PH mõju ensüümide aktiivsusele

Temperatuuri mõju ensümaatilise reaktsiooni kiirusele

ENSÜMAATILISTE REAKTSIOONIDE KINETIKA

Ensümaatilised reaktsioonid kiirenevad temperatuuri tõustes ja nende kineetika on kooskõlas Van't Hoffi reegliga. Bioloogiliste katalüsaatorite puhul, mis on valgud, kehtib see seadus ainult rangelt määratletud temperatuurivahemikus. Enamiku inimese ensüümide jaoks on optimaalne temperatuur 37-38 o C. Kui temperatuur tõuseb üle 40 o C, denatureeritakse ensüüm, millega kaasneb valgu konformatsiooni muutus.

Temperatuuri langus aeglustab molekulide liikumist, ensüümi interaktsiooni substraadiga, mis tähendab, et reaktsiooniprodukti moodustumine toimub madala kiirusega. 0 ° C juures jäävad ensüümid nõrgaks, kuid rakkude külmutamise ajal biokeemilised reaktsioonid peatuvad. Pärast sulatamist jätkuvad ensümaatilised protsessid.

Ioonid (H +) mõjutavad ensümaatilist aktiivsust mitmel viisil. Need muudavad substraadi, toote ja ensüümi ionisatsiooni astet. Eriti oluline on ensüümi aktiivse keskuse ja ensüümi-substraadi kompleksi funktsionaalrühmade ioniseerimine, mis määravad reaktsioonikiiruse.

Iga ensüümi optimaalse pH väärtuse korral on ensüümi aktiivse saidi konformatsioon substraadiga komplementaarne. Kui pH muutub optimaalsete väärtuste suhtes, muutub ensüümi konformatsioon, aktiivne keskus, komplementaarsus on häiritud ja reaktsioonikiirus väheneb.

Inhibiitorid Kas looduslikud või sünteetilised ained, mis ensüümide aktiivsust täielikult pärsivad või vähendavad. Ensüümide aktiivsete keskuste struktuuri, nende toimemehhanismide selgitamine, paljude biokeemiliste protsesside dešifreerimine, samuti ravimite ainete farmakoloogilise toime mõistmine sai võimalikuks tänu ensüümi inhibiitorite uurimisele. Need ained võivad olla erineva keemilise iseloomuga.

Nad suhtlevad ensüümiga aktiivse keskuse piirkonnas, muudavad ensüümi, aktiivse keskuse konformatsiooni ja vähendavad selle aktiivsust. Sõltuvalt inhibiitori ja ensüümi koostoime tugevusest eristatakse pöörduvaid ja pöördumatuid inhibiitoreid.

Pöörduvad inhibiitorid - seonduda ensüümiga nõrkade mittekovalentsete sidemete moodustumise kaudu. Ensüüm taastab oma loomuliku konformatsiooni ja aktiivsuse pärast inhibiitori dissotsiatsiooni. Pöörduvaid inhibiitoreid on kahte tüüpi: konkureerivad ja mittekonkureerivad.

Pöörduvad konkureerivad inhibiitorid on substraatide struktuurianaloogid. Need seonduvad ensüümi aktiivses kohas, kuid neid ei saa tooteks muundada. Pöörduvad konkureerivad inhibiitorid konkureerivad substraadiga ensüümi aktiivse saidi pärast. Substraadi kontsentratsiooni suurenemisega tõrjub see inhibiitor ensüümi aktiivsest kohast välja. Näiteks maloonhape, mis on struktuurilt väga lähedane merevaikhappele, konkureerib sellega ensüümi suktsinaatdehüdrogenaasi aktiivse saidi pärast, mis katalüüsib suktsinaadi muundumist fumaraadiks. Substraat ja inhibiitor (malonaat) interakteeruvad ensüümi katalüütilise keskuse samade positiivselt laetud rühmadega, kuna mõlemal happel on füsioloogilise pH väärtuse korral kaks negatiivselt laetud karboksüülrühma.

Pöörduvad mittekonkureerivad inhibiitorid seonduda ensüümiga mitte aktiivses keskuses, vaid mujal, põhjustades ensüümi ja selle aktiivse keskuse konformatsiooni muutuse. Seetõttu ei saa substraadi kontsentratsiooni suurendamisega kõrvaldada ensüümi pöördumatut mittekonkureerivat pärssimist. Mittekonkureeriv inhibiitor võib pöörduvalt seonduda nii vaba ensüümi kui ka ensüümi-substraadi kompleksiga.

Pöördumatud spetsiifilised inhibiitorid siduda või hävitada kovalentselt ensüümi aktiivse keskuse molekuli funktsionaalrühm, mis on vajalik selle katalüütilise aktiivsuse avaldumiseks.

Sellise pärssimise näiteks on fluorofosfaadi derivaatide toime. Diisopropüülfluorofosfaat moodustab atsetüülkoliinesteraasi ensüümi aktiivses keskuses tugeva kovalentse sideme seriini OH -rühmaga. Atsetüülkoliinesteraas on seriinhüdrolaas ja katalüüsib atsetüülkoliini lõhustumist atsetaadiks ja koliiniks. Seotud inhibiitoriga ei hüdrolüüsib atsetüülkoliinesteraas atsetüülkoliini; see blokeerib närviimpulsi juhtimise läbi rakumembraani.

Teine pöördumatu spetsiifiline inhibiitor, jodoatsetamiid, võib interakteeruda ensüümi aktiivses keskuses paikneva tsüsteiinijäägi SH-rühmadega.

Optimaalsetes tingimustes sõltub ensüümi aktiivsus:

Substraadi kogus

Toote kogused

Ensüümi kogus

Kofaktori kontsentratsioon

Aktivaatorite või inhibiitorite olemasolu

On kaks suurt ensümaatilise aktiivsuse inhibiitorite klassi - konkurentsivõimelised ja mittekonkureerivad - sõltuvalt sellest, kas nende inhibeeriv toime nõrgeneb (konkureeriv pärssimine) või mitte (mittekonkureeriv pärssimine) koos substraadi kontsentratsiooni suurenemisega. Praktikas ei ole paljudel inhibiitoritel omadusi, mis on iseloomulikud puhtalt konkureerivale või puhtalt mittekonkureerivale pärssimisele. Teine viis inhibiitorite klassifitseerimiseks põhineb nende sidumissaidi olemusel. Mõned neist seonduvad ensüümiga samas kohas kui substraat (katalüütilises tsentris), teised aga märkimisväärsel kaugusel aktiivsest keskusest (vallosteri keskus).

Konkureeriv pärssimine substraadi analoogide poolt

Klassikaline konkureeriv pärssimine põhineb inhibiitori seondumisel substraati siduva (katalüütilise) saidiga. Inhibiitorina (I) toimiva substraadi analoogi keemiline struktuur on tavaliselt sarnane substraadi (S) omaga. Seetõttu võib inhibiitor pöörduvalt ensüümiga seonduda, moodustades kompleksi asemel, s.t. ensüümi inhibiitorite kompleks. Kui reaktsioonisegus on samaaegselt nii substraat kui ka seda tüüpi inhibiitor, konkureerivad nad ensüümi pinnal sama sidumissaidi pärast. Üks kõige põhjalikumalt uuritud konkurentsivõimelise inhibeerimise näiteid on suktsinaatdehüdrogenaasi inhibeerimine malonaadi (I) poolt, mis konkureerib sama koha pärast suktsinaat -substraadiga.

Suktsinaatdehüdrogenaas katalüüsib fumaraadi moodustumist vesinikuaatomi eemaldamise tulemusena mõlemast suktsinaadi kahest süsinikuaatomist (joonis 8.19). Monaat on võimeline siduma dehüdrogenaasiga, moodustades kompleksi.Sahagom -malonaadist ei saa vesinikuaatomi elimineerimine toimuda. Kompleks võib laguneda ainult vabaks ensüümiks ja inhibiitoriks. Selle pöörduva reaktsiooni jaoks

tasakaalukonstant K on võrdne

Riis. 8.19. Suktsinaadi dehüdrogenaasi reaktsioon.

Konkureerivate inhibiitorite toimet võib kujutada järgmiste reaktsioonidena:

Toote moodustumise kiirus - tavaliselt on tema mõõtmisobjekt - sõltub ainult kompleksi kontsentratsioonist. Oletame, et ma seondub väga tugevalt ensüümiga mala). Siis on vaba ensüümi kogus, mis võib siduda S -i, moodustades kompleksi ja seejärel, ja on väga väike. Seega on reaktsiooni kiirus (P moodustumine) madal. Sarnastel põhjustel ei aeglusta katalüüsitud reaktsioon nõrgalt seonduva inhibiitori sama kontsentratsiooni korral (A on suur) oluliselt. Oletame nüüd, et inhibiitori 1 fikseeritud kontsentratsiooni korral lisatakse järjest suurem kogus substraati S. See suurendab kompleksi moodustumise tõenäosust võrreldes kompleksiga. Suhte kasvades suureneb ka reaktsioonikiirus. Piisavalt kõrge S kontsentratsiooni korral muutub kompleksi kontsentratsioon kaduvalt madalaks. Kuid siis on katalüüsitud reaktsiooni kiirus sama, mis I puudumisel (joonis 8.20).

Riis. 8.20. Lineweaver - Burke'i süžee klassikalise konkurentsiprotektsiooni puhul. Pöörake tähelepanu pärssiva toime täielikule puudumisele, kui kõrged väärtused[S] (madalad väärtused (1 / [S]).

Konkureeriva pärssimise konstantide graafiline hindamine

Joonisel fig. 8.20 näitab tüüpilist konkurentsi pärssimise juhtumit, mis on esitatud Lineweaver-Burke'i graafiku kujul. Reaktsioonikiirust mõõdetakse erinevaid tähendusi kontsentratsioonil ja inhibiitori fikseeritud kontsentratsioonil. Katsepunktide kaudu tõmmatud jooned lõikuvad y-telje samas punktis. Y-teljest eraldatud segmendi pikkus on võrdne, mis tähendab, et lõpmata suure kontsentratsiooni korral on see sama, mis inhibiitori puudumisel. Lõike pikkus teljest (see väärtus määrab väärtuse) aga inhibiitori juuresolekul väheneb, seega suurendab konkureeriv inhibiitor substraadi näivat väärtust. Lihtsa konkurentsivõimelise pärssimise korral on teljest eraldatud segmendi pikkus võrdne

Olles määranud I puudumisel, võib selle võrrandist leida. Kui lisatud 1 kontsentratsioon ületab oluliselt ensüümi kontsentratsiooni, võib [I] lugeda lisatud inhibiitori kontsentratsiooniga võrdseks. Mitmete substraatide analoogid (konkureerivad inhibiitorid) näitavad, milline neist on kõige tõhusam. Madalaimad inhibiitorid võivad isegi madala kontsentratsiooni korral avaldada tugevat pärssivat toimet.

Paljud kliinikus laialdaselt kasutatavad ravimid toimivad nii mikroobide kui ka loomarakkudes toimivate väga oluliste ensüümide konkureerivate inhibiitoritena.

Pöörduv mittekonkureeriv pärssimine

Nagu nimigi ise ütleb, ei ole antud juhul S ja I vahel konkurentsi. Sellisel juhul ei sarnane inhibiitor tavaliselt kuidagi S -ga ja nagu arvata võib, seostub see ensüümi teise saidiga. Pöörduvad mittekonkureerivad inhibiitorid vähendavad maksimaalset kiirust, mis on saavutatav teatud ensüümikogusega (need vähenevad, kuid reeglina ei mõjuta, kuna I ja S seonduvad erinevate keskustega, võib tekkida nii kompleks kui ka kompleks. Kompleks laguneb ka koos toote moodustumine, kuid madalamal kiirusel kui; seetõttu aeglustub reaktsioon, kuid ei peatu.

järgmised konkurentsireaktsioonid:

Joonisel fig. 8.21 näitab sõltuvust inhibiitori olemasolul ja puudumisel (eeldatakse, et I seondumine ei too kaasa olulisi muutusi aktiivse keskuse toimimises).

Pöördumatu mittekonkureeriv pärssimine

Ensümaatilist aktiivsust saab vähendada paljude "mürkide" juuresolekul, nagu joodatsetamiid, raskmetallide ioonid, oksüdeerivad ained jne. Ühe või mitme substraadi või toote juuresolekul võib ensüümi inaktiveerimise kiirus väheneda. Siin käsitletud kineetiline analüüs ei pruugi olla piisav, et eristada ensüümimürkide toimet mittekonkureerivate pöörduvate inhibiitorite toimest. Pöörduv mittekonkureeriv pärssimine on suhteliselt haruldane. Kahjuks ei tuvastata seda alati, kuna nii pöörduvat kui ka pöördumatut mittekonkureerivat pärssimist iseloomustab sarnane kineetika.

Riis. 8.21. Lineweaver - Burke'i skeem pöörduva mittekonkureeriva pärssimise korral.

Mõiste "ensümaatilise aktiivsuse pärssimine" tähendab katalüütilise aktiivsuse vähenemist teatud ainete - inhibiitorite - juuresolekul. Inhibiitorite hulka peaksid kuuluma ained, mis põhjustavad ensüümi aktiivsuse vähenemist. Tuleb märkida, et kõik denatureerivad ained põhjustavad ka valgu molekuli mittespetsiifilise denatureerimise tõttu mis tahes ensümaatilise reaktsiooni kiiruse vähenemist; seetõttu ei klassifitseerita denatureerivaid aineid inhibiitoritena.

Inhibiitorid pakuvad suurt huvi ensümaatilise katalüüsi mehhanismide selgitamiseks, aidates kindlaks teha üksikute ensüümide rolli keha metaboolsetes radades. Paljude ravimite ja mürkide toime põhineb ensüümide aktiivsuse pärssimisel, seetõttu on teadmised selle protsessi mehhanismidest molekulaarse farmakoloogia ja toksikoloogia jaoks äärmiselt olulised.

Inhibiitorid on võimelised suhelda erineva tugevusega ensüümidega. Selle põhjal eristatakse pöörduvat ja pöördumatut pärssimist. Toimemehhanismi järgi jagatakse inhibiitorid konkureerivateks ja mittekonkureerivateks.

A. Pöörduv pärssimine

Pöörduvad inhibiitorid seonduvad ensüümiga nõrkade mittekovalentsete sidemete kaudu ja on teatud tingimustel ensüümist kergesti eraldatavad. Pöörduvad inhibiitorid on konkurentsivõimelised ja mittekonkureerivad.

Konkurentsivõimeline pärssimine

Konkureeriv pärssimine viitab ensüümireaktsiooni kiiruse pöörduvale vähenemisele, mille põhjustab inhibiitor, mis seondub ensüümi aktiivse saidiga ja takistab ensüümi-substraadi kompleksi moodustumist. Seda tüüpi pärssimist täheldatakse siis, kui inhibiitor on substraadi struktuurianaloog; selle tulemusel tekib konkurents substraadi molekulide ja inhibiitori vahel ensüümi aktiivses keskuses asuva koha pärast. Sellisel juhul interakteerub kas substraat või inhibiitor ensüümiga, moodustades ensüümi-substraadi (ES) või ensüümi-inhibiitori (EI) kompleksid. Ensüümi ja inhibiitori (EI) kompleksi moodustumisel reaktsioonisaadust ei teki

Konkureeriva pärssimistüübi puhul kehtivad järgmised võrrandid:

E + S ⇔ ES → E + P,

Kineetilised sõltuvused

Konkureerivad inhibiitorid vähendavad keemilise reaktsiooni kiirust. Konkureeriv inhibiitor suurendab antud substraadi Km (vähendab substraadi afiinsust ensüümi suhtes). See tähendab, et konkureeriva inhibiitori juuresolekul on 1/2 V max saavutamiseks vajalik kõrge substraadi kontsentratsioon.

Substraadi ja inhibiitori kontsentratsiooni suhte suurenemine vähendab inhibeerimise astet. Märkimisväärselt kõrgemate substraatide kontsentratsioonide korral on inhibeerimine täielikult

Ravimitena kasutatakse järgmisi antimetaboliite: sulfa-ravimid (para-aminobensoehappe analoogid), mida kasutatakse nakkushaiguste raviks, nukleotiidide analoogid vähi raviks.

Mittekonkureeriv pärssimine

Ensümaatilise reaktsiooni pärssimist nimetatakse mittekonkureerivaks, kus inhibiitor interakteerub ensüümiga mujal kui aktiivne koht. Mittekonkureerivad inhibiitorid ei ole substraadi struktuurianaloogid.

Mittekonkureeriv inhibiitor võib seonduda kas ensüümi või ensüümi-substraadi kompleksiga, moodustades mitteaktiivse kompleksi. Mittekonkureeriva inhibiitori kinnitumine muudab ensüümimolekuli konformatsiooni nii, et substraadi interaktsioon ensüümi aktiivse keskusega on häiritud, mis viib ensümaatilise reaktsiooni kiiruse vähenemiseni. .

Kineetilised sõltuvused

Seda tüüpi pärssimist iseloomustab ensümaatilise reaktsiooni Vmax vähenemine ja substraadi afiinsuse vähenemine ensüümi suhtes, s.t. suurendada K m.

B. Pöördumatu pärssimine

Pöördumatut pärssimist täheldatakse, kui inhibiitormolekuli ja ensüümi vahel moodustuvad kovalentsed stabiilsed sidemed. Enamasti muudetakse ensüümi aktiivset saiti. Selle tulemusena ei saa ensüüm katalüütilist funktsiooni täita.

Pöördumatute inhibiitorite hulka kuuluvad raskmetallide ioonid, näiteks elavhõbe (Hg 2+), hõbe (Ag+) ja arseen (As 3+), mis blokeerivad väikestes kontsentratsioonides aktiivse saidi sulfhüdrüülrühmi. Sel juhul ei saa substraat keemiliselt muunduda. Reaktivaatorite juuresolekul taastatakse ensümaatiline funktsioon. Suurtes kontsentratsioonides põhjustavad raskmetallioonid ensüümi valgumolekuli denatureerimist, s.t. viia ensüümi täieliku inaktiveerimiseni.

1. Spetsiifiline ja mittespetsiifiline
inhibiitorid

Pöördumatute inhibiitorite kasutamine pakub ensüümide toimemehhanismi selgitamiseks suurt huvi. Sel eesmärgil kasutatakse aineid, mis blokeerivad ensüümide aktiivse keskuse teatud rühmad. Selliseid inhibiitoreid nimetatakse spetsiifilisteks. Paljud ühendid reageerivad kergesti teatud keemiliste rühmadega. Kui need rühmad osalevad katalüüsis, toimub ensüümi täielik inaktiveerimine.

2. Pöördumatud ensüümide inhibiitorid nagu
ravimid

Näide ravimist, mille toime põhineb ensüümide pöördumatul pärssimisel, on laialdaselt kasutatav ravim aspiriin. Põletikuvastane mittesteroidne ravim aspiriin tagab farmakoloogilise 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 reaktsioonisaaduste moodustumise vähenemist, millel on lai valik bioloogilisi funktsioone, sealhulgas põletiku vahendajad.

Ensüümide aktiivsuse allosteeriline reguleerimine. Allosteeriliste ensüümide roll rakkude ainevahetuses. Allosteerilised efektorid ja inhibiitorid. Allosteeriliste ensüümide struktuuri ja toimimise tunnused ning nende paiknemine metaboolsetes radades. Ensüümi aktiivsuse reguleerimine vastavalt negatiivse põhimõttele tagasisidet... Too näiteid.

Kõige peenem ja laialt levinud viis ensüümide aktiivsuse reguleerimiseks on allosteeriline regulatsioon ... Sel juhul seondub regulatoorne tegur mitte ensüümi katalüütilise keskusega, vaid selle teise saidiga ( reguleeriv keskus), mis viib ensüümi aktiivsuse muutumiseni. Sel viisil reguleeritud ensüüme nimetatakse allosteeriline, sageli on neil ainevahetuses võtmeroll. Reguleerimiskeskusega seonduvat ainet nimetatakse efektor , efektor võib olla inhibiitor , võib olla aktivaator ... Tavaliselt on efektorid kas biosünteesiradade lõpptooted (inhibeerimine tagasiside põhimõttel) või ained, mille kontsentratsioon peegeldab raku ainevahetuse olekut (ATP, AMP, NAD +jne). Reeglina katalüüsivad allosteerilised ensüümid ühte reaktsiooni, millega algab metaboliidi moodustumine. Tavaliselt piirab see etapp kogu protsessi kui terviku kiirust. Kataboolsetes protsessides, millega kaasneb ATP süntees ADP -st, toimib lõpptoode ATP sageli ühe katabolismi varases staadiumis allosteerilise inhibiitorina. Anabolismi ühe varase staadiumi allosteeriline inhibiitor on sageli biosünteesi lõppsaadus, näiteks mõni aminohape.

Mõnede allosteeriliste ensüümide aktiivsust stimuleerivad spetsiifilised aktivaatorid. Allosteeriline ensüüm, mis reguleerib ühte kataboolse reaktsiooni järjestusi, võib näiteks alluda positiivsete efektorite, ADR või AMP stimuleerivale toimele ja negatiivse efektori, ATP, pärssivale toimele. Samuti on teada juhtumeid, kui mõne metaboolse raja allosteeriline ensüüm reageerib spetsiifiliselt teiste ainevahetusradade vahe- või lõppsaadustele. See võimaldab koordineerida erinevate ensüümsüsteemide toimimiskiirust.

Ensümaatiliste reaktsioonide kiirust võivad teatud ained, nn ensüümi inhibiitorid, osaliselt vähendada või täielikult blokeerida. Mõned ensüümi inhibiitorid on loomade ja inimeste keha jaoks tõhusad raviained, teised aga surmavad mürgid.

Pöörduvad inhibiitorid

Pöörduva ensüümi pärssimist on kolme tüüpi: konkurentsivõimeline, mittekonkureeriv ja mittekonkureeriv.

Konkurentsivõimeline nimetatakse inhibiitoriks, mis pöörduvalt interakteerub ensüümi aktiivse keskusega. Reeglina on konkureerivad inhibiitorid struktuurilt sarnased substraadiga ja neid saab ensüümi-inhibiitori kompleksist substraadi liiaga välja tõrjuda. Koostoime konkureeriva inhibiitoriga ei põhjusta ensüümi denatureerimist ega inaktiveerimist; seetõttu, kui inhibiitor asendatakse substraadiga, ei vähene ensümaatilise reaktsiooni kiirus (joonis 6. Yu).

Kui ensüüm interakteerub konkureeriva inhibiitoriga, on selle väärtus K m vastav ensümaatiline reaktsioon.

Substraadi ja konkureeriva inhibiitori sarnasus on interaktsiooni ja ensüümi-inhibiitori kompleksi moodustamiseks piisav, kuid ensümaatilise reaktsiooni jaoks ebapiisav. Näitena võib tuua maloonhappe mõju reaktsioonile, mida katalüüsib suktsinaatdehüdrogenaas ja mis on seotud merevaikhappe muundamisega fumaarhappeks.

Riis. 6.10.

Maloonhappe lisamine reaktsioonisegule vähendab või peatab täielikult ensümaatilise reaktsiooni, kuna see on suktsinaatdehüdrogenaasi konkureeriv inhibiitor.

Maloonhappe ja merevaikhappe sarnasus on ensüümiga kompleksi moodustamiseks piisav, kuid selle kompleksi lagunemist ei toimu. Merevaikhappe kontsentratsiooni suurenemisega tõrjub see maloonhappe kompleksist välja, mille tulemusel taastatakse suktsinaatdehüdrogenaasi aktiivsus.

Paljud ravimid pärsivad inimeste ja loomade ensüüme konkurentsivõimelisel viisil. Näiteks on sulfa-ravimid, mis on struktuurilt sarnased l-aminobensoehappega (PABA). See mikroobrakkudes sisalduv ühend on foolhappe vaheühend, mis on nukleiinhappe metabolismi oluline komponent. Kui sulfaravimeid süstitakse kehasse, pärsitakse PABA metabolismi ensüüme, mis viib nukleiinhapete sünteesi vähenemiseni ja mikroorganismi surmani.

Sel juhul on sulfaniilamiid foolhappe sünteesi ensüümi konkureeriv inhibiitor.

Bakteriraku seina peptoglükaani struktuur sisaldab D-alaniini, mida loomade ja inimeste kehas pole. Rakuseina sünteesimiseks kasutavad bakterid loomade L-alaniini D-vormiks muutmiseks ensüümi alaniin-ratsemaasi. Alaniini ratsemaas on iseloomulik bakteritele ja seda ei leidu imetajatel. Seetõttu on see hea inhibeerimise sihtmärk narkootikume... Metüülrühma ühe prootoni asendamine fluoriga annab fluoroalaniini, millega alaniini ratsemaas seondub, mis viib selle pärssimiseni.

Seega on võimalik konstrueerida ensüüme pärssivaid ravimeid konkurentsivõimelisel viisil. Efektiivseks saamiseks peab inhibiitoril olema ensüümi suhtes kõrge afiinsus. Vastasel juhul on vaja välja kirjutada suured annused ravimeid, et aktiivselt konkureerida endogeense substraadiga ensüümi aktiivse keskuse pärast.

Mittekonkureeriv inhibiitorid interakteeruvad ensüümidega mitte aktiivse keskuse piirkonnas, vaid sellest teatud kaugusel ja kompleksist ei eemaldata liigset substraati. Kui inhibiitor interakteerub ensüümiga, muutub selle konformatsioon koos sellele järgneva aktiivse keskuse osalise lagunemisega. Kui ensüüm interakteerub mittekonkureeriva inhibiitoriga, muutub ensümaatiline reaktsioon.

Konkurentsivõimetu inhibeerimine toimub siis, kui inhibiitor interakteerub ensüümiga ainult ensüümi-substraadi kompleksi osana, vältides selle lagunemist. Inhibiitorite pöördumatu toime näide ensüümidele on insektitsiididena kasutatavad fosfororgaanilised ained.

Riis. 6.11. Lineuewsr-Burke'i graafik erinevate inhibeerimistüüpide tuvastamiseks: a- konkurentsi pärssimine; b- konkurentsivaba pärssimine

Inhibitsiooni tüüpi saab graafiliselt määrata Lineweaver-Burke või Edie-Hofsti meetoditega (joonis 6.11).

Nagu on näha jooniselt fig. Nagu on näidatud joonisel 6.11, põhjustab konkureeriva inhibiitori mõju reaktsioonikiirusele / G m, samas kui maksimaalne reaktsioonikiirus jääb samaks. Mittekonkureerivat pärssimist seostatakse vähenemisega V max, muutmata Mechaelise konstandit.

Paljude ensüümide aktiivsust pärsib liigne substraat ja selle protsessi jaoks on mitmeid mehhanisme.

• Kui ensüümi-substraadi kompleksi moodustamisel osaleb mitu ensüümi funktsionaalrühma, võivad kaks või enam substraati samaaegselt kinnituda aktiivse keskusega, mis viib kindlasti mitteaktiivse kompleksi moodustumiseni.
• Substraadi ülejäägi korral on võimalik see kinnitada mitte ainult aktiivsele keskusele, vaid ka teistele aktiivse keskusega funktsionaalselt seotud keemilistele rühmadele. Selline koostoime võib ensümaatilist reaktsiooni häirida.
• Substraadi kontsentratsiooni suurenemine võib suurendada reaktsioonikeskkonna ioontugevust ja selle tagajärjel aeglustada ensümaatilise reaktsiooni kiirust.

Reaktsioonisaaduste pärssimine on tingitud asjaolust, et need võivad seonduda ensüümi või mõne muu süsteemi komponendiga nii, et otsese reaktsiooni kiirus väheneb.

Orenburg - 2010

1.1 Pöörduv pärssimine

1.1.2 Mittekonkureeriv pärssimine

1.1.3 Konkurentsivõimetu pärssimine

1.2 Pöördumatu pärssimine

1.3 Allosteeriline pärssimine

2. Uus liik ensümaatilise aktiivsuse pärssimine

3. Ensüümi inhibiitorite kasutamine

KOKKUVÕTE

Kasutatud kirjanduse loetelu

1. Ensüümide inhibiitorid. Ensüümide aktiivsuse pärssimise tüübid

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

Joonis 1. Skeem ensüümi toime aktiveerimiseks ja pärssimiseks (vastavalt Yu. B. Filippovitšile): a. - ensüümi allosteeriline keskus; K - katalüütiline keskus; c - substraadi keskus

Ensüümid on vastavalt valgud, nende aktiivsust saab vähendada või täielikult kõrvaldada mõjudega, mis viivad valkude denatureerimiseni (kuumutamine, kontsentreeritud hapete, leeliste, raskmetallide soolad jne) nende mehhanismi uurimisel erilist huvi ei paku. Palju olulisem on inhibeerimise uurimine, kasutades aineid, mis spetsiifiliselt ja tavaliselt väikestes kogustes interakteeruvad ensüümidega - ensüümi inhibiitoritega. Paljude bioloogiliste protsesside, näiteks glükolüüsi, Krebsi tsükli jt mehhanismide dešifreerimine sai võimalikuks ainult erinevate ensüümide spetsiifiliste inhibiitorite kasutamise tulemusena (N.E. Kucherenko, Yu.D. Babenyuk et al., 1988).

Mõned ensüümi inhibiitorid on loomade ja inimeste keha jaoks tõhusad raviained, teised surmavad mürgid (V.P. Komov, V.N. Shvedova, 2004).

Inhibiitorid interakteeruvad ensüümimolekuli aktiivsete keskustega, inaktiveerides valkude funktsionaalseid rühmi. Nad võivad suhelda metallidega, mis on osa ensüümimolekulidest ja ensüüm-substraadi kompleksidest, neid inaktiveerides. Suured kontsentratsioonid inhibiitorid hävitavad ensüümimolekuli kvaternaarsed, tertsiaarsed ja sekundaarsed struktuurid, põhjustades selle denatureerimise (A. I. Kononsky, 1992).

Hiljuti avastati antiensüümid (antiensüümid või antiensüümid), mis on valgud, mis toimivad ensüümide inhibiitoritena. Selliste ainete hulka kuuluvad näiteks sojaubades leiduv trüpsiini inhibiitor ja seerumi antitrüpsiin. Ensüümivastane ornitiini dekarboksülaas avastati hiljuti loomade maksas. Suure tõenäosusega moodustavad antiensüümid vastavate ensüümidega raskesti eraldatavaid komplekse, välistades need keemilistest reaktsioonidest. Mõnikord on inhibiitor ensüümi prekursori koostisosa või komplekssete ensüümikomplekside koostisosa. Siiski pole veel selgitatud, kas sellised antensüümid on tõelised inhibiitorid või reguleerivad allüksused.

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

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

1.1 Pöörduv pärssimine

Ensüümide pöörduvat pärssimist on kolme tüüpi: konkurentsivõimeline, mittekonkureeriv ja mittekonkureeriv, sõltuvalt sellest, kas substraadi kontsentratsiooni suurendamisega on võimalik ensümaatilise reaktsiooni pärssimisest üle saada või mitte.

1.1.1 Konkurentsivõime pärssimine

Konkureeriv inhibiitor konkureerib substraadiga aktiivse saidiga seondumise pärast, kuid erinevalt substraadist ei toimu ensüümiga seotud konkureeriv inhibiitor ensümaatilist muundamist. Konkurentsivõimelise pärssimise eripära on see, et seda saab kõrvaldada või nõrgendada lihtsalt substraadi kontsentratsiooni suurendamisega. Näiteks kui substraadi ja konkureeriva inhibiitori teatud kontsentratsioonidel on ensüümi aktiivsus 50% pärsitud, siis saame inhibeerimise astet vähendada, suurendades substraadi kontsentratsiooni.

Oma kolmemõõtmelises struktuuris sarnanevad konkureerivad inhibiitorid tavaliselt selle ensüümi substraadiga. Selle sarnasuse tõttu suudab konkureeriv inhibiitor ensüümi "trikitada" ja sellega seonduda. Konkureerivat pärssimist saab kvantifitseerida Michaelis-Menteni teooria põhjal. Konkureeriv inhibiitor I lihtsalt seondub pöörduvalt ensüümiga E, moodustades sellega kompleksi

Konkureerivat pärssimist saab kõige hõlpsamini ära tunda eksperimentaalselt, määrates kindlaks inhibiitori kontsentratsiooni mõju esialgse reaktsioonikiiruse sõltuvusele substraadi kontsentratsioonist. Et selgitada küsimust, mis tüüpi - konkureeriv või mittekonkureeriv - ensüümi pöörduv pärssimine toimub, kasutatakse kahekordsete vastastikuste väärtuste meetodit. Kahekordse pöördkoordinaadiga joonistatud graafikute põhjal on võimalik määrata ka ensüümi inhibiitori kompleksi dissotsiatsioonikonstandi väärtus (vt joonis 1) (A. Lendinger, 1985)

Konkureerivat pärssimist võivad põhjustada ained, mille struktuur sarnaneb substraadi struktuuriga, kuid erineb veidi tegeliku substraadi struktuurist. See inhibeerimine põhineb inhibiitori seondumisel substraati siduva (aktiivse) keskusega (vt joonis 2).

Riis. 2. Üldpõhimõte konkurentsipõhine pärssimine (skeem V.L.Kretovitši järgi). E - ensüüm; S - substraat; Р 1 ja Р 2 - reaktsioonisaadused; Ma olen inhibiitor.

Näitena võib tuua maloonhappe mõju reaktsioonile, mida katalüüsib suktsinaatdehüdrogenaas ja mis on seotud merevaikhappe muundamisega fumaarhappeks. Maloonhappe lisamine reaktsioonisegule vähendab või peatab täielikult ensümaatilise reaktsiooni, kuna see on suktsinaatdehüdrogenaasi konkureeriv inhibiitor. Maloonhappe ja merevaikhappe sarnasus on ensüümiga kompleksi moodustamiseks piisav, kuid selle kompleksi lagunemist ei toimu. Merevaikhappe kontsentratsiooni suurenemisega tõrjub see maloonhappe kompleksist välja, mille tulemusel taastatakse suktsinaatdehüdrogenaasi aktiivsus.

Riis. 3. Konkurentsivõimeline pärssimine merevaikhappe muundamisel fumaarhappeks maloonhappe toimel.

Substraadi (suktsinaat) ja inhibiitori (malonaadi) struktuur on endiselt mõnevõrra erinev. Seetõttu konkureerivad nad aktiivse saidiga seondumise pärast ja inhibeerimise määr määratakse kindlaks malonaadi ja suktsinaadi kontsentratsioonide suhte, mitte aga inhibiitori absoluutse kontsentratsiooni järgi. Seega võib inhibiitor pöörduvalt ensüümiga seonduda, moodustades ensüümi-inhibiitori kompleksi. Seda tüüpi pärssimist nimetatakse mõnikord metaboolse antagonismi inhibeerimiseks (vt joonis 3).

Üldiselt võib inhibiitori ja ensüümi interaktsiooni reaktsiooni esitada järgmise võrrandiga:

Saadud kompleks, mida nimetatakse ensüümi-inhibiitorikompleksiks EI, erinevalt ensüümi-substraadi kompleksist ES, ei lagune reaktsioonisaaduste tekkimisel.

Paljud ravimid pärsivad inimeste ja loomade ensüüme konkurentsivõimelisel viisil. Näiteks kasutatakse sulfa -ravimeid mõnede bakterite põhjustatud nakkushaiguste raviks. Selgus, et neil ravimitel on struktuurne sarnasus para-aminobensoehappega, mida bakterirakk kasutab foolhappe sünteesimiseks, mis on bakteriaalsete ensüümide lahutamatu osa. Selle struktuurilise sarnasuse tõttu blokeerib sulfaniilamiid ensüümi toimet, asendades para-aminobensoehappe kompleksist foolhapet sünteesiva ensüümiga, mis viib bakterite kasvu pärssimiseni.

Bakteriraku seina peptidoglükaani struktuur sisaldab D-alaniini, mida loomade ja inimeste kehas pole. Rakuseina sünteesimiseks kasutavad bakterid loomade L-alaniini D-vormiks muutmiseks ensüümi alaniin-ratsemaasi. Alaniini ratsemaas on iseloomulik bakteritele ja seda ei leidu imetajatel. Seetõttu on see hea sihtmärk ravimite pärssimiseks. Metüülrühma ühe prootoni asendamine fluoriga annab fluoroalaniini, millega alaniini ratsemaas seondub, mis viib selle pärssimiseni.