кислоты превращается в активный пепсин путём удаления неактивного участка полипептидной цепи:

неактивный HCl активный

пепсиноген пепсин + пептид

(профермент )

- активатор вызывает диссоциацию субъединиц фермента, имеющего четвертичную структуру (отщепление одной из субъединиц фермента).

Ингибиторами называют вещества, вызывающие снижение активности фермента . Следует различать инактивацию и ингибирование фермента. Сам по себе факт торможения ферментативной реакции в присутствии какого-либо вещества ещё не говорит о том, что это вещество – ингибитор. Любые денатурирующие агенты вызывают инактивацию фермента и торможение ферментативной реакции. Ингибиторы, в отличие от денатурирующих агентов, действуют в малых концентрациях и вызывают специфическое снижение ферментативной активности.

По прочности связывания с ферментом ингибиторы делятся на обратимые и необратимые . Необратимые ингибиторы прочно связываются с ферментом, тогда как комплекс фермент – обратимый ингибитор непрочен. Если сильно разбавить раствор фермента с обратимым ингибитором, то их комплекс распадается и активность фермента восстанавливается.

По механизму действия ингибиторы делятся на конкурентные и неконкурентные. Конкурентные ингибиторы имеют структурное сходство с молекулой субстрата, что позволяет им занять место субстрата в активном центре фермента:

E + S + I → EI + S

Встраиваясь вместо субстрата в активный центр, такой ингибитор не даёт ферментативной реакции осуществиться. То есть, субстрат конкурирует с ингибитором за активный центр. С активным центром связывается то соединение, молекул которого больше. Снять конкурентное ингибирование можно, увеличив концентрацию субстрата.

На принципе конкурентного ингибирования основано действие многих фармакологических препаратов (например, сульфаниламидных), инсектицидов, фосфорорганических боевых отравляющих веществ (зарин, зоман).

Неконкурентные ингибиторы не имеют структурного сходства с субстратами. Они или связываются с каталитическими группами активного центра фермента, или, связываясь с ферментом вне активного центра, изменяют конформацию активного центра таким образом, что это препятствует превращению субстрата. Поскольку неконкурентный ингибитор не влияет на связывание субстрата, то в отличие от конкурентного ингибирования наблюдается образование тройного комплекса:

E + S + I → ESI

К неконкурентным ингибиторам относятся ионы тяжёлых металлов: ртути, свинца, кадмия, мышьяка. Они блокируют SH-группы, входящие в каталитический участок фермента. Снять действие неконкурентного ингибитора избытком субстрата, как при конкурентном ингибировании, нельзя, а можно лишь веществами, связывающими ингибитор (реактиваторами ). Тяжелые металлы лишь в небольших концентрациях играют роль ингибиторов, в больших концентрациях они действуют как денатурирующие агенты.

Наиболее важными неконкурентными ингибиторами являются образующиеся в живой клетке промежуточные продукты метаболизма, способные обратимо связываться с аллостерическими участками фермента – аллостерические ингибиторы . Они занимают ключевое положение в метаболизме, поскольку тонко реагируют на изменения в обмене веществ и регулируют прохождение веществ по целой системе ферментов. Например, аллостерическая регуляция проявляется в виде ингибирования конечным продуктом первого фермента цепи. Эта регуляция сходна с регуляцией по механизму обратной связи и позволяет контролировать выход конечного продукта, в случае накопления которого прекращается работа первого фермента цепи:

А → В → С → D

Е1, Е2, Е3 – ферменты; А, В, С, D - метаболиты

1. Активаторы – вещества, которые повышают скорость ферментативных реакций, увеличивают активность ферментов. Они бывают органической и неорганической природы.

Активаторы органической природы: желчные кислоты (активируют поджелудочную ли пазу), энтерокиназа (активирует трипсиноген), глутатион, цистеин, витамин С (повышают активность оскидоредуктаз).

Активаторы неорганической природы: например, HCl активирует пепсиноген, ионы ме таллов (Na, Cl, K, Mg, Mn, Zn) активируют очень многие ферменты. Ионы металлов: а) спо собствуют образованию ферментсубстратного комплекса; б) служат донорами и акцептора ми электронов; в) принимают участие в образовании активного центра ферментов (Zn в со ставе карбангидразы, Fe – в составе цитохромов, каталазы, пероксидазы); г) выступают в ро ли аллостерических регуляторов.

2. Ингибиторы – вещества, которые уменьшают активность ферментов и замедляют хими ческие реакции. Различают обратимое и необратимое ингибирование:

Если ингибитор связывается с молекулой фермента слабыми связями (Е+И ↔ ЕИ) то такой ингибитор легко удаляется и активность фермента восстанавливается;

Если ингибитор связывается с молекулой фермента прочными ковалентными связями (Е+И→ ЕИ), то наступает необратимое подавление активности фермента

Необратимое ингибирование происходит при денатурация ферментовбелков под дей ствием концентрированных кислот и щелочей, солей тяжелых металлов, ультрафиолетовом облучении. Некоторые ингибиторы образуют прочные недиссоциируемые связи с функцио нальными группами в активных центрах ферментов. Например, цианиды связываются с же лезом в ферментахгемопротеинах. Фосфорорганические яды (табун, зарин, Vгазы) образу ют прочные связи с остатками серина и треонина входящими в состав многих ферментов. Обратимое ингибирование делится на конкурентное и неконкурентное. Конкурентное ин гибирование вызывается веществами, структурно сходными с субстратом и взаимодейст вующими с активным центром фермента. Например, малоновая кислота, является конку рентным ингибитором сукцинатдегидрогеназы, посколььку похожа на янтарную кислоту (также имеет 2 карбоксильных группы). Поэтому, малоновая кислота легко связывается с ак тивным центром сукцинатдегидрогеназы, вытесняя оттуда субстрат – янтарную кислоту. Од нако, фермент неспособен это сделать с малоновой кислотой, которая короче на 1 атом углерода. Поэто му если прибавить ма лоновую кислоту в концентрации, превышающей концентрацию янтарной кислоты, то реакция прекратится, поскольку малонат за блокирует активный центр сукцинатдегидрогеназы

Конкурентные ингибиторы нередко используются в качестве лекарственных средств. Например, антимикробные препараты сульфаниламиды являются структурными аналогами парааминобензойной кислоты из которой микроорганизмы синтезируют необходимый им для размножение витамин В9 (фолиевую кислоту). Многие антибиотики конкурентно тормо зят синтез белка микроорганизмами или репликацию ДНК. Потивоопухолевые препараты (метотрексат, антагонист витамина В9) блокирует репликацию ДНК в опухолевых клетках.

Неконкурентныеингибиторы не имеют структурного сходства к субстрату и при соединяются не к активному центру, а к другим участкам, в том числе и к аллостерическому центру. Ингибирование происходит вследствие разрушения или необратимой химической модификации функциональных групп ферментов. Примеры:

а) алкилирующие агенты (йодацетамид) необратимо реагируют с SН–группами ферментов

Е–SH + ICH2CОNH2 → E–SCH2 –CОNH2 + HI (фермент) (йодацетамид) комплекс ферментингибитор

б) препараты ФОС (фосфорорганических соединений) это высокотоксичные яды для насеко мых и теплокровных животных. Они взаимодействуют с гидроксигруппой серина в активном центре фермента ацетилхолинэстеразы:

в) тетурам – ингибитор ацетальдегиддегидрогеназы (используют при лечении алкоголизма).

Дата публикования: 2015-11-01 ; Прочитано: 9259 | Нарушение авторского права страницы | Заказать написание работы

Отключите adBlock!
очень нужно