Ensüümide toimet võivad teatud isikud täielikult või osaliselt alla suruda (inhibeerida). kemikaalid- inhibiitorid (joonis 8).

Nende tegevuse olemuse järgi inhibiitorid alajaotatud pöörduv ja pöördumatu. See jaotus põhineb inhibiitor-ensüümi sideme tugevusel.

Pöörduvad inhibiitorid on ühendid, mis mittekovalentselt interakteeruvad ensüümiga ja võivad ensüümist dissotsieeruda.

konkurentsivõimeline. Konkureeriv inhibiitor konkureerib substraadiga seondumise eest aktiivse saidi substraadiga seondumiskohas ja seondub ensüümiga sarnaselt substraadiga. Kuid ensüümiga seotud konkureeriv inhibiitor ei muutu ensümaatiliselt. Konkurentsi pärssimise eripäraks on see, et seda saab nõrgendada või täielikult kõrvaldada, suurendades substraadi kontsentratsiooni. Paljud ravimid on konkureerivad ensüümi inhibiitorid.

Näide. Sulfa ravimid, mida kasutatakse nakkushaiguste raviks. Sulfoonamiidid on paraaminobensoehappe struktuursed analoogid, millest sünteesitakse mikroorganismi rakus koensüüm (H 4 - folaat), mis osaleb nukleiinsete aluste biosünteesis. Nukleiinhapete sünteesi rikkumine põhjustab mikroorganismide surma.

Pöörduv inhibeerimine võib olla mittekonkurentsivõimeline substraadi suhtes; sel juhul ei konkureeri inhibiitor substraadiga ensüümi sama saidi pärast.

Mittekonkureeriv inhibiitor võib ensüümiga seonduda nii substraadi juuresolekul kui ka puudumisel, substraadi kontsentratsiooni suurenemine ei takista inhibiitori seondumist (joonis 9). Mittekonkureeriv inhibiitor vähendab tegelikult aktiivse ensüümi kogust.

Seondumine viib ensüümi konformatsiooni muutumiseni ja substraadi komplementaarsuse rikkumiseni. Mittekonkureerivad inhibiitorid võivad seonduda pöörduvalt nii vaba ensüümi kui ka ES kompleksiga. Olulisemad mittekonkureerivad inhibiitorid on elusrakus tekkivad vaheproduktid, mis võivad pöörduvalt seonduda teatud ensüümikohtadega (allosteeriliste keskustega) ja muuta nende aktiivsust, mis on üks ainevahetuse reguleerimise viise.

Pöördumatud inhibiitorid - need on ühendid, mis võivad spetsiifiliselt siduda aktiivse tsentri teatud funktsionaalselt olulisi rühmi, moodustades kovalentsed, tugevad sidemed ensüümiga. Samal ajal seostuvad nad pöördumatult, sageli kovalentselt ensüümi või ensüüm-substraadi kompleksiga ja muudavad pöördumatult natiivset konformatsiooni. Mõnede toksiliste ainete toime põhineb ensüümi aktiivsuse pärssimisel, näiteks arseeniühendid, Hg 2+, Pb 2+

Näide Diisopropüülfluorofosfaat inhibeerib ensüüme, mille aktiivses kohas on seriin. Selline ensüüm on atsetüülkoliinesteraas, mis katalüüsib järgmist reaktsiooni:

Reaktsioon toimub iga kord pärast seda närviimpulss enne teise impulsi edastamist sünapsi kaudu. Diisopropüülfluorofosfaat on üks toksilisi närvimõjureid, kuna see põhjustab neuronite võimet juhtida närviimpulsse.

Näide. Aspiriini kui palaviku- ja põletikuvastase ainena terapeutilist toimet seletatakse sellega, et aspiriin inhibeerib üht ensüümi, mis katalüüsib prostaglandiinide (PG) sünteesi. Prostaglandiinid on ained, mis osalevad põletiku tekkes. Inhibeerimine on tingitud ensüümi ühe aminorühma - prostaglandiini süntetaasi - kovalentsest modifikatsioonist.

Orenburg - 2010

1.1 Pöörduv inhibeerimine

1.1.2 Mittekonkureeriv pärssimine

1.1.3 Konkurentsivõimetu pärssimine

1.2 Pöördumatu pärssimine

1.3 Allosteeriline inhibeerimine

2. Uut sorti ensümaatilise aktiivsuse pärssimine

3. Ensüümi inhibiitorite kasutamine

KOKKUVÕTE

Kasutatud kirjanduse loetelu

1. Ensüümi inhibiitorid. Ensüümide aktiivsuse pärssimise tüübid

On teada, et ensüümide aktiivsust saab erinevate mõjutustega suhteliselt lihtsalt vähendada. Sellist ensümaatiliste reaktsioonide kiiruse vähenemist nimetatakse tavaliselt aktiivsuse pärssimiseks või ensüümi inhibeerimiseks.

Joonis 1. Ensüümi toime aktiveerimise ja inhibeerimise skeem (vastavalt Yu. B. Filippovitšile): a. on ensüümi allosteeriline keskus; K - katalüütiline keskus; c - substraadi keskus

Ensüümid on vastavalt valgud, nende aktiivsust saab vähendada või täielikult kõrvaldada valkude denaturatsiooni (kuumutamine, toime kontsentreeritud happed, leelised, raskmetallide soolad jne) See ensüümi aktiivsuse mittespetsiifiline pärssimine, mis on oluline ensümaatiliste reaktsioonide uurimisel, ei paku nende mehhanismi uurimisel erilist huvi. Palju suurem tähtsus on inhibeerimise uurimine ainete abil, mis spetsiifiliselt ja tavaliselt väikestes kogustes interakteeruvad ensüümidega - ensüümi inhibiitoritega. Paljude bioloogiliste protsesside, nagu glükolüüs, Krebsi tsükkel ja teised, mehhanismide dešifreerimine sai võimalikuks ainult erinevate ensüümide spetsiifiliste inhibiitorite kasutamise tulemusena (N.E. Kucherenko, Yu.D. Babenyuk et al., 1988).

Mõned ensüümi inhibiitorid on tõhusad ravimid loomadele ja inimestele, teised on surmavad mürgid (V.P. Komov, V.N. Shvedova, 2004).

Inhibiitorid interakteeruvad ensüümmolekuli aktiivsete keskustega, inaktiveerides valkude funktsionaalrühmi. Nad võivad suhelda metallidega, mis on osa ensüümi molekulidest ja ensüüm-substraadi kompleksidest, inaktiveerides neid. Inhibiitorite kõrge kontsentratsioon hävitab ensüümmolekuli kvaternaarsed, tertsiaarsed ja sekundaarsed struktuurid, põhjustades selle denaturatsiooni (A.I. Kononsky, 1992).

Hiljuti avastatud antiensüümid (antiensüümid või antiensüümid), mis on valgud, mis toimivad ensüümide inhibiitoritena. Sellised ained hõlmavad näiteks sojaubades leiduvat trüpsiini inhibiitorit ja seerumi antitrüpsiini. Loomade maksast avastati hiljuti antiensüümi ornitiindekarboksülaas. Antisüümid moodustavad suure tõenäosusega raskesti dissotsieeruvaid komplekse vastavate ensüümidega, jättes need keemilistest reaktsioonidest välja. Mõnikord on inhibiitor ensüümi prekursori lahutamatu osa või osa keerukatest ensüümide kompleksidest. Siiski ei ole veel selgitatud, kas sellised antiensüümid on tõelised inhibiitorid või regulatoorsed subühikud.

Kui inhibiitor põhjustab püsivaid muutusi ensüümi molekuli ruumilises tertsiaarses struktuuris või ensüümi funktsionaalrühmade modifikatsiooni, nimetatakse seda tüüpi inhibeerimist pöördumatuks. Sagedamini esineb aga pöörduv inhibeerimine, mida saab kvantitatiivselt uurida Michaelis-Menteni võrrandi alusel. Pöörduv pärssimine jaguneb omakorda konkureerivaks ja mittekonkureerivaks.

Praktikas ei ole paljudel inhibiitoritel omadusi, mis on iseloomulikud puhtalt konkureerivale või mittekonkureerivale inhibeerimisele. Teine viis inhibiitorite klassifitseerimiseks põhineb nende seondumiskoha olemusel. Mõned neist seonduvad ensüümiga substraadiga samas kohas (katalüütilises keskuses), teised aga aktiivsest keskusest märkimisväärsel kaugusel (allosteerilises keskuses) (R. Murray, D. Grenner et al., 1993).

1.1 Pöörduv inhibeerimine

Pöörduvat ensüümi inhibeerimist on kolme tüüpi: konkureeriv, mittekonkureeriv ja mittekonkureeriv, olenevalt sellest, kas ensümaatilise reaktsiooni inhibeerimist on võimalik ületada substraadi kontsentratsiooni suurendamise teel või mitte.

1.1.1 Konkurentsi pärssimine

Konkureeriv inhibiitor konkureerib substraadiga aktiivse saidiga seondumise pärast, kuid erinevalt substraadist ei muutu ensüümiga seotud konkureeriv inhibiitor ensümaatiliseks. Konkurentsi inhibeerimise eripäraks on see, et seda saab kõrvaldada või nõrgendada, lihtsalt suurendades substraadi kontsentratsiooni. Näiteks kui ensüümi aktiivsus on substraadi ja konkureeriva inhibiitori antud kontsentratsioonidel alla surutud 50%, siis saame inhibeerimise astet vähendada substraadi kontsentratsiooni suurendamisega.

Oma kolmemõõtmelise struktuuri poolest sarnanevad konkureerivad inhibiitorid tavaliselt antud ensüümi substraadiga. Selle sarnasuse tõttu on konkureeriv inhibiitor võimeline ensüümi "petma" ja sellega seonduma. Konkurentsi inhibeerimist saab kvantitatiivselt uurida Michaelis-Menteni teooria põhjal. Konkureeriv inhibiitor I seostub lihtsalt pöörduvalt ensüümiga E, moodustades sellega kompleksi.

Konkurentsivõimelist inhibeerimist saab kõige kergemini ära tunda eksperimentaalselt, määrates inhibiitori kontsentratsiooni mõju esialgse reaktsioonikiiruse sõltuvusele substraadi kontsentratsioonist. Küsimuse selgitamiseks, millist tüüpi - konkureeriv või mittekonkureeriv - ensüümi pöörduv inhibeerimine toimub, kasutatakse topeltpöördumiste meetodit. Topeltpöördkoordinaatides konstrueeritud graafikutelt saab määrata ka ensüümi-inhibiitori kompleksi dissotsiatsioonikonstandi väärtuse (vt joonis 1) (A. Lehninger, 1985)

Konkurentsi inhibeerimist võivad põhjustada ained, mille struktuur sarnaneb substraadi struktuuriga, kuid erineb veidi tegeliku substraadi struktuurist. Selline inhibeerimine põhineb inhibiitori seondumisel substraati siduva (aktiivse) saidiga (vt joonis 2).

Riis. 2. Üldine põhimõte konkurentsi pärssimine (skeem vastavalt V. L. Kretovitšile). E - ensüüm; S - substraat; R1 ja R2 - reaktsioonisaadused; I - inhibiitor.

Näiteks on maloonhappe mõju suktsinaatdehüdrogenaasi poolt katalüüsitud reaktsioonile, mis on seotud transformatsiooniga merevaikhape fumaari keeles. Maloonhappe lisamine reaktsioonisegule vähendab või peatab täielikult ensümaatilise reaktsiooni, kuna see on suktsinaatdehüdrogenaasi konkureeriv inhibiitor. Maloonhappe sarnasus merevaikhappega on piisav kompleksi moodustamiseks ensüümiga, kuid selle kompleksi lagunemist ei toimu. Merevaikhappe kontsentratsiooni suurenemisega tõrjub see kompleksist välja maloonhappe, mille tulemusena taastub suktsinaatdehüdrogenaasi aktiivsus.

Riis. 3. Merevaikhappe fumaarhappeks muutumise konkureeriv inhibeerimine maloonhappe toimel.

Substraadi (suktsinaadi) ja inhibiitori (malonaat) struktuurid on mõnevõrra erinevad. Seetõttu konkureerivad nad aktiivse saidiga seondumise pärast ja inhibeerimise aste määratakse malonaadi ja suktsinaadi kontsentratsioonide suhte, mitte inhibiitori absoluutse kontsentratsiooni järgi. Seega võib inhibiitor ensüümiga pöörduvalt seonduda, moodustades ensüümi-inhibiitori kompleksi. Seda tüüpi inhibeerimist nimetatakse mõnikord metaboolse antagonismi inhibeerimiseks (vt joonis 3).

IN üldine vorm Inhibiitori ja ensüümi interaktsiooni reaktsiooni saab esitada järgmise võrrandiga:

Saadud kompleks, mida nimetatakse ensüümi-inhibiitori kompleksiks EI, erinevalt ensüümi-substraadi kompleksist ES ei lagune reaktsiooniproduktide moodustumisel.

Paljud ravimained inhibeerivad inimeste ja loomade ensüüme konkureerides. Näiteks et sulfaravimeid kasutatakse teatud bakterite põhjustatud nakkushaiguste raviks. Selgus, et neil ravimitel on struktuurne sarnasus para-aminobensoehappega, mida bakterirakk kasutab sünteesimiseks. foolhape, mis on lahutamatu osa bakteriaalsed ensüümid. Selle struktuurilise sarnasuse tõttu blokeerib sulfaniilamiid ensüümi toimet, tõrjudes para-aminobensoehappe kompleksist välja foolhapet sünteesiva ensüümiga, mis põhjustab bakterite kasvu pärssimist.

peptidoglükaani struktuuri raku sein bakterite hulka kuulus D-alaniin, mida loomade ja inimeste kehas ei leidu. Rakuseina sünteesimiseks kasutavad bakterid ensüümi alaniin-ratsemaas, et muuta loomne L-alaniin D-vormiks. Alaniinratsemaas on iseloomulik bakteritele ja seda pole imetajatel leitud. Seetõttu on see hea sihtmärk ravimite inhibeerimiseks. Metüülrühma ühe prootoni asendamine fluoriga annab fluoroalaniini, millega seondub alaniin-ratsemaas, mis viib selle inhibeerimiseni.

Ensüümide inhibeerimine

Ravimid pärsivad sageli ensüümide aktiivsust

Kovalentne (keemiline) modifikatsioon

Proteiinkinaasi A aktiveerimine cAMP poolt

Kovalentne modifikatsioon seisneb teatud rühma pöörduvas lisamises või elimineerimises, mille tõttu ensüümi aktiivsus muutub. Enamasti on selliseks rühmaks fosforhape, harvemini metüül- ja atsetüülrühmad. Ensüümi fosforüülimine toimub seriini ja türosiini jääkide juures. Fosforhappe lisamine valkudele toimub ensüümide abil. proteiinkinaasid, poolitamine - valgu fosfataas.

Ensüümide aktiivsuse muutus
fosforüülimise-defosforüülimise käigus

Ensüümid võivad olla aktiivsed nii fosforüülitud kui ka defosforüülitud olekus.. Näiteks ensüümid glükogeeni fosforülaas ja glükogeeni süntaas fosforüülitakse, kui keha vajab glükoosi, samal ajal kui glükogeeni fosforülaas muutub aktiivne ja alustab glükogeeni ja glükogeeni süntaasi lagunemist mitteaktiivne. Kui on vaja glükogeeni sünteesi, defosforüülitakse mõlemad ensüümid, süntaas muutub aktiivseks ja fosforülaas muutub inaktiivseks.

Metaboolsete ensüümide aktiivsuse sõltuvus
glükogeen fosforhappe olemasolust struktuuris

Meditsiinis arendatakse ja kasutatakse aktiivselt ühendeid, mis muudavad ensüümide aktiivsust, et reguleerida ainevahetusreaktsioonide kiirust ja vähendada teatud ainete sünteesi organismis.

Ensüümi aktiivsuse pärssimist nimetatakse tavaliselt pärssimine aga see ei ole alati õige. Inhibiitor nimetatakse ainet, mis põhjustab ensüümi aktiivsuse spetsiifilist langust. Seega anorgaanilised happed ja raskmetallid ei ole inhibiitorid, vaid on inaktivaatorid, kuna need vähendavad mis tahes ensüümide aktiivsust, st. tegutseda mittespetsiifilised.

Inhibeerimisel on kaks peamist suunda

Vastavalt ensüümi inhibiitoriga seondumise tugevusele võib inhibeerimine olla pööratav Ja pöördumatu.

Seoses inhibiitoriga ensüümi aktiivse saidi suhtes jaguneb inhibeerimine järgmisteks osadeks: konkurentsivõimeline Ja mittekonkurentsivõimeline.

Pöördumatu inhibeerimisega toimub ensüümi funktsionaalsete rühmade seondumine või hävitamine, mis on vajalikud selle aktiivsuse avaldumiseks.

Näiteks aine diisopropüülfluorofosfaat seostub tugevalt ja pöördumatult seriini hüdroksürühmaga ensüümi aktiivses kohas atsetüülkoliinesteraas atsetüülkoliini hüdrolüüsimine närvisünapsides. Selle ensüümi inhibeerimine takistab atsetüülkoliini lagunemist sünaptilises pilus, mille tulemusena jätkab vahendaja toimet oma retseptoritele, mis suurendab kontrollimatult kolinergilist regulatsiooni. Võitlus toimib samamoodi. orgaanilised fosfaadid(sariin, somaan) ja insektitsiidid(karbofoss, diklorofoss).

1. Termini all "pidurdamine ensüümi aktiivsus" mõistab teatud kemikaalide põhjustatud katalüütilise aktiivsuse spetsiifilist vähenemist. inhibiitorid.

Inhibiitorid pakuvad suurt huvi ensümaatilise katalüüsi mehhanismide selgitamisel, aidates kindlaks teha üksikute ensümaatiliste reaktsioonide rolli keha metaboolsetes radades. Paljude ravimite ja mürkide toime põhineb ensümaatilise aktiivsuse pärssimise põhimõttel.

2. Inhibiitorid on võimelised seonduma erineva tugevusega ensüümidega. Selle põhjal erista pööratav Ja pöördumatu pärssimine. Pöörduvad inhibiitorid seostuvad ensüümiga nõrkade mittekovalentsete sidemetega ja on teatud tingimustel ensüümist kergesti eraldatavad:

E+I↔ E.I.

pöördumatu pärssimine mida täheldatakse kovalentsete stabiilsete sidemete moodustumisel inhibiitormolekuli ja ensüümi vahel:

E+I→ E-I.

3. Toimemehhanismi järgi jagunevad pöörduvad inhibiitorid konkurentsivõimeline Ja mittekonkurentsivõimeline.

Konkurentsivõimeline inhibeerimine põhjustab ensümaatilise reaktsiooni kiiruse pöörduvat langust, mis on tingitud inhibiitori seondumisest ensüümi aktiivse saidiga, mis takistab ensüümi-substraadi kompleksi moodustumist. Seda tüüpi inhibeerimine toimub siis, kui inhibiitor on substraadi struktuurne analoog; selle tulemusena tekib substraadi ja inhibiitormolekulide vahel konkurents ensüümi aktiivse saidiga seondumise pärast. Sel juhul interakteerub substraat või inhibiitor ensüümiga, moodustades ensüümi-substraadi (ES) või ensüümi-inhibiitori (EI) kompleksid. Ensüümi ja inhibiitori (EI) kompleksi moodustumisel reaktsiooniprodukti ei moodustu (joonis 2.19).

Riis. 2.19. Ensüümide aktiivsuse konkureeriva inhibeerimise skeem

Konkureeriva inhibeerimise puhul kehtivad järgmised võrrandid:

E+S↔ES→E+P; E+I↔ EI.

Konkurentsi inhibeerimise eripäraks on selle nõrgenemise võimalus substraadi kontsentratsiooni suurenemisega, kuna pöörduv inhibiitor ei muuda ensüümi struktuuri. Seetõttu ei erine reaktsioonikiirus suurte substraadikontsentratsioonide korral inhibiitori puudumisel toimuvast; konkureeriv inhibiitor ei muuda V max , vaid suurendab K m .

Konkurentsi inhibeerimise klassikaline näide on suktsinaatdehüdrogenaasi reaktsiooni pärssimine maloonhappega (joonis 2.20). Malonaat on suktsinaadi struktuurne analoog (kahe karboksüülrühma olemasolu) ja võib suhelda ka suktsinaatdehüdrogenaasi aktiivse saidiga. Kahe vesinikuaatomi ülekandmine maloonhappest FAD-proteesirühma ei ole aga võimalik ja seetõttu väheneb reaktsioonikiirus.

Riis. 2.20. Näide suktsinaatdehüdrogenaasi konkureerivast pärssimisest maloonhappega:

A - suktsinaat seondub ensüümi suktsinaatdehüdrogenaasi aktiivse saidiga ioonsed sidemed; B - ensümaatilise reaktsiooni käigus lõhustatakse suktsinaadist kaks vesinikuaatomit, lisades need FAD koensüümile. Selle tulemusena moodustub fumaraat, mis eemaldatakse suktsinaatdehüdrogenaasi aktiivsest saidist; B - malonaat on suktsinaadi struktuurne analoog, see seostub ka suktsinaatdehüdrogenaasi aktiivse saidiga, kuid keemiline reaktsioon ei lähe

4. Paljud ravimid avaldavad oma ravitoimet konkureeriva inhibeerimise mehhanismi kaudu. Näiteks katalüüsib atsetüülkoliini hüdrolüüsi reaktsiooni koliiniks ja äädikhappeks ensüüm atsetüülkoliinesteraas (AChE) (joonis 2.21) ja seda saab inhibeerida selle ensüümi konkureerivate inhibiitorite juuresolekul (näiteks prozeriin, endrofoonium jne) (joonis 2.22). Selliste inhibiitorite lisamisel atsetüülkoliinesteraasi aktiivsus väheneb, atsetüülkoliini (substraadi) kontsentratsioon suureneb, millega kaasneb närviimpulsi juhtivuse suurenemine. Konkureerivaid atsetüülkoliinesteraasi inhibiitoreid kasutatakse lihasdüstroofiate ravis, samuti liikumishäired pärast vigastusi, halvatust, poliomüeliiti.

Riis. 2.21. Atsetüülkoliini hüdrolüüsi reaktsioon AChE toimel

Riis. 2.22. Seondumine konkureerivate inhibiitorite AChE aktiivses kohas

A - substraadi (atsetüülkoliini) lisamine ensüümi aktiivsele saidile.

Nool näitab atsetüülkoliini hüdrolüüsi kohta; B - proseriini konkureeriva inhibiitori kinnitumine ensüümi aktiivsesse keskusesse. Reaktsioon ei lähe; B - endrofooniumi konkureeriva inhibiitori kinnitumine ensüümi aktiivse saidiga. Inhibiitorite kinnitumine AChE aktiivse saidiga takistab atsetüülkoliini kinnitumist

Teine näide ravimitest, mille toimemehhanism põhineb ensüümi konkureerival inhibeerimisel, on proteolüütilise ensüümi trüpsiini peptiid-inhibiitorite kasutamine kõhunäärmehaiguste (äge pankreatiit, nekroos) korral, näiteks aprotiniin, trasülool, kontrikaal. Need ravimid inhibeerivad trüpsiini, mis vabaneb ümbritsevatesse kudedesse ja verre, ning hoiavad seeläbi ära soovimatud autolüütilised sündmused kõhunäärmehaiguste korral.

5. Mõnel juhul võivad nad kasutada konkureerivaid inhibiitoreid, mis interakteeruvad ensüümi aktiivse saidiga pseudosubstraadid(antimetaboliidid), mis viib ebakorrapärase struktuuriga toote sünteesini. Saadud ainetel puudub “vajalik” struktuur ja seetõttu puudub neil funktsionaalne aktiivsus. Sellistele raviained sisaldab sulfa ravimeid.

6. Mittekonkureeriv pöörduv on ensümaatilise reaktsiooni pärssimine, mille puhul inhibiitor interakteerub ensüümiga muus kohas kui aktiivne sait. Mittekonkureerivad inhibiitorid ei ole substraadi struktuursed analoogid; mittekonkureeriva inhibiitori kinnitumine ensüümile muudab aktiivse saidi konformatsiooni ja vähendab ensümaatilise reaktsiooni kiirust, s.t. vähendab ensümaatilist aktiivsust. Mittekonkureeriva inhibiitori näiteks võib olla raskmetalliioonide toime, mis interakteeruvad ensüümmolekuli funktsionaalrühmadega, takistades katalüüsi.

7. Pöördumatud inhibiitorid vähendada ensümaatilist aktiivsust ensüümi molekuliga kovalentsete sidemete moodustumise tulemusena. Kõige sagedamini muutub ensüümi aktiivne sait. Selle tulemusena ei saa ensüüm täita oma katalüütilist funktsiooni.

Ensüümide toimemehhanismi selgitamiseks pakub suuremat huvi pöördumatute inhibiitorite kasutamine. Oluline teave ensüümi aktiivse tsentri struktuuri annavad ühendid, mis blokeerivad teatud aktiivtsentri rühmi. Selliseid inhibiitoreid nimetatakse spetsiifiline. Spetsiifilised inhibiitorid hõlmavad diisopropüülfluorofosfaat (DFF). DFF vormid kovalentne side seriini OH rühmaga, mis sisaldub ensüümi aktiivses keskuses ja osaleb otseselt katalüüsis, seetõttu liigitatakse DPP "seriini" ensüümide spetsiifiliseks pöördumatuks inhibiitoriks (joonis 2.23). DPP-d kasutatakse ensüümide aktiivse saidi struktuuri uurimiseks ensümoloogias.

Erinevalt spetsiifilistest inhibiitoritest mittespetsiifilised inhibiitorid moodustavad kovalentseid sidemeid ensüümi teatud rühmadega, mis asuvad mitte ainult aktiivses keskuses, vaid ka ensüümi molekuli mis tahes osas. Näiteks joodatsetaat (joonis 2.24) interakteerub valgu mis tahes SH-rühmaga. See interaktsioon muudab ensüümi molekuli konformatsiooni ja vastavalt ka aktiivse tsentri konformatsiooni ning vähendab katalüütilist aktiivsust.

Riis. 2.23. Kümotrüpsiini aktiivsuse spetsiifiline inhibeerimine DPP poolt

Riis. 2.24. Ensüümide aktiivsuse mittespetsiifiline pärssimine joodatsetaadiga.

Mittespetsiifiline inhibeerimine toimub tsüsteiini SH rühmade kovalentse modifitseerimise tõttu joodatsetaadi molekulide poolt

8. Näide ravimtoode, mille toime on seotud ensüümide pöördumatu inhibeerimisega, on laialdaselt kasutatav aspiriin. Selle põletikuvastase mittesteroidse ravimi toime põhineb tsüklooksügenaasi ensüümi inhibeerimisel, mis katalüüsib arahhidoonhappest prostaglandiinide moodustumist. Selle tulemusena seotakse aspiriini atsetüüljääk ühe tsüklooksügenaasi subühiku seriini vaba terminaalse OH-rühmaga (joonis 2.25). See blokeerib prostaglandiinide moodustumist (vt moodul 8), millel on lai valik bioloogilisi funktsioone, sealhulgas põletiku vahendajad. Seetõttu on aspiriin klassifitseeritud põletikuvastaseks ravimiks. Inhibeeritud ensüümi molekulid hävivad, prostaglandiinide süntees taastub alles pärast uute ensüümi molekulide sünteesi.

Riis. 2.25. Tsüklooksügenaasi inaktiveerimise mehhanism pöördumatu inhibiitori - aspiriini poolt

INHIBIITSIOONIDE LIIGID

A. KONKURENTSIVÕIME A. KONKREETSED

B. MITTEKONKURENTSIVÕIME B. MITTESPETSIIFILISED

pöörduv inhibeerimine. Enamik inhibiitoreid toimivad pöörduvalt, moodustades mittekovalentsed sidemed ensüümiga ja teatud tingimustel dissotsieeruvad ensüümi aktiivsuse taastamisega.

konkurentsi pärssimine. Inhibiitor on sarnane ensüümi substraadiga oma struktuuris ja konkureerib substraadiga aktiivse keskuse pärast ( asub ensüümi aktiivsel saidil), mis viib substraadi seondumise vähenemiseni ensüümiga ja katalüüsi katkemiseni. See on konkurentsi pärssimise tunnus - võime tugevdada või nõrgendada inhibeerimist substraadi kontsentratsiooni muutmise kaudu.

Konkureeriva inhibeerimise puhul kehtivad järgmised võrrandid:

E + S ⇔ ES → E + P,

1. Konkurentsivõimeline suhtlus etanool Ja metanool aktiivse keskuse jaoks alkoholdehüdrogenaas.

2. Inhibeerimine suktsinaatdehüdrogenaas maloonhape, mille struktuur on sarnane selle ensüümi substraadi - merevaikhappe (suktsinaadi) - struktuuriga.

Suktsinaat + FAD ----------- Fumaraat + FADH 2

3. Konkureerivateks inhibiitoriteks klassifitseeritakse ka antimetaboliidid või pseudosubstraadid, näiteks antibakteriaalsed ained. sulfoonamiidid, mis on struktuurilt sarnane P-aminobensoehape, foolhappe komponent. Sulfoonamiididega ravi ajal bakterirakk konkurentsiga häiritud kasutamine P-aminobensoehape sünteesiks foolhape, mis põhjustab ravitoimet.

Sulfoonamiidide struktuuri sarnasus
ja para-aminobensoehape, vitamiini B9 komponent

Erinevate substraadikontsentratsioonide mõju ensüümide 1 ja 2 poolt katalüüsitud reaktsiooni kiirusele (inhibiitori juuresolekul): a) V hüperboolne sõltuvus [S]-st, b) otsene sõltuvus pöördkoordinaatides 1/V 1/ [S] – Lineweaver-Burk.

Konkureerivad inhibiitorid vähendavad määra keemiline reaktsioon. Konkureeriv inhibiitor tõstab antud substraadi K m (vähendab substraadi afiinsust ensüümi suhtes). See tähendab, et konkureeriva inhibiitori juuresolekul vajalik kõrge substraadi kontsentratsioon kuni 1/2 V max . Substraadi ja inhibiitori kontsentratsiooni suhte suurendamine vähendab inhibeerimise astet. Oluliselt kõrgemate substraadikontsentratsioonide korral kaob inhibeerimine täielikult., sest kõigi ensüümmolekulide aktiivsed keskused on valdavalt substraadiga kompleksis.

mittekonkureeriv pärssimine. Inhibiitor ei oma struktuurne sarnasus substraadiga ja ei liitu aktiivses keskuses, ja mujal molekulis samaaegselt substraadiga. Moodustub kolmekordne kompleks: substraat - ensüüm - inhibiitor. See toob kaasa aktiivse saidi deformatsiooni ja katalüütilise aktiivsuse. Näiteks, vesiniktsüaniidhape (tsüaniidid) seondub hingamisahela ensüümide heemi rauaga ja blokeerib rakuhingamise.

Mittekonkureeriva inhibeerimise kineetiline sõltuvus: mida iseloomustab ensümaatilise reaktsiooni V max vähenemine ja substraadi afiinsuse vähenemine ensüümi suhtes, s.o. K m suurenemine.

Mittekonkureeriv inhibeerimine kahekordsetes vastastikustes koordinaatides erinevatel inhibiitori kontsentratsioonidel (1 - [I]=0; 2 - [I]>0; 3 - [I]> [I]2).

Mittekonkureeriva inhibeerimise korral Michaelise konstant ei muutu ja maksimaalne reaktsioonikiirus väheneb (1 + [ I]/K i) üks kord. Seetõttu lõikub kahekordsete vastastikuste koordinaatide korral erinevatele vastavate sirgjoonte perekond abstsisstelje ühes punktis. Pöördumatut inhibeerimist täheldatakse kovalentsete stabiilsete sidemete moodustumisel inhibiitormolekuli ja ensüümi vahel. Kõige sagedamini toimub ensüümi aktiivne kese modifikatsioon, mistõttu ensüüm ei saa täita katalüütilist funktsiooni.

Pöördumatute inhibiitorite hulka kuuluvad ioonid raskemetallid, nagu elavhõbe (Hg 2+), hõbe (Ag +) ja arseen (As 3+), mis blokeerivad madalal kontsentratsioonil aktiivse tsentri sulfhüdrüülrühmi. Sel juhul ei saa substraat läbida keemilist transformatsiooni (joonis 2-26). Reaktivaatorite juuresolekul taastatakse ensümaatiline funktsioon. Raskmetallide ioonid põhjustavad suurtes kontsentratsioonides ensüümi valgumolekuli denaturatsiooni, s.t. viia ensüümi täieliku inaktiveerimiseni.

1. Spetsiifiline ja mittespetsiifiline
inhibiitorid

Pöördumatute inhibiitorite kasutamine pakub suurt huvi

konkurentsitu pärssimine. Konkurentsivõimetu pärssimisega inhibiitor seondub ainult ensüüm-substraadi kompleksiga kuid mitte vaba ensüümiga. Ensüümiga seonduv substraat muudab selle konformatsiooni, mis võimaldab seonduda inhibiitoriga. Inhibiitor muudab ensüümi konformatsiooni nii et katalüüs muutub võimatuks. Iseloomulik on, et V ja Km muutuvad samas ulatuses.

Substraadi inhibeerimine- konkurentsitu pärssimise erijuhtum, kui ensüümiga seonduvad kaks substraadi molekuli, mis takistab toote moodustumist.

Allosteeriline inhibeerimine: inhibiitorid seonduvad ensüümi eraldi osadega väljaspool aktiivset keskust. See linkimine tähendab konformatsioonilised muutused ensüümi molekulis, mis viib selle aktiivsuse vähenemiseni. Allosteeriline toime ilmneb peaaegu eranditult oligomeersete ensüümide puhul. Selliste süsteemide kineetikat ei saa kirjeldada lihtsa Michaelis-Menteni mudeli abil.

pöördumatu pärssimine täheldatud moodustumise korral kovalentsed stabiilsed sidemed inhibiitormolekuli ja ensüümi vahel. Kõige sagedamini muutub selle tulemusena ensüümi aktiivne sait ensüüm ei saa täita katalüütilist funktsiooni.

Pöördumatute inhibiitorite hulka kuuluvad raskemetallide ioonid, nagu elavhõbe (Hg 2+), hõbe (Ag +) ja arseen (As 3+), mis blokeerivad madalas kontsentratsioonis aktiivse tsentri sulfhüdrüülrühmi. Sel juhul ei saa substraat keemiliselt muutuda. Reaktivaatorite juuresolekul taastatakse ensümaatiline funktsioon. Raskmetallide ioonid põhjustavad suurtes kontsentratsioonides ensüümi valgumolekuli denaturatsiooni, s.t. viia ensüümi täieliku inaktiveerimiseni.

Spetsiifilised ja mittespetsiifilised inhibiitorid

Pöördumatute inhibiitorite kasutamine pakub suurt huvi ensüümi toimemehhanismi selgitamiseks. Selleks rakendage ained, mis blokeerivad ensüümide aktiivse keskuse teatud rühmi. Selliseid inhibiitoreid nimetatakse spetsiifiline. Paljud ühendid reageerivad kergesti teatud keemiliste rühmadega. Kui need rühmad osalevad katalüüsis, toimub ensüümi täielik inaktiveerimine. Diisopropüülfluorofosfaat (DFF) klassifitseeritakse "seriini" ensüümide spetsiifilisteks pöördumatuteks inhibiitoriteks, kuna see moodustab kovalentse sideme seriini hüdroksüülrühmaga, mis asub aktiivses keskuses ja mängib katalüüsiprotsessis võtmerolli.

Joodatsetaat, p-kloroelavhõbebensoaat reageerib kergesti valgu tsüsteiinijääkide SH-rühmadega. Neid inhibiitoreid ei klassifitseerita spetsiifilisteks, kuna nad reageerivad mis tahes vabade valkude SH-rühmadega ja neid nimetatakse mittespetsiifilisteks inhibiitoriteks. Kui SH rühmad on otseselt seotud katalüüsiga, siis nende inhibiitorite abil näib olevat võimalik paljastada ensüümi SH rühmade roll katalüüsis.

Laialdaselt kasutatav ravim on näide ravimist, mille toime põhineb pöördumatul ensüümi inhibeerimisel aspiriin. põletikuvastane mittesteroidne ravim aspiriin pakub farmakoloogiline toime inhibeerides ensüümi tsüklooksügenaasi, mis katalüüsib arahhidoonhappest prostaglandiinide moodustumist. Keemilise reaktsiooni tulemusena kinnitub aspiriini atsetüüljääk ühe tsüklooksügenaasi alaühiku vaba terminaalse NH2 rühma külge. See põhjustab prostaglandiinide reaktsiooniproduktide moodustumise vähenemist, millel on lai valik bioloogilisi funktsioone, sealhulgas põletiku vahendajad.

Peamised viisid ensüümide aktiivsuse reguleerimiseks:

• allosteeriline regulatsioon;
• reguleerimine valk-valk interaktsioonide kaudu;
• reguleerimine ensüümmolekuli fosforüülimise/defosforüülimise teel;
• reguleerimine osalise (piiratud) proteolüüsiga.