V.Ингибирование активности ферментов, виды ингибирования: обратимое, необратимое, конкурентное, неконкурентное.Ингибиторы ферментов в полости рта.

Изменение ферментативной активности проходит в двух направлениях: активация и ингибирование.Ингибирование ферментативной активности может происходить под действием различных факторов обратимо и необратимо.

Факторы ингибирования бывают двух видов: неспецифические и специфические.Специфическое ингибирование также может быть обратимое и необратимое. Различают 2 вида обратимого ингибирования: конкурентное и неконкурентное.

Неспецифические факторы ингибирования оказывают свое действие на большинство белков - ферментов. К ним относят физические, химические, физико-химические факторы:

- значительное отклонение температуры и величины рн от физиологической нормы,

- сильное электромагнитное и ультразвуковое воздействие,

- дегидратирующие вещества (спирты, ацетон, эфир),

- ионы тяжелых металлов (свинца, ртути, серебра).

Специфические факторы действуют избирательно на отдельные группы ферментов, действие обычно затрагивает активный центр, например, оксид углерода(+2) или цианид - ион практически необратимо в физиологических условиях взаимодействуют с ионом железа в системе гема.

Конкурентное ингибирование происходит при связывании ингибитора – структурного или пространственного аналога субстрата – с активным центром фермента.

Е + S ——> Е S ——> Е S > — . . . —> Е + Р

Е + I ——> Е I —х—>

Неконкурентное ингибирование происходит при связывании ингибитора с ферментом либо вне активного центра, либо после образования фермент – субстратного комплекса. Скорость реакции падает, значение КМ остается прежним (иногда уменьшается).

VI. Регуляция активности ферментов: неспецифическая, специфическая (понятия). Механизмы специфической регуляции активности ферментов:

Роль гормонов и вторичных месенджеров (цАМФ, цГМФ, Са²⁺, ДГ, ИТФ, ПГ) в регуляции активности ферментов.

Регуляция метаболических процессов опирается на возможность регуляции скоростей биохимических реакций. Следует выделить два принципиально различных принципа:

- изменение каталитической активности белка - фермента(быстрый путь).

- изменение количества белка – фермента (более медленный путь).

Изменение количества белка фермента осуществляется путем регуляции синтеза на уровне процессов транскрипции и трасляции.

Регуляция каталитической активности осуществляется несколькими способами:

- аллостерическая регуляция

- частичный протеолиз

- фосфорилирование / дефосфорилирование

- белок - белковое взаимодействие

Аллостерическая регуляция-Осуществляется особыми веществами эффекторами (модуляторами) – активаторами и ингибиторами.Без активатора реакция происходит более медленно. Активатор связывается с аллостерическим центром, изменяется пространственная структура белка -фермента и конформация активного центра .Активатор облегчает последующее связывание с субстратом, а ингибитор - затрудняет.Природа эффекторов различна и зависит от специфичности фермента: ими могут быть соотношения АДФ/ АТФ, НАД + / НАДН,субстраты отдаленных этапов одной метаболической цепи (реализация принципа обратной связи). Аллостерическими ингибиторами могут быть субстраты метаболической цепи, они действуют на предшествующие стадии реакции, предупреждая накопление избытка субстрата в клетке (накопление субстрата S снижает скорость реакции на начальном этапе).

Частичный протеолиз (превращение неактивного профермента в активный фермент).Особенно характерен для ферментов желудочно-кишечного тракта, которые выделяются в просвет кишечника в неактивной форме во избежание воздействия на белки и липиды клеток стенок кишечника: пепсиноген превращается в пепсин, трипсиноген в трипсин, пролипаза в липазу. От неактивного профермента происходит гидролитическое удаление небольшого пептида, оставшаяся часть представляет собой активный фермент.

Фосфорилирование/дефосфорилирование фермента-Фосфорилирование осуществляют особые ферменты протеинкиназы (ПК), а дефосфорилирование – протеинфосфатазы (ПФ).

Протеинкиназы становятся активными вследствие фосфорилирования с участием АТФ гидроксильных групп аминокислот серина, треонина, тирозина, присутствующих в их составе.

ПК - ОН (неакт) + АТФ ———> ПК – ОРО 3 Н 2 (акт ) + АДФ

Активные протеинкиназы (ПК акт) передают остатки фосфорной кислоты неактивным белкам – ферментам (Е - ОН), превращая их в активные формы.

ПК – ОРО 3 Н 2 (акт) + Е- ОН (неакт) ——> ПК-ОН + Е – ОРО 3 Н 2 (акт )

Таким способом активируются важнейшие ферменты, осуществляющие процессы:

а) распад гликогена (фосфорилаза гликогена) и б) триглицеридов (триглицеридлипаза), которые становятся активными только в виде фосфорных эфиров. Протеинфосфатазы осуществляют гидролиз фосфатных сложноэфирных связей и превращают неактивный фермент в активный.

ПФ-ОРО 3 Н 2 (неакт ) + НОН ———> ПФ- ОН (акт ) + Н 3 РО 4

Активная нефосфорилированная ПФ «забирает» остаток фосфорной кислоты от неактивного фермента (Е - ОРО 3 Н 2 ) и превращает его в активный дефосфорилированный фермен.

Данный путь активации чрезвычайно важен для превращения синтетазы гликогена неактивной (фосфорилированной) в активную форму (нефосфорилированную). Подобные процессы участвуют в активации ферментов антисвертывающей и свертывающей систем крови.

Белок / белковое взаимодействие.

Этот путь взаимодействия получил такое название, потому что для передачи воздействия гормон- белок взаимодействует с рецептором - белком плазматической мембраны клетки. Гормон, лекарственный препарат или другой активатор действует на мишень - плазматическую мембрану клетки. В мембранах клеток находятся особые рецепторные белки.

Изучен G- белок, названный так потому, что он связан с молекулой ГТФ (GTP) в активном состоянии и с молекулой ГДФ в неактивном состоянии.Последовательность действия:

активация регуляторного белка, находящегося в мембране клетки → образование внутриклеточного химического сигнала (посредника) →активация фермента G- Белок активирует три других системы (передает воздействие): аденилатциклазу (АЦ), фосфолипазу С ( ФЛ (С)), гуанилатциклазу (ГЦ).

1) Система аденилатциклазы.

Аденилатциклазная система (фермент аденилатциклаза,АЦ), создает из АТФ соединение циклический АМФ (цАМФ) –внутриклеточный посредник, изменяющий активность протеинкиназ.

Синтез цАМФ

АТФ —— ( фермент АЦ)—> цАМФ + пирофосфат

2) Система фосфолипазы С Фосфолипаза С (фермент ФЛ (С)), гидролизует в мембране фосфолипид фосфатидилинозитолдифосфат (ФИДФ), в результате гидролиза образуются инозитолтрифосфат (ИТФ) и диацилглицерол (ДАГ). Их основное действие заключается в повышении концентрации внутриклеточного кальция.

ФИДФ —— (фермент ФЛ (С))—> ИТФ + ДАГ

ИТФ увеличивает переход кальция из внеклеточного пространства во внутриклеточное и стимулирует отделение кальция из внутриклеточного депо – мембраны митохондрии. ДАГ препятствует выделению кальция из клетки, блокирует действие кальциевых каналов.

3) Система гуанилатциклазы.

Гуанилатциклаза (ГЦ) активируется оксидом азота NO. В клетках-мишенях ΝО взаимодействует с ионами Fe 2+ , входящими в состав активного центра ГЦ, что способствует быстрому образованию циклического ГМФ(цГМФ). Увеличение цГМФ в клетках гладких мышц вызывает активацию киназ, что расслабляет гладко-мышечные клетки сосудов и вызывает последующее их расширение. цГМФ может выступать антагонистом цАМФ, активируя его разрушение ферментом фосфодиэстеразой (ФДЭ). ГЦ активирует протеинфосфатазы.

ГТФ—— (ГЦ)—>цГМФ + пирофосфат

цАМФ + НОН—— (ФДЭ, активируется цГМФ)—> АМФ

Оксид азота NO – важнейший внутриклеточный регулятор многих метаболических процессов, вызывает мышечное расслабление (дилятацию). Образуется из гуанидиновой группы аминокислоты аргинина с участием синтетазы оксида азота (фермент NOS).

Лекарственные препараты: нитроглицерин и его аналоги, снимающие спазмы коронарных сосудов сердца, являются также источником образования NO. Механизм действия ΝО объясняет использование нитроглицерина для снятия острых болей в сердце, поскольку он является источником образующихся молекул ΝО, что расслабляет коронарные сосуды и увеличивает приток крови в миокард.

1 путь. Передача сигнала посредством цАМФ.

Гормон, лекарственный препарат → R( рецептор) → G белок → АЦ(аденилатциклаза) → цАМФ → активная ПК (А) →фосфорилированный фермент → увеличение скорости реакции→ увеличение содержания метаболита (метаболический ответ)

2 путь. Передача сигнала с участием ФЛ(С)

Гормон, лекарственный препарат → R( рецептор) →G -белок →Фосфолипаза С → Фосфолипид фосфатидилинозитол-дифосфат (ФИДФ) → продукты гидро лиза:ИТФ(инозитолтрифосфат) и диацилглицерол(ДАГ) → увеличе-ние внутриклеточного кальция → образование комплекса

Са /кальмодулин → активация фермента → увеличение скорости реакции → увеличение содержания метаболита (метаболический ответ) (кальмодулин – особый внутриклеточный белок, связывающий кальций)

3 путь. Передача сигнала с участием ГЦ.

В. Гормон, лекарственный препарат → R( рецептор) →G- белок → синтетаза оксида азота (NOS) → NO→ ГЦ (гуанилат-циклаза) → изменение скорости ферментативных реакций →метаболический ответ