Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Введение в энзимолопио основным механизмом контроля. Подавление ферментативной активности лежит также в основе действия многих лекарственных веществ и токсических агентов. Наконец, анализ ингибироваиия ферментов является одним из подходов к изучению механизмов ферментативного действия. Ингибирование ферментов может быть как обратимым, так и необратимым. При необратимом ингибировании ингибитор ковалентио соединяется с ферментом или же связывается так прочно, что диссоциация идет очень медленно. Пример необратимого ингибирования— действие иервнопаралитических ядов на ацетилхолинэстеразу, играющую важную роль в передаче нервных импульсов.
Одно из ~аких отравляющих веществ — диизопропилфторфосфат-взаимодействует с имеющим критическое значение остатком серина в активном центре фермента с образованием неактивного комплекса диизопропилфосфорил — фермент (рис. 6.14). Алкилирующие агенты, например иодоацетамид, способны к необратимому ингибированию ферментов путем модификации цистеина и других боковых цепей (рис.
6.15). В отличие от рассмотренной ситуации при обратимом ингибировании равновесие между ингибитором и ферментом устанав- ливается быстро. Простейший вид обратимого ингибирования-это конкурентное ингибирование. Конкурентный ингибитор похож на субстрат и потому связывается активным центром фермента (рис, 63 6). Это препятствуе~ связыванию субстрата в том же активном центре. Иными словами, невозможно одновременное связывание субстрата и конкурентного иигибитора.
Конкурентный ингибитор уменьшает скорость катализа лутивм снижения доли молекул фермента, связавших субстрат. Классический пример конкурентно~о ингибирования — действие малоната на сукцинат-депщрогеназу — фермент, отщепляющий от сукцината ионы водорода. Малонат отличается от сукцината тем, что имеет не две метильные группы, а одну: Сукцннвт Ммнтвт Физиологически важный пример конкурентного ингибирования связан с образованием 2,3-бисфосфоглицерата из 1,3-бисфосфоглицерата. Фермент, катализирующий эту изомеризацию,— бисфосфоглицератмутаза-конкурентно ингибируется низкими концентрациями 2,3-бисфосфоглицерата. Конкурентный ингиоитор Суострет Стестрет Неконкурентный иигиоитор Рис. 6.16. Е+ 1 Е1, (Е) (Ц '(ЕЦ 0 С вЂ” ОРО ' Н вЂ” С вЂ” ОН НтС вЂ” ОРО т Кэвиефеефегвицерет 0 !! С вЂ” 0 ! Н вЂ” С вЂ” ОРО жа.аиефеефегиицерет (25) Различие между конкурентным и неконкурентнылт ннгибитором: слева — фермент-субстратный комплекс; в с еред и н е — конкурентный ингибитор препятствует связыванию субстрата; справа -неконкурентный ингибитор не препятствует связыванию субстрата.
В сущности, это довольно обычное явление, когла продукт ферментативной реакции ведетсебя как конкурентный ингнбитор в силу структурного сходства с субстратом. При неконкурентном, но нюжв обрагпимом ингибировании ингибитор и субстрат могут связываться молекулой фермента одновременно; само по себе это показывает, что участки их связывания не перекрыватотся. Действие неконкурентного ингнбитора заключается в уменьшении числа оборотов фермента, а не в снижении доли связавших субстрат молекул фермента. Возможны и более сложные механизмы ингибирования, когда ингибитор влияет и на связывание субстрата, и на число оборотов фермента.
Активность фермента может быть ингибнрована также в результате взаимодействия между разными субъединицами олигомерного фермента. Этот тип ннгибирования, называемый аллостврическим ингибированием, имеет очень важное значение для физиологических процессов. Мы его рассмотрим несколько ниже. Часть 1 Пб Конформвция и динамика 6.14. Конкурентное и неконкурентное ингнбироваиие различаются по кянетике Измерение скоростей катализа при разных концентрациях субстрата дает возможность отличить конкурентное ингибирование от неконкурентного. При конкурентном ингибировании на графике, где 1/Уотложена против !/(Б), прямая пересекает ось ординат в одной и той же точке независимо от присутствия ингибитора„меняется только угол наклона прямой (рис. 6.17). Это показывает, что при конкурентном ингибированин У „ не изменяется.
Особенность конкурентного ингибировиния состоит в том, что при достаточно высокой концентрации субстрати ингибирование может быть преодолено. В самом деле, субстрат и ингибитор конкурируют за один н тот же участок. При достаточно высокой концентрации субстрата почти все активные лент.ры заняты субстратом и фермент проявляет полную активность. Увеличение угла наклона прямой на графике зависимости 1/1'от 1/Я указывает на прочность связи конкурентного ингибнтора.
В присутствии конкурентного ингибитора уравнение (16) заменяется следующим: где (Ц-концентрация ингибитора, а К,— константа диссоциации комплекса фер- мент-ингибитор Другими словами, в присутствии конкурентного иигибитора наклон прямой увеличи- (Ц '1 вается на величину 1+ /1. Рассмотрим к,.( фермент с Км, равной 10 4 М. В отсутствие ингибитора 1' = 1' „/2 при ($] = 10 4 М. В присутствии 2 10 ' М конкурентного нн- + Конкурентный ннгнбнтор Е = ЕЯ вЂ” + Е ьв Рис. 6.17. 1' ы=- Р 1+ (Ц/К,. (26) -+ Неконкурентный 1/(8) Рис. 6.18. 117 Кинетика ферментативной реакции на графике двойных обратных величин в присутствии (Ф вЂ” ° ) или в отсутствие (Π— О) конкурентного ингибнтора.
К не меняется, Км возрастает. гнбитора, связываюшегося с ферментом с К, = 10 з М, кшкущаяся Км составит 3 10 ' М. Отсюда 1'= 1' /4. При неконкурентном ингибировании (рис, 6.18) (г,„уменьтпается, а это значит, Е ЕЗ вЂ” +Е+ Р +$ Кинетика ферментативной реакции на графике двойных обратных величин в присутствии(ву †'фг) или в отсутствие (Π— О) неконкурентного ингибитора. Неконкурентньй ингибитор не влияет на К, но снижает 1'„ 1/(8) что пересечение прямой с осью ординат произоцдег в более высокой точке. В той же мере возрастает и наклон прямой, равный Км/Рч „,.
В отличие от Р„Кы не изменяется при этом виде ипгнбирования. Повышение концентрации субстрата не снимает неконкурентного ингибирования. Максимальная скорость реакции (г „в присут- 1 ствии неконкурентного ингибитора задается уравнением 6.15. Лечение отравления этилевгликолем на основе конкурентного иигибирования Ежегодно около 50 человек погибают от от- равления этиленгликолем — добавки в анти- фриз для автомобильных двигателей. Сам 6. Введение в знзнмологию Ингненроеенне О Н Ъ,Г С СН ОН вЂ” + СООН СООН Щееееееее внееОте Рис. 6.19.
СН ОН СН,ОН Этееенгенкоеь Этанол подавляет образование щавелевой кислоты из этиленгликоля. по себе этиленгликоль не обладает легальной токсичностью. Собственно ядом является продукт его окисления- щавелевая кислота. Первый этап превращения — окисление этиленгликоля алкогольдегидрогеназой (рис. 6.19). Эту реакцию можно эффективно затормозить путем введения большой, почти токсичной дозы этанола.
Механизм действия состоит в том, что этанол оказывается конкурентным субстратом и потому блокирует окисление этиленгликоля в альдегидные проиэводныв. Этиленгликоль прн этом вьеодится, не причиняя вреда. Такой же принцип лежит в основе лечения метанольного отравления. 6.16. Аллостерические ферменты не подчиняются квиетике Михазлнса — Меитеи Модель Михаэлиса — Ментен оказала большое влияние на развитие энзимологии.
Достоинство этой модели — в простоте и широкой применимости. Все же не все ферменты подчиняются кинетике Михаэлиса — Ментен. В первую очередь-это большая группа иллостврических ферментов, для которых зависимость скорости реакции 1' от концентрации субстрата (8] имеет сигмоидную форму, а не гиперболическую, как предсказывает уравнение Михаэлиса — Ментен (уравнение (15)]. Вспомним, что кривая связывания кислорода для миоглобина — гиперболическая, тогда как для гемоглобина — сигмоидная.
Ситуация с ферментами совершенно аналогична. В аллостерических ферментах один активный центр в молекуле фермента оказывает влияние на другой активный центр в той же молекуле. В результате такого взаимодействия между субъединицами связывание субстрата становится кооперативным, и кривая зависимости р от Часть ! 118 Конформации и динамика Я приобретает сигмоидную форму. Кроме того, активность аллостерических ферментов может регулироваться воздействием определенных молекул, связывающихся с ферментом в некаталитических участках, подобно тому, как на связывание кислорода гемоглобином влияют бисфосфоглнцерат, Н' и СОн 6.17.
Согласованны механизм аллостерических взаимодействии Изящную и четкую модель хинетики аллостерических ферментов предложили в 1965 г. Жак Моно, Джефри Уайман и ЖанПьер Шанже (э. Молод, 3. %ушап, ).-Р. Сйапйепх), Используя их подход, рассмотрим аллостерический фермент, состоящий из двух идентичных субъединиц, каждая с одним активным центром. Допустим, что субъединицы могут находиться в двух конформациях — К и Т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
