Лекарстваобычноингибируютферменты

Вмедицинеактивноразрабатываютсяииспользуютсясоединения,изменяющиеактивность ферментов с целью регуляции скорости метаболическихреакций и уменьшения синтеза определенных веществ в организме.

Подавлениеактивностиферментовобычноназываютингибированием,однакоэтоневсегда корректно.Ингибиторомназывается вещество, вызывающееспецифичноеснижение активности фермента. Таким образом, неорганические кислоты и тяжелые металлы ингибитораминеявляются,аявляютсяинактиваторами,таккакснижаютактивностьмногих ферментов, т.е. действуютнеспецифично.

Внаучнойдеятельностидляболееточногоописанияпроцессовингибирования

пользуютсякинетикойМихаэлиса-Ментениеетерминами-максимальнаяскорость(Vmax)и константа Михаэлиса (Km).

Ингибированиеферментов

Можновыделитьдваосновныхнаправленияингибирования

• попрочностисвязыванияферментасингибиторомингибирование бываетобратимыминеобратимым.

• поотношениюингибиторакактивномуцентруферментаингибированиеделят наконкурентноеинеконкурентное.

Необратимоеингибирование

Принеобратимомингибированиипроисходитсвязываниеилиразрушениефункциональных групп фермента, необходимых для проявления его активности.

Например, веществодиизопропилфторфосфатпрочно и необратимо связывается сгидроксигруппой серина в активном центре ферментаацетилхолинэстеразы,гидролизующейацетилхолин в нервных синапсах. Ингибирование этого фермента предотвращает распад ацетилхолина в синаптической щели, в результатечегомедиатор продолжает оказывать воздействиена свои рецепторы, что бесконтрольно усиливает холинергическую регуляцию.

Аналогичнодиизопропилфторфосфатингибируетхимотрипсинидругиепротеазы,имеющиев активном центре серин (сериновые протеазы).

Механизмнеобратимогоингибированияацетилхолинэстеразы

Еще один пример связанс ингибированиемацетилсалициловой кислотой(аспирином) ключевогоферментасинтезапростагландинов–циклооксигеназы.Этакислотавходитвсостав противовоспалительных средств и используется при воспалительных заболеваниях и лихорадочныхсостояниях. Присоединение ацетильной группы к гидроксильной группесерина в активном центре фермента вызывает инактивацию последнего и прекращение синтезапростагландинов.

Механизм необратимого ингибирования циклооксигеназыТретьимпоказательнымпримеромнеобратимогоингибированияявляетсявлияние

антибиотикапенициллинанаферменттранспептидазу,сшивающую цепи пептидогликанакакпоследний шаг в синтезе клеточной стенки бактерий.

Обратимоеингибирование

При обратимом ингибировании происходит непрочное связывание ингибитора с функциональнымигруппамифермента,вследствиечегоактивностьферментапостепенновосстанавливается.

Примеромобратимогоингибитораможетслужитьпрозерин,связывающийсяс

ферментомацетилхолинэстеразойвееактивномцентре.Группаингибиторовхолинэстеразы (прозерин,дистигмин,галантамин)используетсяпримиастении,послеэнцефалита,менингита, травм ЦНС.

Конкурентноеингибирование

Притаком виде ингибирования ингибитор посвоейструктуре похожнасубстратфермента. Поэтомуонсоперничаетссубстратомзаактивныйцентр(законтактныйучасток),чтоприводитк уменьшению связывания субстрата с ферментом и нарушению катализа. В этом состоит особенностьконкурентногоингибирования–возможностьусилитьилиослабитьингибирование черезизменениеконцентрациисубстрата.Приданномингибированиимаксимальнаяскорость реакции остаетсявполнедостижимойприсоздании высокихконцентрацийсубстрата.

Например:

1. Ингибирование ферментацикла трикарбоновых кислотсукцинат-дегидрогеназымалоновой кислотой,структуракоторойсхожасоструктуройсубстратаэтогофермента–янтарнойкислоты(сукцината).

Конкурентноеингибированиесукцинатдегидрогеназы

2. Такжекконкурентнымингибиторамотносятантиметаболитыилипсевдосубстраты, например, антибактериальные средствасульфаниламиды, схожие по структуре с пара- аминобензойной кислотой,компонентомфолиевой кислоты. При лечении сульфаниламидами в бактериальнойклеткевозникаетконкуренциямеждусульфаниламидомипара-аминобензойной кислотой при синтезе дигидрофолиевой кислоты, что ивызывает лечебный эффект.

3. Вкачестведругихпримеровлекарственныхконкурентныхингибиторовможнопривести

• ингибиторсинтезахолестериналовастатин,обратимоингибирующийГМГ-S-КоА-редуктазу,

• противоопухолевый препаратметотрексат, необратимоподавляющийдигидрофолатредуктазу,

• непрямойантикоагулянтдикумарол,конкурентвитаминаК,

• антигипертензивный препаратметил-ДОФА, подавляющийактивностьДОФА-декарбоксилазы,

• средстводлялечения подагрыаллопуринол,ингибирующийксантиноксидазу.

Неконкурентноеингибирование

Данный вид ингибированиясвязанс присоединением ингибиторане вактивном центре, ав другомместемолекулы.Ноприэтомменяетсяструктураактивногоцентраисвязьссубстратом становится невозможной. Этоможет быть аллостерическое ингибирование, когда активность фермента снижается естественными модуляторами, или связывание с ферментом каких-либо веществ вне активного и аллостерического центра. Например:

• синильная кислота(цианиды)связываетсясгемовымжелезомферментовдыхательной цепи и блокирует клеточное дыхание,

• связываниеионовтяжелыхметаллов(Cu²⁺,Hg²⁺,Ag⁺)сSH-группами белков.

Также примером может служить фруктозо-1,6-дифосфат, который ингибируя аденилосукцинатсинтетазу (синтез пуриновых нуклеотидов), синхронизирует в мышце функционирование пуриннуклеотидного цикла и гликолиза, поставлющего энергию для мышечного сокращения.

Особенностьюнеконкурентногоингибитораявляетсяегоспособностьсвязыватьсясферментом независимо от субстрата, т.е. изменение концентрации субстратаникак не влияетна образование комплекса фермент-ингибитор.

Бесконкурентноеингибирование

Вэтомслучаеингибиторсвязываетсявактивномцентресфермент-субстратнымкомплексом. Повышениеконцентрациисубстрата,увеличиваяколичествофермент-субстратногокомплекса, усиливает исвязывание ингибитора с ним. Таким образом, бесконкурентное ингибирование более сложно, чем другие типы ингибирования.

Вкачестве примерабесконкурентногоингибированияобычноназывают

связываниепенициллинаиферментатранспептидазы,обеспечивающейсшивкуцепей пептидогликана при синтезеклеточной стенки бактерий.

Напримерепенициллинатакжерассматриваетсят.н.суицидноеингибирование.Принем субстрат первоначально связываетсяс ферментом обратимо,азатем образует устойчивое ковалентноесоединениесактивным центром,чтоприводит кингибированию активностифермента.

Смешанноеингибирование

Притакомингибированииингибиторспособенприсоединятьсявезде–нетольковактивном центре, но и в другихчастяхмолекулы. Но после этого фермент еще способен частично сохранять свою активность. Примером является влияниемертиолата(ртутьорганическое вещество) насахаразугрибов микромицетов для подавления ихроста.

Аллостерический центр(allos–чужой)–центррегуляцииактивностифермента,который пространственно отделен от активного центра и имеется не у всехферментов. Связывание с аллостерическимцентромкакой-либомолекулы,называемойактиваторомилиингибитором(или

эффектором,модулятором,регулятором),вызываетизменениеконфигурациибелка-фермента и, как следствие, скорости ферментативной реакции.

Аллостерическиеферментыявляютсяполимернымибелками,активныйирегуляторныйцентры находятся в разных субъединицах.

Схемастроенияаллостерическогофермента

Вкачестветакогорегулятораможетвыступатьпродуктданнойилиоднойизпоследующих реакций, субстрат реакции или иное вещество (см "Регуляция активности ферментов").