5. Особенности конкурентного ингибирования

В отличие от активаторов, подавляющее большинство которых положительно действует на ход реакции за счёт связывания с группировками, отдалёнными от активного центра, ингибиторы могут находить контакт и с ним, и с его аллостерическим аналогом (см. выше). Отсюда выделяют два варианта угнетения процесса: конкурентное и неконкурентное. Последнее в природе более распространено, так как не требует пространственного и химического сходства с субстратом, а только необходимо наличие в нём группировок, способных присоединиться к аллостерическому центру.

Если в направленности сдвигов ингибирование отличается от активирования, то по прочности образующейся связи в комплексе ингибитор – фермент (InE) оно аналогично, т.е. также различают обратимый и необратимый механизмы. Логично предположить, что живой организм обычно использует неконкурентное обратимое подавление скорости реакций, оно даёт возможность быстрого ответа на изменившиеся условия. Необратимость отрицательной регуляции не физиологична, о чём свидетельствует следующий пример. Йодацетат, диизопропилфторфосфат (ДФФ), а также диэтил-n-нитрофенилфосфат, соли синильной кислоты cвязывают и выключают функциональные группы или ионы металлов в молекуле энзима. ДФФ – соединение из группы нервнопаралитических отравляющих веществ, прикрепляясь к остатку серина, находящегося в активном центре ацетилхолинэстеразы, образует фермент-ингибиторный комплекс. В норме данный биокатализатор гидролизует ацетилхолин, играющий роль нейромедиатора. Почти сразу после очередного нервного импульса ацетилхолинэстераза расщепляет его на холин и уксусную кислоту, и нейрон готов к передаче следующего импульса. Если же формируется InE - комплекс, распад медиатора подавляется, он накапливается, нервные импульсы следуют один за другим и мышца длительное время не расслабляется. В конце концов, наступает паралич или смерть.

Некоторые ферменты полностью угнетаются очень малыми концентрациями ионов тяжелых металлов, например ионов ртути (Hg²⁺), серебра(Ag⁺) и мышьяка (As⁺) или йодуксусной кислотой. Эти электролиты необратимо соединяются с сульфгидрильными группами (–SH) и вызывают денатурацию апофермента.

Подавление скорости химической реакции используют в медицинской практике. Для лечения инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями, применяют сульфаниламидные препараты. Это обусловлено тем, что они имеют структурное сходство с парааминобензойной кислотой (ПАБК), которая необходима бактериальной клетке для синтеза жизненно важной фолиевой кислоты, являющейся коферментом. Благодаря близости пространственного строения сульфаниламид блокирует действие фермента путем вытеснения ПАБК из комплекса с ним, что ведет к торможению роста и размножения микроорганизмов.

5. Использование ферментов в медицине

Достижения энзимологии находят все большее применение в медицине, в частности в профилактике, диагностике и лечении болезней. Успешно развивается её новое направление – медицинская энзимология. Выделяются три основных направления этой науки: 1) изучение энзимопатологий (энзимопатий), то есть таких болезней, причина которых лежит в изменённой активности или полном отсутствии какого-либо фермента; 2) энзимодиагностика – раздел науки, использующей эти вещества с целью диагностики; 3) энзимотерапия основана на применении энзимов и модуляторов (активаторов и ингибиторов) их действия в качестве лекарственных средств.