Лекція 7 Інгібітори ферментів
Питання для розгляду
Поняття «інгібітори ферментів»
Кінетична класифікація інгібіторів. Незворотне й зворотне інгібіювання
Типи інгібіювання конкурентний, неконкурентний, змішаний.
Визначення типу інгібіювання
Окремі випадки інгібіювання субстратом і продуктом реакції
Інгібітори ферментів
Окрім звичайних чинників (розчинник, температура, рН), на швидкість ферментативнихпроцесів впливає присутність деяких специфічних для даного ферменту з'єднань, які прийнято називати або інгібіторами (якщо вони вповільнюють перебіг реакції), або активаторами (якщо вони прискорюють процес). Ефектори ферментативнихреакцій підрозділяють на
«оборотні» (зв'язуються з ферментом нековалентно) і «необоротні»
(утворюють із ферментом ковалентні зв'язки). У свою чергу оборотні ефектори ділять на конкурентні й неконкурентні.
Необоротні
(як правило, неприродного походження): п- хлормеркурібензоат(зв'язує угрупування
-SH), диізопропілфторфосфат(інгібітор протеїназі естераз).
Оборотні інгібітори – клітинні метаболіти й діють як а) конкурентні інгібітори; б) неконкурентні інгібітори в) безконкурентніінгібітори
Типи інгібірування конкурентний, неконкурентний, змішаний
Тип інгібітора визначають експериментально, керуючись рінянням
Міхаеліса-Менент і Лайнуївера-Берка.
Конкурентне інгібірування
Основною особливістю конкурентного інгібіруванняє те, що інгібітор, як і субстрат, зв'язується в активному центрі ферменту (рис.1)
Як правило конкурентні інгібітори є аналогами субстрату, що зберігають усе (або більшість) функціональних груп, необхідних для пов'язання з ферментом, але не здатні зазнавати ферментативнеперетворення.
Таким чином, фермент може утворювати або фермент- субстратнийкомплекс, який потім перетворюється на продукт, або фермент-
інгібіторнийкомплекс (EI). Пов'язання інгібітору з ферментом і субстратом
одночасно неможливе.
Характерною особливістю конкурентного інгібіруванняє те, що при постійній концентрації інгібітору збільшення концентрації субстрату підвищує активність ферменту, і при будь-якій концентрації інгібітору завжди знайдеться концентрація субстрату, повністю оновлюючого активність ферменту (інгібітор повністю витісняється з активних центрів ферменту надлишком субстрату).
При конкурентному гальмуванні, інгібітор зв'язується тільки з вільним
ферментом, тим, що не входе до складу комплексу ES
Залежність швидкості реакції від концентрації інгібітору за Міхаелісом-
Ментен виглядає так (рис. 2)
Рис. 2 – Конкурентне інгібіювання активності ферменту за графіком ММ.
За графіком Лайнуївера – Берка тип конкурентного інгібітору виглядає так
(рис.3)
У протилежність конкурентному інгібіруваннюнеконкурентні інгібітори не впливають на константу Міхаеліса, але зменшують максимальну швидкість ферментативногопроцесу
Ki = [E][I] / [Ei], чим менше Ki, тим сильніше інгібітор. Так, малонова , щавлевооцтова й глутарова кислоти інгібірують фермент сукцинат дегідрогеназусубстратом якої є янтарна кислота, оскільки вони схожі по будові із субстратом.
Сульфаніламідні антибактеріальні препарати мають схожу будову з параамінобензойноюкислотою і є конкурентними інгібіторами в синтезі бактеріями фолієвоїкислоти (чинника зростання бактерій). У людини немає такого метаболічного шляху й у лікувальних дозах вони не впливають на
життєдіяльність людини, надаючи загальний бактеріостатичнийефект
(порушуючи в деякій мірі діяльність кишкової мікрофлори).
Неконкурентне інгібірування
иявляється при зв'язуванні інгібітору з ферментом поза активним центром, але при цьому міняється структура активного центру й зв'язок із субстратом стає неможливим.
E + I –––>> EI? УШ + Ы –––ЮЮ (неможливо) (Рис.4).
Схема взаємодії фермент-субстрат –інгібітор при неконкурентному
інгібіювання рис.5):
Кінетика у присутності неконкурентного інгібітора(рис.6).
(порушуючи в деякій мірі діяльність кишкової мікрофлори).
Неконкурентне інгібірування
иявляється при зв'язуванні інгібітору з ферментом поза активним центром, але при цьому міняється структура активного центру й зв'язок із субстратом стає неможливим.
E + I –––>> EI? УШ + Ы –––ЮЮ (неможливо) (Рис.4).
Схема взаємодії фермент-субстрат –інгібітор при неконкурентному
інгібіювання рис.5):
Кінетика у присутності неконкурентного інгібітора(рис.6).
Чому не змінюється Км в умовах дії неконкурентного інгібітору?
Тому, що інгібітор добре зв'язується як з вільним ферментом, так і ферментом у складі ES комплекса.
Відповідно до Лайнуївера-Берка неконкуренті
інгібітори зменьшують максимальну швидкість, але не впливають на Км.
Безконкурентнеінгібірування- результат приєднання інгібітору тільки після утворення ензим – субстратного комплексу:E + S = ES; ES + I = ESI
Кінетика ферментів у присутності без конкурентного інгібітору:?
Гафік Міхієліса –М ентен ( концентрація субстрату проти швидкості реакції виглядає так:
Тобто, безконкурентні інгібітори зменшують як максимальну швидкість, так
і Км.
Необоротні інгібітори – ферментні отрути
При графічному аналізі даних за Міхаелісом –Ментон отримуємо:
Необоротні інгібітори зменшують Vmax, але залишають Км без змін.
Необоротні інгібітори відрізняються від інших типів інгібіторів, тому що
вони ковалентне модифікують фермент. Це призводить до постійного
інгібіювання активності ферменту.
•
Таким чином,
конкурентні інгібітори зв’язуються з активним центром ферменту, конкуруючи з субстратом. У присутності
•
Неконкурентні інгібітори зв’язуються не з активним, а алостеричним центром, доступність субстрату до активного центру зменшується, швидкість падає, Vmax знижується.
•
Безконкурентні інгібітори зв’язуються тільки з комплексом фермент- субстрат, тому збільшують Км, зменшують Vmax.
•
Необорні інгібітори, суіцідальні інгібітори утворюють ковалентний зв’язок в активному центрі ферменту, виводять фермент з реакції, тому вони впливають тільки на V max.
Окремі випадки інгібіруваннясубстратом і продуктом реакції
Деякі продукти ферментативнихреакцій також виступають у ролі інгібіторів.
Так, глюкоза інгібірує фермент глюкозо-6фосфатазу:
Глюкозо-6-фосфат+ Н
2
О ––– >> Глюкоза + Н
3
РО
4
Інгібірування надлишком субстратуспостерігається в ряді випадків у результаті блокування активного центру за схемою
Ферменти протеїнкінази мають чверткову структуру, містять дві субодиниці
- каталітичну й регуляторну. Активатор впливає на регуляторну, а в результаті звільняється каталітична субодиниця