5. Изостерическое или конкурентное ингибирование ферментов
Изостерическое ингибирование фермента это такой вид регуляции, когда в роли регулятора (ингибитора) активности выступает аналог субстрата, вещество, имеющее структурное сходство с субстратом. Ингибитор вступает с ферментом во взаимодействие с образованием не всегда продуктивного фермент-псевдосубстратного комплекса или фермент-ингибиторного комплекса. Когда в реакционной среде присутствуют одновременно субстрат и ингибитор данного типа, они конкурируют за один и тот же связывающий центр. При добавлении в среду субстрата вероятность образования комплекса фермент-субстрат будет возрастать, а вероятность образования комплекса фермент-ингибитор уменьшаться и наоборот. Один из наиболее подробно изученных примеров конкурентного ингибирования это ингибирование сукцинатдегидрогеназы малонатом, конкурирующим с субстратом сукцинатом.
Этот принцип регулирования широко используется в медицине. Антиметаболиты это соединения, являющиеся аналогами метаболитов. В силу структурного сходства антиметаболиты способны конкурировать с метаболитами за якорный участок фермента и блокировать его активность. Парааминобензойная кислота является исходным субстратом для синтеза фолиевой кислоты у микроорганизмов. Сульфаниламиды являются антиметаболитами парааминобензойной кислоты у микроорганизмов. В силу этого, назначая сульфаниламидные препараты, врачи добиваются блока синтеза фолиевой кислоты у бактерий. Последняя необходима микроорганизмам для синтеза белка и в присутствии сульфаниламидов он тормозится, в силу чего и наступает бактериостатический эффект. Для человека присутствие сульфаниламидов не имеет значение, т.к. он получает фолиевую кислоту с рационом.
Рис.4 Конкурентный тип ингибирования активности фермента (красным цветом выделен ингибитор)
6. Аллостерическое регулирование активности ферментов
Модуляция это обратимое изменение ферментативной активности за счет изменения конформации в результате нековалентных взаимодействий его с небольшими молекулами – так называемыми эффекторами, или модуляторами, большинство из которых представляют собой промежуточные метаболиты и гормоны. Модулятор связывается с ферментом в аллостерическом центре.
Аллостерический центр - представляет собой совокупность функциональных групп, расположенных на поверхности фермента, строго ориентированных в пространстве за счет определенной конформации (третичной, четвертичной структуры) и пространственно удаленных от активного центра (находится в другой субъединице). Функция аллостерического центра взаимодействие с аллостерическим эффектором, в результате чего происходит изменение активности фермента. При взаимодействии аллостерического центра с аллостерическим эффектором (модулятором) происходит конформационные изменения всей молекулы фермента и его активного центра. Изменение конформации активного центра приводит к улучшению или ухудшению комплементарности активного центра и субстрата, в результате чего активность фермента либо увеличивается (активация), либо уменьшается (ингибирование). В роли аллостерических модуляторов чаще всего выступают метаболиты.
Частные случаи аллостерического регулирования
1. Ретроингибирование ингибирование ключевого фермента цепи биохимических реакций ее конечным продуктом (регуляция по принципу отрицательной обратной связи). Как показано на схеме конечный продукт Д по принципу обратной отрицательной связи подавляет активность ключевого фермента Е1
2. Активация предшественником (форактивация) или регуляция по принципу положительной прямой связи активация первым метаболитом (на схеме В) фермента, катализирующего одну из последующих стадий ( на схеме Е3)
Аллостерическое регулирование является основным типом регуляции ферментативных реакций в живых системах.