22)Активаторы и ингибиторы ферментов: химическая природа, виды

активирования и торможения активности ферментов, биологическое и

медицинское значение активаторов и ингибиторов ферментов.

Активаторы ферментов

Активирующее влияние на скорость ферментативной реакции оказы-

вают разнообразные вещества органической и неорганической природы. Так,

соляная кислота активирует действие пепсина желудочного сока; желчные

кислоты повышают активность панкреатической липазы; некоторые ткане-

вые ферменты (оксидоредуктазы, катепсины, аргиназа), растительная про-

теиназа и др. в значительной степени активируются соединениями, содержа-

щими свободные SН-группы (глутатион, цистеин), а ряд ферментов – также

витамином С. Особенно часто активаторами выступают ионы двухвалент-

ных, реже – одновалентных металлов (см. лекцию 14). Получены доказатель-

ства того, что около четверти всех известных ферментов для проявления

полной каталитической активности нуждаются в присутствии металлов.

Многие ферменты вообще не активны в отсутствие металлов. Так, при уда-

лении цинка угольная ангидраза (карбоангидраза), катализирующая биосин-

тез и распад Н2

СО3, практически теряет свою ферментативную активность;

более того, цинк при этом не может быть заменен никаким другим металлом.

Известны ферменты, действие которых активируется ионами нескольких ме-

таллов; в частности, енолаза активируется Mg2+

, Мn/K)

Ингибиторы ферментов

Ингибиторы ферментов – это вещества, вызывающие частичное (обра-

тимое) или полное торможение реакций, катализируемых ферментами. Инги-

биторы обычно принято делить на два больших класса: обратимые и необ-

ратимые.

Исследование ингибиторов ферментов имеет важное значение. Напри-

мер, при помощи ингибиторов, выключающих отдельные стадии многосту-

пенчатого метаболического процесса, может быть точно установлена не

только последовательность химических реакций, но и природа участвующих

в этих превращениях ферментов. Этим путем (с применением йодацетата,

фторидов и других специфических ингибиторов) был расшифрован гликоли-

тический путь окислительно-восстановительных превращений глюкозы до

стадии образования молочной кислоты в мышечной ткани, насчитывающий

11 стадий (с участием одиннадцати ферментов и десясти промежуточных ме-

таболитов). Кроме того, механизм действия некоторых лекарственных препа-

ратов состоит именно в том, что они ингибируют определённые ферменты в

клетках с нарушенными функциями.

Если ингибитор вызывает стойкие изменения пространственной тре-

тичной структуры молекулы фермента или модификацию функциональных

групп, такой тип ингибирования называется необратимым. Необратимое

действие ингибитора в самом простом случае может быть описано уравнени-

ем

E + I → EI,

где Е – фермент; I – ингибитор; EI – ферментигибиторный комплекс.

Некоторые ферменты полностью ингибируются очень малыми концен-

трациями ионов тяжелых металлов, например ионов ртути (Hg2+), сереб-

ра(Ag+

) и мышьяка (As+

) или йодуксусной кислотой. Эти вещества необрати-

мо соединяются с сульфгидрильными группами (-SH) и вызывают осаждение

ферментного белка.

В случае обратимого действия ингибитор образует с ферментом не-

прочный комплекс, способный распадаться, в результате чего снова возника-

ет активный фермент. Обратимое действие ингибитора может быть описано

уравнением E + I ↔ EI, где Е – фермент; I – ингибитор; EI – комплекс.

Обратимое ингибирование в свою очередь разделяют на конкурентное

и неконкурентное, в зависимости от того, удается или не удается преодолеть

торможение ферментативной реакции путем увеличения концентрации суб-

страта.

Конкурентное ингибирование может быть вызвано веществами, имею-

щими структуру, похожую на структуру субстрата, но несколько отличаю-МОДУЛЬ I. СТАТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ

Лекция 15 Регуляция ферментативной активности. Классификация ферментов

Биохимия имолекулярная биология. Конспект лекций -157-

щуюся от структуры истинного субстрата. Такое ингибирование основано на

связывании ингибитора с субстратсвязывающим (активным) центром. Этот

тип ингибирования иногда называют ингибированием по типу метаболиче-

ского антагонизма

Классическим примером подобного типа ингибирования является тор-

можение сукцинатдегидрогеназы (СДГ) малоновой кислотой (рис.15.2). На

рис. 15.2, а видно, что фумаровая кислота покидает фермент, а освободив-

шаяся молекула фермента снова готова к работе. На рис. 15.2, б показано, что

малоновая кислота блокируетфермент СДГ и не позволяет ему связываться с

обычным субстратом.

Неконкурентные ингибиторы по своей структуре не родственны суб-

страту данного фермента; в образовании комплекса с ингибитором в этом

случае участвует не активный центр фермента, а какая-нибудь другая часть

его молекулы. Образование комплекса влечет изменение глобулярной струк-

туры фермента, и, хотя настоящий субстрат при этом к ферменту все же при-

соединяется, катализ, тем не менее, невозможен (рис. 15.3)

При неконкурентном ингибировании (рис.15.5, а, б) ингибитор снижает

величину максимальной скорости.