Ингибирование ферментов 57

E + Аспартат + α-Кетоглутарат E + Оксалоацетат + Глутамат

E — аспартаттрансаминаза (фермент)

Аспартат (A) связывается с ферментом, «отдаёт» свою аминогруппу. Образуется оксалоацетат (P). Он отщепляется. Затем присоединяется α-кетоглутарат (B), принимает аминогруппу. Образуется глутамат (Q) и отщепляется.

2.13 Ингибирование ферментов

Вещества-ингибиторы снижают скорость ферментативной реакции. Обратимые ингибиторы образуют нековалентные связи с ферментами. Необратимые ингибиторы образуют ковалентные связи с ферментами.

Обратимые ингибиторы классифицируют на:

—Конкурентные;

—Бесконкурентные;

—Неконкурентные.

АКонкурентные ингибиторы

Конкурентные ингибиторы [I] конкурируют с субстратом [S] за активный центр фермента [E] (т.е. образуется или комплекс [ES], или [EI]) и снижают концентрацию свободных молекул фермента.

Уравнение Михаэлиса и значение коэффициента α для конкурентного ингибирования:

Рис. 41. График Михаэлиса-Ментен для конкурентного ингибирования.

Конкурентные ингибиторы повышают константу Михаэлиса (Km) и не изменяют максимальную скорость Vmax:

—Повышение константы Михаэлиса означает, что требуется больше молекул субстрата, чтобы насытить фермент и достичь Vmax/2. Важно: повы-

шение концентрации субстрата снижает вероятность взаимодействия молекул фермента с молекулами ингибитора;

—Максимальная скорость не меняется, поскольку является теоретически и практически достижимой: повышение концентрации субстрата приведёт к тому, что ингибитор не будет «успевать» взаимодействовать с ферментом, а значит, реакция сможет идти с максимальной скоростью (см. Рис. 41 ▲ и Рис. 42 ▼).

Ингибирование ферментов 59

Рис. 42. График Лайнуивера-Берка для конкурентного ингибирования.

Пример: конкурентное ингибирование этанолом лежит в основе лечения отравления метанолом. Фермент алкогольдегидрогеназа превращает метанол в очень опасное соединение — формальдегид (вызывает слепоту и смерть уже в малых дозах). Этанол конкурирует с метанолом за активный центр алкогольдегидрогеназы. В результате концентрация формальдегида снижается, а метанол выводится из организма с мочой.

Ещё одним примером конкурентных ингибиторов являются антигиперлипидемические агенты. Они конкурентно ингибируют первую стадию синтеза холестерола в организме человека. Эта реакция катализируется гидроксиметилглутарил-КоА-ре- дуктазой. Аторвастатин и правастатин являются структурными аналогами соединения гидроксиметилглутарил-КоА и способны связываться с активным центром фермента, препятствуя связыванию его с ГМГ-КоА. Именно так они ингибируют синтез холестерола, снижая его концентрацию в плазме крови.

Б Бесконкурентные ингибиторы

Бесконкурентные ингибиторы связываются только с фермент-субстратным комплексом. Связывание бесконкурентного ингибитора с комплексом ферментсубстрат [ES] нарушает активный центр, отчего фермент становится неактивным. Повышение концентрации субстрата (как в случае конкурентного ингибирования), не способно исправить ситуацию, поскольку субстрат не влияет на связывание ингибитора с ферментом. Уравнение Михаэлиса и значение коэффициента α для бесконкурентного ингибирования:

Бесконкурентные ингибиторы пропорционально снижают Km и Vmax:

—Максимальная скорость Vmax снижается, поскольку комплексы ESI непродуктивны (не приводят к образованию продуктов);

—Константа Михаэлиса Km уменьшается. Ингибитор [I] связывается с комплексом [ES] и образует [ESI]. Концентрация [ES] снижается, а значит, согласно принципу Ле Шателье, равновесие реакции будет сдвинуто в сторону образования [ES], т.е. больше оставшихся молекул субстрата [S] будут связываться с ферментом [E]. И меньшее количество молекул субстрата [S] будет необходимо для достижения половины максимальной концентрации комплексов [ES] (см. Рис. 43 ▼).