2.3. Ингибирование ферментов
Скорость ферментативной реакции, как и активность энзима, в значительной степени определяется также присутствием в среде ингибиторов, которые снижают её.
Ингибиторы биокатализаторов – это вещества, вызывающие частичное (обратимое) или полное торможение процессов, катализируемых ферментами. В зависимости от прочности связи, образующейся между эффектором и энзимом, принято выделять два вида ингибирования: обратимое и необратимое.
Если ингибитор связывается с ферментом ковалентной связью, вызывая стойкие изменения пространственной структуры молекулы энзима или модификацию функциональных групп, такое явление называется необратимым.
Его примером может служить результат действия йодацетата, диизопропилфторфосфата (ДФФ), а также диэтил-n-нитрофенилфосфата и солей синильной кислоты, что приводит к cвязыванию и выключению функциональных групп или ионов металлов в молекуле фермента. Так, например, ДФФ – соединение из группы нервнопаралитических отравляющих веществ – прикрепляясь к остатку аминокислоты серина, находящегося в активном центре энзима ацетилхолинэстеразы, образует фермент-ингибиторный комплекс. В норме данный биокатализатор гидролизует ацетилхолин, играющий роль нейромедиатора. Почти сразу после очередного нервного импульса ацетилхолинэстераза расщепляет его на холин и уксусную кислоту и нейрон готов к передаче следующего импульса. Если этот фермент ингибирован, то ацетилхолин накапливается, нервные импульсы следуют один за другим и мышца длительное время не расслабляется. В конце концов, наступает паралич или смерть.
Некоторые биокатализаторы полностью угнетаются очень малыми концентрациями ионов тяжелых металлов, например ионов ртути (Hg2+), серебра(Ag+) и мышьяка (As+) или йодуксусной кислотой. Эти электролиты необратимо соединяются с сульфгидрильными группами (–SH) и вызывают денатурацию апофермента.
В свою очередь, в зависимости от типа локуса фермента, куда садится эффектор, различают конкурентное и неконкурентное ингибирование.
В случае обратимого действия ингибитор образует с энзимом непрочный комплекс, способный распадаться, в результате активность биокатализатора восстанавливается.
Первое явление может быть вызвано веществами, имеющими структуру, сходную со строением молекулы, но несколько от него отличающуюся. Такое ингибирование основано на связывании ингибитора с активным центром биокатализатора, что нашло широкое применение в медицинской практике. Известно, например, что для лечения некоторых инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями, применяют сульфаниламидные препараты. Оказалось, что эти средства имеют структурное сходство с парааминобензойной кислотой, которую бактериальная клетка использует для синтеза жизненно важной фолиевой кислоты, являющейся коферментом. Благодаря близости пространственного строения сульфаниламид блокирует действие фермента путем вытеснения парааминобензойной кислоты из комплекса с ним, что ведет к торможению роста и размножения микроорганизмов.
Неконкурентные ингибиторы это аллостерические регуляторы.
Фермент, катализирующий превращение субстрата А в продукт В, имеет аллостерический центр для отрицательного эффектора, которым служит конечный продукт метаболического пути F. Если концентрация F увеличивается (т.е. вещество F синтезируется быстрее, чем расходуется), ингибируется активность одного из начальных ферментов. Такую регуляцию называют отрицательной обратной связью, или ретроингибированием. Отрицательная обратная связь - часто встречающийся механизм регуляции метаболизма в клетке. Такая регуляция представляется логичной, так как при накоплении конечного продукта он (конечный продукт – F1) может действовать как аллостерический центр фермента Е1, катализирующего чаще всего начальный этап данного метаболического пути:
В качестве примера можно рассмотреть регуляцию начального пути распада глюкозы. Один из конечных продуктов её распада - молекула АТФ. При накоплении данного вещества в клетке происходит ретроингибирование аллостерических ферментов фосфофруктокиназы и пируваткиназы.
