Pôsobenie enzýmov môže byť úplne alebo čiastočne potlačené (inhibované) určitými chemikálie- inhibítory (obr. 8).

Podľa povahy ich konania inhibítory rozdelené na reverzibilné a nezvratné. Toto rozdelenie je založené na sile väzby inhibítor-enzým.

Reverzibilné inhibítory sú zlúčeniny, ktoré nekovalentne interagujú s enzýmom a môžu sa od neho oddeliť.

konkurencieschopný. Kompetitívny inhibítor súťaží so substrátom o väzbu na väzbovom mieste substrátu aktívneho miesta a viaže sa na enzým podobným spôsobom ako substrát. Ale kompetitívny inhibítor spojený s enzýmom nepodlieha enzymatickej konverzii. Charakteristickým rysom konkurenčnej inhibície je, že môže byť oslabená alebo úplne eliminovaná, zvýšením koncentrácie substrátu. Mnohé lieky sú kompetitívne inhibítory enzýmov.

Príklad. Sulfa lieky používané na liečbu infekčných chorôb. Sulfónamidy sú štruktúrne analógy kyseliny para-aminobenzoovej, z ktorých sa v bunke mikroorganizmu syntetizuje koenzým (H 4 - folát), ktorý sa podieľa na biosyntéze nukleových báz. Porušenie syntézy nukleových kyselín vedie k smrti mikroorganizmov.

Reverzibilná inhibícia môže byť nesúťažný vo vzťahu k substrátu; v tomto prípade inhibítor nesúťaží so substrátom o rovnaké miesto v enzýme.

Nekompetitívny inhibítor sa môže viazať na enzým v prítomnosti aj v neprítomnosti substrátu, zvýšenie koncentrácie substrátu nebráni naviazaniu inhibítora (obr. 9). Nekompetitívny inhibítor v skutočnosti znižuje množstvo aktívneho enzýmu.

Väzba vedie k zmene konformácie enzýmu a narušeniu komplementarity so substrátom. Nekompetitívne inhibítory sa môžu reverzibilne viazať ako na voľný enzým, tak aj na ES komplex. Najvýznamnejšími nekompetitívnymi inhibítormi sú medziprodukty metabolizmu vznikajúce v živej bunke, ktoré sa môžu reverzibilne viazať na určité miesta enzýmov (alosterické centrá) a meniť ich aktivitu, čo je jeden zo spôsobov regulácie metabolizmu.

Ireverzibilné inhibítory - ide o zlúčeniny, ktoré sa môžu špecificky viazať na určité funkčne dôležité skupiny aktívneho centra, pričom sa tvoria kovalentné, silné väzby s enzýmom. Zároveň sa ireverzibilne, často kovalentne, viažu na enzým alebo komplex enzým-substrát a nevratne menia prirodzenú konformáciu. Pôsobenie niektorých toxických látok je založené na inhibícii aktivity enzýmov, napríklad zlúčeniny arzénu, Hg 2+, Pb 2+

Príklad Diizopropylfluórfosfát inhibuje enzýmy so serínom na aktívnom mieste. Takýmto enzýmom je acetylcholínesteráza, ktorá katalyzuje nasledujúcu reakciu:

Reakcia nastáva zakaždým potom nervový impulz predtým, ako sa cez synapsiu prenesie druhý impulz. Diizopropylfluórfosfát patrí medzi toxické nervové látky, pretože vedie k strate schopnosti neurónov viesť nervové vzruchy.

Príklad. Terapeutický účinok aspirínu ako antipyretika a protizápalového činidla sa vysvetľuje skutočnosťou, že aspirín inhibuje jeden z enzýmov, ktoré katalyzujú syntézu prostaglandínov (PG). Prostaglandíny sú látky, ktoré sa podieľajú na vzniku zápalu. Inhibícia je spôsobená kovalentnou modifikáciou jednej z aminoskupín enzýmu - prostaglandínsyntetázy.

Orenburg - 2010

1.1 Reverzibilná inhibícia

1.1.2 Nekompetitívna inhibícia

1.1.3 Nekonkurenčná inhibícia

1.2 Ireverzibilná inhibícia

1.3 Alosterická inhibícia

2. Nový druh inhibícia enzymatickej aktivity

3. Použitie inhibítorov enzýmov

ZÁVER

Zoznam použitej literatúry

1. Inhibítory enzýmov. Typy inhibície aktivity enzýmov

Je známe, že aktivita enzýmov sa dá pomerne ľahko znížiť rôznymi vplyvmi. Takéto zníženie rýchlosti enzymatických reakcií sa bežne nazýva inhibícia aktivity alebo inhibícia enzýmu.

Obrázok 1. Schéma aktivácie a inhibície pôsobenia enzýmu (podľa Yu. B. Filippovicha): a. je alosterickým centrom enzýmu; K - katalytické centrum; c - stred substrátu

Enzýmy sú bielkoviny, ich aktivitu je možné znížiť alebo úplne eliminovať vplyvmi vedúcimi k denaturácii bielkovín (zahrievanie, pôsobenie koncentrované kyseliny, alkálie, soli ťažkých kovov a pod.) Toto nešpecifické potlačenie aktivity enzýmov, ktoré je dôležité pri štúdiu enzymatických reakcií, nie je zvlášť zaujímavé pre štúdium ich mechanizmu. Oveľa väčší význam má štúdium inhibície pomocou látok, ktoré špecificky a zvyčajne v malých množstvách interagujú s enzýmami – enzýmovými inhibítormi. Dešifrovanie mechanizmov mnohých biologických procesov, ako je glykolýza, Krebsov cyklus a iné, bolo možné len vďaka použitiu špecifických inhibítorov rôznych enzýmov (N.E. Kucherenko, Yu.D. Babenyuk a kol., 1988).

Niektoré inhibítory enzýmov sú účinné lieky pre zvieratá a ľudí, iné sú smrteľné jedy (V.P. Komov, V.N. Shvedova, 2004).

Inhibítory interagujú s aktívnymi centrami molekuly enzýmu, čím inaktivujú funkčné skupiny proteínov. Môžu interagovať s kovmi, ktoré sú súčasťou molekúl enzýmov a komplexov enzým-substrát, čím ich inaktivujú. Vysoké koncentrácie inhibítorov ničia kvartérne, terciárne a sekundárne štruktúry molekuly enzýmu, čo spôsobuje jej denaturáciu (A.I. Kononsky, 1992).

Nedávno objavené antienzýmy (antienzýmy alebo antizýmy), čo sú proteíny, ktoré pôsobia ako inhibítory enzýmov. Medzi takéto látky patrí napríklad inhibítor trypsínu nachádzajúci sa v sójových bôboch a sérový antitrypsín. Antienzým ornitín dekarboxyláza bol nedávno objavený v pečeni zvierat. Antizýmy s najväčšou pravdepodobnosťou tvoria ťažko disociovateľné komplexy so zodpovedajúcimi enzýmami, čím sa vylučujú z chemických reakcií. Niekedy je inhibítor integrálnou súčasťou prekurzora enzýmu alebo je súčasťou komplexných komplexov enzýmov. Zatiaľ však nebolo objasnené, či sú takéto antienzýmy skutočnými inhibítormi alebo regulačnými podjednotkami.

Ak inhibítor spôsobuje pretrvávajúce zmeny v priestorovej terciárnej štruktúre molekuly enzýmu alebo modifikáciu funkčných skupín enzýmu, potom sa tento typ inhibície nazýva ireverzibilný. Častejšie však existuje reverzibilná inhibícia, ktorú možno kvantitatívne študovať na základe Michaelis-Mentenovej rovnice. Reverzibilná inhibícia sa zasa delí na kompetitívnu a nekompetitívnu.

V praxi mnohé inhibítory nevykazujú vlastnosti, ktoré sú charakteristické pre čisto kompetitívnu alebo čisto nekompetitívnu inhibíciu. Ďalší spôsob klasifikácie inhibítorov je založený na povahe ich väzbového miesta. Niektoré z nich sa viažu na enzým na rovnakom mieste ako substrát (v katalytickom centre), zatiaľ čo iné - v značnej vzdialenosti od aktívneho centra (v alosterickom centre) (R. Murray, D. Grenner et al., 1993).

1.1 Reverzibilná inhibícia

Existujú tri typy reverzibilnej inhibície enzýmov: kompetitívna, nekompetitívna a nekompetitívna, v závislosti od toho, či je alebo nie je možné prekonať inhibíciu enzymatickej reakcie zvýšením koncentrácie substrátu.

1.1.1 Konkurenčná inhibícia

Kompetitívny inhibítor súťaží so substrátom o väzbu na aktívne miesto, ale na rozdiel od substrátu kompetitívny inhibítor viazaný na enzým nepodlieha enzymatickej konverzii. Charakteristickým znakom kompetitívnej inhibície je, že ju možno eliminovať alebo oslabiť jednoduchým zvýšením koncentrácie substrátu. Napríklad, ak je aktivita enzýmu pri daných koncentráciách substrátu a kompetitívneho inhibítora potlačená o 50 %, potom môžeme znížiť stupeň inhibície zvýšením koncentrácie substrátu.

Vo svojej trojrozmernej štruktúre sa kompetitívne inhibítory zvyčajne podobajú substrátu daného enzýmu. Vďaka tejto podobnosti je kompetitívny inhibítor schopný „oklamať“ enzým a naviazať sa naň. Kompetitívnu inhibíciu možno kvantitatívne študovať na základe Michaelis-Mentenovej teórie. Konkurenčný inhibítor I sa jednoducho reverzibilne naviaže na enzým E a vytvorí s ním komplex.

Kompetitívnu inhibíciu možno najľahšie rozpoznať experimentálne stanovením účinku koncentrácie inhibítora na závislosti počiatočnej rýchlosti reakcie od koncentrácie substrátu. Na objasnenie otázky, k akému typu - kompetitívnemu alebo nekompetitívnemu - reverzibilnej inhibícii enzýmu dochádza, sa používa metóda dvojitých reciprokých. Z grafov zostrojených v dvojitých inverzných súradniciach možno určiť aj hodnotu disociačnej konštanty komplexu enzým-inhibítor (pozri obr. 1) (A. Lehninger, 1985)

Konkurenčnú inhibíciu môžu spôsobiť látky, ktoré majú štruktúru podobnú štruktúre substrátu, ale mierne odlišnú od štruktúry skutočného substrátu. Takáto inhibícia je založená na väzbe inhibítora na substrát viažuce (aktívne) miesto (pozri obr. 2).

Ryža. 2. Všeobecný princíp kompetitívna inhibícia (schéma podľa V.L. Kretoviča). E - enzým; S - substrát; R1 a R2 - reakčné produkty; I - inhibítor.

Príkladom je účinok kyseliny malónovej na reakciu katalyzovanú sukcinátdehydrogenázou a spojenú s transformáciou kyselina jantárová vo fumarickej. Pridanie kyseliny malónovej do reakčnej zmesi znižuje alebo úplne zastaví enzymatickú reakciu, pretože ide o kompetitívny inhibítor sukcinátdehydrogenázy. Podobnosť kyseliny malónovej s kyselinou jantárovou je dostatočná na vytvorenie komplexu s enzýmom, ale nedochádza k rozkladu tohto komplexu. So zvýšením koncentrácie kyseliny jantárovej vytesňuje kyselinu malónovú z komplexu, v dôsledku čoho sa obnoví aktivita sukcinátdehydrogenázy.

Ryža. 3. Kompetitívna inhibícia premeny kyseliny jantárovej na kyselinu fumarovú pôsobením kyseliny malónovej.

Štruktúry substrátu (sukcinát) a inhibítora (malonát) sú trochu odlišné. Preto súťažia o väzbu na aktívne miesto a stupeň inhibície bude určený pomerom koncentrácií malonátu a sukcinátu, a nie absolútnou koncentráciou inhibítora. Inhibítor sa teda môže reverzibilne viazať na enzým a vytvárať komplex enzým-inhibítor. Tento typ inhibície sa niekedy označuje ako inhibícia metabolického antagonizmu (pozri obrázok 3).

IN všeobecná forma Interakčnú reakciu inhibítora s enzýmom možno znázorniť nasledujúcou rovnicou:

Výsledný komplex, nazývaný komplex enzým-inhibítor EI, sa na rozdiel od komplexu enzým-substrát ES nerozkladá za tvorby reakčných produktov.

Mnohé liečivé látky inhibujú ľudské a zvieracie enzýmy konkurenčným spôsobom. Napríklad, že sulfátové lieky sa používajú na liečbu určitých infekčných ochorení spôsobených baktériami. Ukázalo sa, že tieto lieky majú štrukturálnu podobnosť s kyselinou para-aminobenzoovou, ktorú bakteriálna bunka používa na syntézu kyselina listová, ktorý je neoddeliteľnou súčasťou bakteriálne enzýmy. Vďaka tejto štruktúrnej podobnosti sulfanilamid blokuje pôsobenie enzýmu vytesnením kyseliny para-aminobenzoovej z komplexu s enzýmom, ktorý syntetizuje kyselinu listovú, čo vedie k inhibícii rastu baktérií.

do peptidoglykánovej štruktúry bunková stena baktérie zahŕňali D-alanín, ktorý chýba v tele zvierat a ľudí. Na syntézu bunkovej steny baktérie používajú enzým alanín-racemáza na premenu živočíšneho L-alanínu na D-formu. Alanín racemáza je charakteristická pre baktérie a nebola nájdená u cicavcov. Preto je dobrým cieľom pre inhibíciu liekov. Nahradením jedného z protónov metylovej skupiny za fluór vzniká fluóralanín, na ktorý sa viaže alanín-racemáza, čo vedie k jeho inhibícii.

Inhibícia enzýmov

Lieky často inhibujú aktivitu enzýmov

Kovalentná (chemická) modifikácia

Aktivácia proteínkinázy A pomocou cAMP

Kovalentná modifikácia spočíva v reverzibilnej adícii alebo eliminácii určitej skupiny, vďaka čomu sa mení aktivita enzýmu. Najčastejšie je takouto skupinou kyselina fosforečná, menej často metylové a acetylové skupiny. K fosforylácii enzýmu dochádza na zvyškoch serínu a tyrozínu. Pridanie kyseliny fosforečnej k proteínu sa uskutočňuje pomocou enzýmov. proteínkinázy, rozdelenie - proteín fosfatáza.

Zmena aktivity enzýmov
počas fosforylácie-defosforylácie

Enzýmy môžu byť aktívne buď vo fosforylovanom alebo defosforylovanom stave.. Napríklad enzýmy glykogénfosforyláza a glykogénsyntáza sú fosforylované, keď telo potrebuje glukózu, zatiaľ čo glykogénfosforyláza sa stáva aktívny a začína rozklad glykogénu a glykogénsyntázy neaktívne. Keď je potrebná syntéza glykogénu, oba enzýmy sú defosforylované, syntáza sa stáva aktívnou a fosforyláza sa stáva neaktívnou.

Závislosť aktivity metabolických enzýmov
glykogén z prítomnosti kyseliny fosforečnej v štruktúre

V medicíne sa aktívne vyvíjajú a používajú zlúčeniny, ktoré menia aktivitu enzýmov s cieľom regulovať rýchlosť metabolických reakcií a znižovať syntézu určitých látok v tele.

Inhibícia aktivity enzýmu sa bežne označuje ako inhibícia to však nie je vždy správne. Inhibítor látka, ktorá spôsobuje špecifické zníženie aktivity enzýmu sa nazýva tzv. Anorganické kyseliny a ťažké kovy teda nie sú inhibítory, ale sú inaktivátory, keďže znižujú aktivitu akýchkoľvek enzýmov, t.j. prevádzkovať nešpecifické.

Existujú dva hlavné smery inhibície

Podľa sily väzby enzýmu na inhibítor môže byť inhibícia reverzibilné A nezvratné.

Vo vzťahu k inhibítoru k aktívnemu miestu enzýmu sa inhibícia delí na konkurencieschopný A nesúťažný.

Pri ireverzibilnej inhibícii dochádza k väzbe alebo deštrukcii funkčných skupín enzýmu nevyhnutných na prejavenie jeho aktivity.

Napríklad látka diizopropylfluórfosfát sa silne a ireverzibilne viaže na hydroxyskupinu serínu v aktívnom mieste enzýmu acetylcholínesterázy hydrolýza acetylcholínu na nervových synapsiách. Inhibícia tohto enzýmu zabraňuje rozkladu acetylcholínu v synaptickej štrbine, v dôsledku čoho mediátor naďalej pôsobí na jeho receptory, čím sa nekontrolovateľne zvyšuje cholinergná regulácia. Boj funguje rovnakým spôsobom. organofosfáty(sarín, soman) a insekticídy(karbofos, dichlórvos).

1. Pod pojmom „inhibícia enzýmová aktivita“ rozumie špecifické zníženie katalytickej aktivity spôsobené určitými chemikáliami - inhibítory.

Inhibítory sú veľmi zaujímavé pre objasnenie mechanizmov enzymatickej katalýzy, ktoré pomáhajú určiť úlohu jednotlivých enzymatických reakcií v metabolických dráhach tela. Pôsobenie mnohých liekov a jedov je založené na princípe inhibície enzymatickej aktivity.

2. Inhibítory sú schopné viazať sa na enzýmy s rôznym stupňom sily. Na základe toho rozlišujte reverzibilné A ireverzibilná inhibícia. Reverzibilné inhibítory viažu sa na enzým slabými nekovalentnými väzbami a za určitých podmienok sa od enzýmu ľahko oddelia:

E+I↔ E.I.

ireverzibilná inhibícia pozorované v prípade tvorby kovalentných stabilných väzieb medzi molekulou inhibítora a enzýmom:

E+I→ E-I.

3. Podľa mechanizmu účinku sa reverzibilné inhibítory delia na konkurencieschopný A nesúťažný.

Kompetitívna inhibícia spôsobuje reverzibilné zníženie rýchlosti enzymatickej reakcie v dôsledku väzby inhibítora na aktívne miesto enzýmu, čo zabraňuje tvorbe komplexu enzým-substrát. Tento typ inhibície nastáva, keď je inhibítor štruktúrny analóg substrátu; v dôsledku toho existuje konkurencia medzi molekulami substrátu a inhibítora o väzbu na aktívne miesto enzýmu. V tomto prípade buď substrát alebo inhibítor interaguje s enzýmom a vytvára komplexy enzým-substrát (ES) alebo enzým-inhibítor (EI). Pri tvorbe komplexu enzýmu a inhibítora (EI) nevzniká reakčný produkt (obr. 2.19).

Ryža. 2.19. Schéma kompetitívnej inhibície aktivity enzýmu

Pre kompetitívny typ inhibície platia nasledujúce rovnice:

E+S↔ES→E+P; E+I↔ EI.

Charakteristickým znakom kompetitívnej inhibície je možnosť jej oslabenia so zvyšujúcou sa koncentráciou substrátu, pretože reverzibilný inhibítor nemení štruktúru enzýmu. Preto sa pri vysokých koncentráciách substrátu rýchlosť reakcie nelíši od rýchlosti v neprítomnosti inhibítora; kompetitívny inhibítor nemení V max, ale zvyšuje Km.

Klasickým príkladom kompetitívnej inhibície je inhibícia reakcie sukcinátdehydrogenázy kyselinou malónovou (obr. 2.20). Malonát je štruktúrny analóg sukcinátu (prítomnosť dvoch karboxylových skupín) a môže tiež interagovať s aktívnym miestom sukcinátdehydrogenázy. Prenos dvoch atómov vodíka na protetickú skupinu FAD z kyseliny malónovej však nie je možný, a preto je rýchlosť reakcie znížená.

Ryža. 2.20. Príklad kompetitívnej inhibície sukcinátdehydrogenázy kyselinou malónovou:

A - sukcinát sa viaže na aktívne miesto enzýmu sukcinátdehydrogenázy tým iónové väzby; B - pri enzymatickej reakcii sa z sukcinátu odštiepia dva atómy vodíka s ich adíciou na koenzým FAD. V dôsledku toho sa vytvorí fumarát, ktorý sa odstráni z aktívneho miesta sukcinátdehydrogenázy; B - malonát je štruktúrny analóg sukcinátu, viaže sa tiež na aktívne miesto sukcinátdehydrogenázy, ale chemická reakcia neprebieha

4. Mnohé liečivá uplatňujú svoj terapeutický účinok prostredníctvom mechanizmu kompetitívnej inhibície. Napríklad reakcia hydrolýzy acetylcholínu na cholín a kyselinu octovú je katalyzovaná enzýmom acetylcholínesteráza (AChE) (obr. 2.21) a môže byť inhibovaná v prítomnosti kompetitívnych inhibítorov tohto enzýmu (napr. prozerín, endrofónium atď.) (obr. 2.22). Pri pridávaní takýchto inhibítorov sa znižuje aktivita acetylcholínesterázy, zvyšuje sa koncentrácia acetylcholínu (substrát), čo je sprevádzané zvýšením vedenia nervového vzruchu. Konkurenčné inhibítory acetylcholínesterázy sa používajú pri liečbe svalových dystrofií, ako aj pri liečbe pohybové poruchy po úrazoch, obrnách, poliomyelitíde.

Ryža. 2.21. Reakcia hydrolýzy acetylcholínu pod pôsobením AChE

Ryža. 2.22. Väzba v aktívnom mieste AChE kompetitívnych inhibítorov

A - pridanie substrátu (acetylcholínu) do aktívneho miesta enzýmu.

Šípka označuje miesto hydrolýzy acetylcholínu; B - pripojenie kompetitívneho inhibítora proserínu na aktívne centrum enzýmu. Reakcia nejde; B - pripojenie kompetitívneho inhibítora endrofónia na aktívne miesto enzýmu. Naviazanie inhibítorov na aktívne miesto AChE zabraňuje pripojeniu acetylcholínu

Ďalším príkladom liečiv, ktorých mechanizmus účinku je založený na kompetitívnej inhibícii enzýmu, je použitie peptidových inhibítorov proteolytického enzýmu trypsínu pri ochoreniach pankreasu (akútna pankreatitída, nekrózy), ako napr. aprotinín, trasylol, contrical. Tieto lieky inhibujú trypsín, ktorý sa uvoľňuje do okolitých tkanív a krvi, a tým zabraňujú nežiaducim autolytickým dejom pri ochoreniach pankreasu.

5. V niektorých prípadoch môžu byť nimi použité kompetitívne inhibítory, ktoré interagujú s aktívnym miestom enzýmu pseudosubstráty(antimetabolity), čo vedie k syntéze produktu s nepravidelnou štruktúrou. Výsledné látky nemajú „potrebnú“ štruktúru, a preto im chýba funkčná aktivita. K takýmto liečivých látok zahŕňajú sulfátové lieky.

6. Nesúťažný reverzibilná je inhibícia enzymatickej reakcie, pri ktorej inhibítor interaguje s enzýmom na inom mieste ako je aktívne miesto. Nekompetitívne inhibítory nie sú štrukturálnymi analógmi substrátu; pripojenie nekompetitívneho inhibítora na enzým mení konformáciu aktívneho miesta a znižuje rýchlosť enzymatickej reakcie, t.j. znižuje enzymatickú aktivitu. Príkladom nekompetitívneho inhibítora môže byť pôsobenie iónov ťažkých kovov, ktoré interagujú s funkčnými skupinami molekuly enzýmu, čím bránia katalýze.

7. Ireverzibilné inhibítory znížiť enzymatickú aktivitu v dôsledku tvorby kovalentných väzieb s molekulou enzýmu. Najčastejšie dochádza k modifikácii aktívneho miesta enzýmu. V dôsledku toho enzým nemôže vykonávať svoju katalytickú funkciu.

Použitie ireverzibilných inhibítorov je zaujímavejšie na objasnenie mechanizmu účinku enzýmov. Dôležitá informáciaštruktúra aktívneho centra enzýmu je daná zlúčeninami, ktoré blokujú určité skupiny aktívneho centra. Takéto inhibítory sa nazývajú špecifické.Špecifické inhibítory zahŕňajú diizopropylfluórfosfát (DFF). formuláre DFF kovalentná väzba s OH skupinou serínu, ktorá je obsiahnutá v aktívnom centre enzýmu a priamo sa podieľa na katalýze, preto je DPP klasifikovaný ako špecifický ireverzibilný inhibítor „serínových“ enzýmov (obr. 2.23). DPP sa používa na štúdium štruktúry aktívneho miesta enzýmov v enzymológii.

Na rozdiel od špecifických inhibítorov nešpecifické inhibítory vytvárajú kovalentné väzby s určitými skupinami enzýmu nachádzajúcimi sa nielen v aktívnom centre, ale aj v ktorejkoľvek časti molekuly enzýmu. Napríklad octan jódu (obr. 2.24) interaguje s akýmikoľvek SH-skupinami proteínu. Táto interakcia mení konformáciu molekuly enzýmu a tým aj konformáciu aktívneho centra a znižuje katalytickú aktivitu.

Ryža. 2.23. Špecifická inhibícia aktivity chymotrypsínu pomocou DPP

Ryža. 2.24. Nešpecifická inhibícia aktivity enzýmu octanom jódom.

Nešpecifická inhibícia nastáva v dôsledku kovalentnej modifikácie cysteínových SH skupín molekulami octanu jódu

8. Príklad liek, ktorého pôsobenie je spojené s ireverzibilnou inhibíciou enzýmov, je široko používaný aspirín. Účinok tohto protizápalového nesteroidného liečiva je založený na inhibícii enzýmu cyklooxygenázy, ktorý katalyzuje tvorbu prostaglandínov z kyseliny arachidónovej. Výsledkom je, že acetylový zvyšok aspirínu je pripojený k voľnej koncovej OH skupine serínu jednej z podjednotiek cyklooxygenázy (obr. 2.25). To blokuje tvorbu prostaglandínov (pozri modul 8), ktoré majú široké spektrum biologických funkcií vrátane mediátorov zápalu. Preto je aspirín klasifikovaný ako protizápalové liečivo. Inhibované molekuly enzýmov sú zničené, syntéza prostaglandínov sa obnoví až po syntéze nových molekúl enzýmu.

Ryža. 2.25. Mechanizmus inaktivácie cyklooxygenázy ireverzibilným inhibítorom - aspirínom

TYPY INHIBÍCIE

A. KONKURENČNÁ A. ŠPECIFICKÉ

B. NEKONKURENČNÉ B. NEŠPECIFICKÉ

reverzibilná inhibícia. Väčšina inhibítorov pôsobí reverzibilne, tvoria sa nekovalentné väzby s enzýmom a za určitých podmienok disociovať s obnovením aktivity enzýmu.

kompetitívna inhibícia. Inhibítor je podobný substrátu enzýmu vo svojej štruktúre a súťaží so substrátom o aktívne centrum ( sedí na aktívnom mieste enzýmu), čo vedie k zníženiu väzby substrátu na enzým a narušeniu katalýzy. Toto je vlastnosť konkurenčnej inhibície - schopnosť zvýšiť alebo oslabiť inhibíciu prostredníctvom zmeny koncentrácie substrátu.

Pre kompetitívny typ inhibície platia nasledujúce rovnice:

E + S ⇔ ES → E + P,

1. Konkurenčná interakcia etanol A metanol pre aktívne centrum alkoholdehydrogenáza.

2. Inhibícia sukcinátdehydrogenáza kyselina malónová, ktorého štruktúra je podobná štruktúre substrátu tohto enzýmu - kyseliny jantárovej (sukcinátu).

Sukcinát + FAD ----------- Fumarát + FADH 2

3. Antimetabolity alebo pseudosubstráty, napríklad antibakteriálne činidlá, sú tiež klasifikované ako kompetitívne inhibítory. sulfónamidy, podobnou štruktúrou ako P-kyselina aminobenzoová, zložka kyseliny listovej. Počas liečby sulfónamidmi bakteriálna bunka konkurenčne narušené používanie P- kyselina aminobenzoová na syntézu kyselina listová, čo spôsobuje terapeutický účinok.

Podobnosť štruktúry sulfónamidov
a kyselina para-aminobenzoová, zložka vitamínu B9

Vplyv rôznych koncentrácií substrátu na rýchlosť reakcie katalyzovanej enzýmami 1 a 2 (v prítomnosti inhibítora): a) hyperbolická závislosť V od [S], b) priama závislosť v inverzných súradniciach 1/V od 1/ [S] - Lineweaver-Burk.

Konkurenčné inhibítory znižujú rýchlosť chemická reakcia. Kompetitívny inhibítor zvyšuje Km pre daný substrát (znižuje afinitu substrátu k enzýmu). To znamená, že v prítomnosti kompetitívneho inhibítora potrebná vysoká koncentrácia substrátu na dosiahnutie 1/2 V max. Zvýšenie pomeru koncentrácie substrátu a inhibítora znižuje stupeň inhibície. Pri výrazne vyšších koncentráciách substrátu inhibícia úplne zmizne., pretože aktívne centrá všetkých molekúl enzýmu budú prevažne v komplexe so substrátom.

nekonkurenčná inhibícia. Inhibítor nemáštrukturálna podobnosť so substrátom a sa pripája nie v aktívnom centre a inde v molekule súčasne so substrátom. Vzniká trojitý komplex: substrát – enzým – inhibítor. To vedie k deformácii aktívneho miesta a katalytickej aktivite. Napríklad, kyselina kyanovodíková (kyanidy) viaže sa na hemové železo enzýmov dýchacieho reťazca a blokuje bunkové dýchanie.

Kinetická závislosť nekompetitívnej inhibície: charakterizovaná znížením V max enzymatickej reakcie a znížením afinity substrátu k enzýmu, t.j. zvýšenie Km.

Nekompetitívna inhibícia v dvojitých recipročných súradniciach pri rôznych koncentráciách inhibítora (1 - [I]=0; 2 - [I]>0; 3 - [I]>[I]2).

Pri nekompetitívnej inhibícii sa Michaelisova konštanta nemení a maximálna rýchlosť reakcie klesá o (1 + [ ja]/K i) raz. Preto sa v dvojitých recipročných súradniciach rodina priamych čiar zodpovedajúcich rôznym koncentráciám inhibítora pretína v jednom bode na osi x. Ireverzibilná inhibícia sa pozoruje v prípade tvorby kovalentných stabilných väzieb medzi molekulou inhibítora a enzýmom. Najčastejšie sa modifikuje aktívne centrum enzýmu, v dôsledku čoho enzým nemôže vykonávať katalytickú funkciu.

Ireverzibilné inhibítory zahŕňajú ióny ťažké kovy, ako je ortuť (Hg 2+), striebro (Ag +) a arzén (As 3+), ktoré pri nízkych koncentráciách blokujú sulfhydrylové skupiny aktívneho centra. V tomto prípade substrát nemôže prejsť chemickou transformáciou (obr. 2-26). V prítomnosti reaktivátorov sa enzymatická funkcia obnoví. Vo vysokých koncentráciách spôsobujú ióny ťažkých kovov denaturáciu proteínovej molekuly enzýmu, t.j. viesť k úplnej inaktivácii enzýmu.

1. Špecifické a nešpecifické
inhibítory

Použitie ireverzibilných inhibítorov je veľmi zaujímavé na objasnenie

nekonkurenčná inhibícia. S nekonkurenčnou inhibíciou inhibítor sa viaže len na komplex enzým-substrát ale nie s voľným enzýmom. Substrát, ktorý sa viaže na enzým, mení svoju konformáciu, čo umožňuje viazať sa na inhibítor. Inhibítor mení konformáciu enzýmu takže katalýza sa stáva nemožnou. Charakteristické je, že V a Km sa menia rovnakou mierou.

Inhibícia substrátu- zvláštny prípad nesúťažnej inhibície, keď dve molekuly substrátu sa viažu na enzým, čo zabraňuje tvorbe produktu.

Allosterická inhibícia: inhibítory sa viažu s oddelenými úsekmi enzýmu mimo aktívneho centra. Toto prepojenie znamená konformačné zmeny v molekule enzýmu, čo vedie k zníženiu jeho aktivity. Alosterické účinky sa vyskytujú takmer výlučne v prípade oligomérnych enzýmov. Kinetiku takýchto systémov nemožno opísať pomocou jednoduchého Michaelis-Mentenovho modelu.

ireverzibilná inhibícia pozorované v prípade tvorby kovalentné stabilné väzby medzi molekulou inhibítora a enzýmom. V dôsledku toho sa najčastejšie mení aktívne miesto enzýmu enzým nemôže vykonávať katalytickú funkciu.

Ireverzibilné inhibítory zahŕňajú ióny ťažkých kovov, ako je ortuť (Hg 2+), striebro (Ag +) a arzén (As 3+), ktoré v nízkych koncentráciách blokujú sulfhydrylové skupiny aktívneho centra. V tomto prípade substrát nemôže prejsť chemickou transformáciou. V prítomnosti reaktivátorov sa enzymatická funkcia obnoví. Vo vysokých koncentráciách spôsobujú ióny ťažkých kovov denaturáciu proteínovej molekuly enzýmu, t.j. viesť k úplnej inaktivácii enzýmu.

Špecifické a nešpecifické inhibítory

Použitie ireverzibilných inhibítorov je veľmi zaujímavé na objasnenie mechanizmu účinku enzýmov. Na tento účel použite látky, ktoré blokujú určité skupiny aktívneho centra enzýmov. Takéto inhibítory sa nazývajú špecifické. Množstvo zlúčenín ľahko reaguje s určitými chemickými skupinami. Ak sú tieto skupiny zapojené do katalýzy, dôjde k úplnej inaktivácii enzýmu. Diizopropylfluórfosfát (DFF) sú klasifikované ako špecifické ireverzibilné inhibítory "serínových" enzýmov, pretože tvoria kovalentnú väzbu s hydroxylovou skupinou serínu, ktorá sa nachádza v aktívnom centre a hrá kľúčovú úlohu v procese katalýzy.

Octan jódu, p-chlórmerkuribenzoátľahko reagujú s SH-skupinami proteínových cysteínových zvyškov. Tieto inhibítory nie sú klasifikované ako špecifické, pretože reagujú s akýmikoľvek voľnými SH-skupinami proteínov a nazývajú sa nešpecifické inhibítory. Ak sú SH skupiny priamo zapojené do katalýzy, potom sa pomocou týchto inhibítorov zdá byť možné odhaliť úlohu SH skupín enzýmu v katalýze.

Príkladom lieku, ktorého účinok je založený na ireverzibilnej inhibícii enzýmov, je široko používaný liek aspirín. protizápalové nesteroidné liečivo poskytuje aspirín farmakologický účinok inhibíciou enzýmu cyklooxygenázy, ktorý katalyzuje tvorbu prostaglandínov z kyseliny arachidónovej. V dôsledku chemickej reakcie je acetylový zvyšok aspirínu pripojený k voľnej koncovej NH2 skupine jednej z podjednotiek cyklooxygenázy. To spôsobuje pokles tvorby prostaglandínových reakčných produktov, ktoré majú široké spektrum biologických funkcií, vrátane mediátorov zápalu.

Hlavné spôsoby regulácie aktivity enzýmov:

• alosterická regulácia;
• regulácia interakciami proteín-proteín;
• regulácia fosforyláciou/defosforyláciou molekuly enzýmu;
• regulácia čiastočnou (obmedzenou) proteolýzou.