Влияние ингибиторов на ферментативные реакции

Ингибитор (лат. inhibere – задерживать) – вещество, замедляющее протекание ферментативной реакции. Взаимодействуя с активным центром фермента, ингибиторы по тому или иному механизму прерывают каталитический цикл, уменьшая скорость ферментативной реакции.

Сразу хочу отметить, что в основе действия многих лекарственных препаратов и ядов лежит ингибирование активности ферментов, поэтому знание механизмов данного процесса крайне важно для фармакологии и токсикологии.

Классификация и применение. Различают два основных класса ингибиторов:

I. Обратимые: связываются с ферментами слабыми ковалентными связями и при определенных условиях отделяются от ферментов. Классическая кинетическая схема обратимого ингибирования:

Классическим примером обратимого ингибитора является цианид-ион или окись углерода, взаимодействующие с гем-содержащими ферментами. Образуя комплексы с гем-белками, эти соединения обратимо выводят их из биосистем.

В свою очередь обратимые ингибиторы делятся на:

· конкурентные: связываются с активным центром фермента и конкурируют за него с субстратом. Такой ингибитор обычно структурно схож с субстратом, однако фермент не способен катализировать реакцию в присутствии ингибитора из-за отсутствия у последнего функциональных групп.

Схема конкурентного ингибирования: ;

Уравнение Михаэлиса-Ментен: , где K _i – константа диссоциации комплекса фермента с ингибитором или константа ингибирования.

Видно, что при конкурентном ингибировании максимальная скорость реакции V _max не изменяется, а K _M увеличивается в (1+[ I ]/ K_i) раз.

Примерами конкурентных ингибиторов являются: четвертичные аммониевые основания, которые ингибируют ацетилхолинэстеразу, катализирующую реакцию ацетил холина на холин и уксусную кислоту.

· неконкурентные: не мешаютсвязыванию субстрата с ферментом. Способны присоединяться как ксвободному ферменту, так и кфермент-субстратному комплексу содинаковой эффективностью. Такие ингибиторывызывают конформационныеизменения, которые не позволяютферменту превращать субстрат в продукт,но не влияют на сродство фермента ксубстрату.

Схема и уравнение Михаэлиса-Ментен:

При таком ингибировании K _M не изменяется, а максимальная скорость реакции V _max уменьшается в (1+[ I ]/ K_i) раз.

· безконкурентные: связываются только с фермент-субстратным комплексом, но не со свободным ферментом. Субстрат, связываясь с ферментом, изменяет его конформацию, что делает возможным связывание с ингибитором. Ингибитор, в свою очередь, так меняет конформацию фермента, что катализ становится невозможным.

Схема и уравнение Михаэлиса-Ментен в случае бесконкурентного ингибирования:

.

В данном случае, максимальная скорость реакции V _max и K _M уменьшаются в одинаковое число раз.

II. Необратимые (инактиваторы): ведут к формированию стабильного комплекса с ферментом, ведущее его к необратимой инактивации.

,

где EI – неактивное производное.

Примерами необратимых ингибиторов являются:

1) в качестве ядов: ионы тяжелых металлов (Hg²⁺, Ag⁺, As³⁺), которые блокируют сульфгидрильные группы, а также фосфоорганические соединения, используемые в качестве пестицидов или БОВ (зарин, зоман), которые ингибируют ацетилхолинэстеразу, образуя прочные инертные соединения, блокируя центральную нервную систему организма.

2) в качестве лекарственных препаратов: всем известный аспирин, который обеспечивает фармакологическое действие за счет ингибирования фермента циклооксигеназы, катализирующего реакцию образования простагландинов (медиаторов воспаления) из архидоновой кислоты.