Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Следует отметить, что подобная диссоциация часто является обратимой; например, пероксидаза днссоцнирует на два неактивных компонента в кислой среде, однако прп рН 7 активность восстанавливается. 8.5. Ингибироввние ферментов Скорость катализнруемой ферментом реакции может быть замедлена специфическнмн иигибиторами, т.
е. соединениями, которые, взаимодействуя с ферментом, препятствуют образованию нормального фермент-субстратпого комплекса, уменьшая тем самым скорость реакции. Некоторые ингибиторы ферментов являются для живых организмов ядами (например, цианид, сероводород и монооксид углерода).
Поскольлу токсичность многих ядов обусловлена их ингибнрующим действием на ферменты, то ряд проблем токсикология следует рассматривать с энзимологнческих позиций. Многие лекарственные препараты также являются ингибиторами, поэтому развитие молекулярной фармакологии также в значительной мере связано с исследованиями процессов ингнбирования ферментов. Такого рода исследования позволяют получить также весьма важную информацию о самих ферментах. Различают трн типа обратимого ингибировання ферментов: конкурентное, неконкурентное и бесконкдренгное; их можно различить с помощью кинетического анализа.
8.5Л. Конкурентное ингибирование Конкурентные ингибиторы способны обратимо связываться с активным центром фермента н конкурировать с субстратом за активный центр. Если активный центр занят ингпбитором, он не способен связывать субстрат. Взаимодействие конкурентного пн- гс катализ гибнтора ! с ферментом Е можно записать таким же образом, как и взаимодействие субстрата с ферментом, при этом, конечно, следует помнить, что ингибитор не подвергается химическим изменениям н не превращается в продукт: Е+1 ч::==а Е! (26) А",— константа дигсоциациц для фермент-ингнбиторного комплекса Е1: 1Е! !1! К1 = —— !Е1! Поскольку образование Е! зависит от 1!1 точно так же, как образование Е8 зависит от 1Я, наблюдаемая в присутствии конкурентного ингибитора скорость реакции (при постоянной концентрации фермента) зависит от относительных концентраций В и !. Одним из первых примеров (ставшим в настоящее время классическим) конкурентного ингибпрованпя является действие мало- новой кислоты на секцннатдегидрогеназу, которая в присутствии подходящего акцептора водорода Л катализпрует реакцию НССООН + А !! + НООССН восс~пановленный аняепыпр янппарная иисляп~а янссепппор <рзыароаая иислоыа Многие соедияения, структурно сходные с янтарной кислотой, но не способные дегидрироваться, могут соединяться с ферментом, блокировать активный центр и тормозить протекание нормальной реакции.
Некоторые ингибиторы сукцинатдегидрогеназы приведены ниже. соон ! сна соон соон соон снп соон ~рсннлпроп и ппиввя писпоспа Малоновая иисемпп щавелевая писпоп1в слзыпрпппя пислоспа 1-!анболее мощным ннгнбнтором из указанных выше является малоновая кислота. При отношении концентраций ннгнбитора и субстрата 1:бО степень ингибированпя фермента составляет 50%.
СООН ! СНп сне ! СООН соон снп Сне ! СНп ! соон В. ФЕРМЕНТЫ. 1 2бз Каниуренмнае ннгибираевние Ненсниуренинге ингисаравание гбв — — ~ Вегиан уренмиае ннгиаираввние Рис. 8.7. Зависимость !/)г от ЦЯ„нллюстриругощан различные типы янгибнроваиян ферментативных реаигий: и †конкурентн ингябирование (уравненяе (хзЦ; б †неконкурентн ингнбироваиие (уравнение (33Ц; в — бесконкурентное ингибирование (ураввенне (35Ц.
К„ и )гаме (для неингибярованных реакций) и Кг (для ингибированных реакций) определяют по наклонам прямых и отрезкам, от- секаемым на осях. Увеличение концентрации субстрата при постоянной концентрации ингибитора снижает степень ингибированая, и, напротив, понижение концентрации субстрата увеличивает степень ннгнбировання. Если бы янтарная н малоновая кислоты связывалпсь с разными участками фермента, было оы трудно объяснить, почему они должны конкурировать друг с другом. Поскольку наблюдается конкуренция, сделано заключение, что они взаимодействуют с ферментом в одном и том же участке активного центра. Структуры всех конкурентных ингпбиторов имеют некоторое сходство с соответствучощими субстратамп.
и. клтхлиз 8.5.2. Неконкурентное иигибиравание При рассматриваемом типе ингибирования степень его зависит только от копцентрацик ингибитора и не зависит от концентрации субстрата, причем в отличие от конкурентного ингибнрования образование Е( происходит не на том участке фермента, с которым связывается субстрат: Е+1 -г==ь Е! (29) в Е5+ ! ч=---ь Е5! (30) где Е) и Б81 являются неактивными. Следует рассмотреть две константы диссоцнапип (ЕЦ (Е) 1Ц (3Ц !Е5) !Ц К,. !Е5Ц (32) Уравнение для неконкурентного ингнбирования (в двойных об- ратных величинах) запишется следующим образом: (33) Конкурентное ннгибированне может быть выявлено с помошыо кинетического анализа: следует изучить влияние концентрации мнгибитора на зависимость Ь' от !8)', используя уравнение Лайпупвера — Бэрка (1!), как это показано на рис.
8.7. Действие конкурентных ингвбиторов подчиняется следующему уравнению, в которое входит К; (константа диссоциации комплекса Б1) и Щ (концентрация 1); ! К,„/ !Ц3! — ~1+ — ~ — + (28) Кпах К» !5) ! спах Все другие обозначения в уравнении (28) идентичны соответствуюшим в уравнении (11). На рисунке видно, что при конкурентном ннгибировании величина отрезка 1/К„ах остается такой же, как и в отсутствие иигнбитара, однако тангенс угла наклона меняется п становится равным 1+ (111/К;). Этого можно было ожидать, так как при насып!ающих концентрациях субстрата 8, получаемых прп экстраполяции на !/!8)' =О, концентрация 8 столь высока, что связывания ингибитора с активным центром не происходит.
Степень ингибировання при меньших концентрациях субстрата зависит от отношения [11/181 и значения Кь а. ФеРменты. ! где обозначения те же, что и в уравнении (28), а К; — константа ингибирования, учитывающая суммарное влияние Ке' и Кю' (которые могут иметь кан одинаковое, так и разное значение). Результаты графического анализа уравнения (ЗЗ), приведенные на рнс.
8.7, показывают, что как наклон, так и величина отрезна, отсекаемого на оси ординат, отличакпся от соответствующих параметров для неингибироваиной реакции на величину !+!1)/Кь Неконкурентные ингибиторы взаимодействуют не с активным центром, а с другим участкам фермента; при этом они вызывают существенные изменения конформации фермента, в результате чего нарушается нормальное взаимодействие активною центра с субстратом. Примерами неконкурентных ингибиторов являются ионы тяжелых металлов, например Ад+, Нйэ+ и РЬэ+, реагирующие с тноловыми группами фермента, и хелат-образующие реагеиты, взаимодействующие с ионами металлов, необходимыми для аьтпвностн.
Многие соединения необратимо взаимодействуют с ферментом, образуя ковалентные производные либо в области активного центра, либо в другой части молекулы (непосредственно не участвуюшеи в фермент-субстратном взаимодействии). Эти соединения в строгом смысле не являются неконкурентными ингибиторами„поскольку оии необратимо инактивируют фермент. Например, единственная тиоловая группа активного центра папаина быстро реагирует с иодацетатом, в результате образуется остаток Б-нарбокснметилцистеина (равд.
6.1.1). Степень инактивации папаина этим ингибитором прямо пропорциональна степени Б-карбоксиметнлирования. Иодацетат инактивирует также некоторые ферменты, у которых тиоловые группы локализованы вие области активного центра; в этих случаях потеря активности связана с изменением конформации фермента. В гл. 9 рассмотрен рид других соединений, образующих ковалентные производные специфических групп ферментов и нашедших широкое применение как реагенты для идентификации групп, ответственных за ферментативную активность.
8.5.3. Бесконкурентное ингибирование Ингибирование бесконкурентного типа наблюдается в том случае, когда ингибитор обратимо взаимодействует толъко с ЕБ. что приводит к комплексу Е51, не способному образовывать продукты. В этом случае 1881 1Ц !88!1 и.
кхтхлпз и кннетика пнгнбирования описывается следующим уравнением: ! К,„! ! / (Ц! ь = у,,„(з) + и ...„(,!+ к, ! (зз) [обозначения те же, что и в уравнениях (28) илн (33)1. При графическом анализе (рнс. 8.7) видно, что изменяется только величина отрезка, отсекаемого на оси ординат, а наклон прямой остается таким же, как и для неннгибированной реакции. Прн увеличении концентрации субстрата действие бесконхурентного ингибитора (аналогично действию неконкурентного ингибитора) ие снижается. Ингибирование рассматриваемого типа обычно встречается в случае ферментатнвных реакций с участием двух (нли большего числа) субстратов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
