Принципы конкурентного торможения находят применение в медицинской практике.

Например, этиловый спирт используется с лечебной целью как конкурентный ингибитор для лечения отравлений этиленгликолем или метиловым спиртом. В обоих случаях проблема часто возникает среди алкоголиков, потребляющих эти алкоголи как дешевый заменитель этанола. Однако, имеются другие ситуации, где может возникать такое отравление. Производители вина добавляют этиленгликоль к своим винам, чтобы придать им внешний вид более дорогих вин. В результате большое количество ничего не подозревающих людей могут потреблять это токсическое соединение. Эти соединения часто потребляются случайно взрослыми и детьми. Животные, главным образом собаки и коты, иногда вылизывают пролитый антифриз из-за его особого вкуса.

В таких случаях этиловый спирт - не яд, а продукт метаболизма. Алкогольдегидрогеназа катализирует образование соответствующего альдегида, который затем превращается в кислоту альдегиддегидрогеназой. Результатом этого процесса является образование формальдегида и муравьиной кислоты из метанола и глиоксаля и щавелевой кислоты из этиленгликоля. Альдегиды – основные токсические вещества , но и кислоты тоже дают нежеланные эффекты. Прежде всего, они могут вызывать ацидоз. Щавелевая кислота может кристаллизоваться в форме соли кальция в почечных канальцах, вызывая механическое повреждение.

Если затормозить эти реакции, метанол и/или этиленгликоль будут выделяться неизменяемыми. В ряде случаев это можно сделать, применяя конкурентный ингибитор. Этиловый спирт - такой ингибитор. Сродство алкогольдегидрогеназы к этиловому спирту примерно в 160 раз выше, чем к этиленгликолю. Задача врача поднять уровень этилового спирта в крови до 0.1 мг/l00 мл, что приведет к вытеснению этиленгликоля из реакции и выведению этиленгликоля с мочой.

Смешанные неконкурентные ингибиторы

Неконкурентный ингибитор связываясь со специальным центром на ферменте, расположенным вдали от активного центра, вызывает конформационные изменения в активном центре. Это несколько напоминает один из типов конкурентных ингибиторов, но в отличие от этого механизма изменения конформации активного центра не препятствуют связыванию субстрата а тормозит проведение реакции и образование продукта..

Классический неконкурентный ингибитор не оказывает влияния на связывание субстрата. Изменения формы активного центра незначительны, хотя сродство к субстрату все же снижается. Такие ингибиторы часто называются смешанными ингибиторами, поскольку они проявляют свойства конкурентных и неконкурентных типов. Фактически классические неконкурентные ингибиторы встречаются очень редко.

Кинетика смешанных неконкурентных ингибиторов

Фермент может связываться и с субстратом и с ингибитором с образованием комплексов:

Однако в отличие от конкурентного торможения и субстрат ингибитор способны одновременно связываться с ферментом, образуя тройные комплексы:

Такой комплекс не способен катализировать реакцию.

Обратите внимание, что комплекс EIS может возникать двумя путями, но конечный результат один и тот же - образуется неактивный фермент. Ингибитор может работать одинаково хорошо при низких концентрациях субстрата, когда большая часть молекул фермента находится в форме свободного фермента, и при высоких концентрациях субстрата, когда фермент находится в форме ES комплекса, поскольку ингибитор связывается одинаково хорошо с обоими из них.

Влияние на K_m Классический смешанный неконкурентный ингибитор не оказывает влияния на связывание субстрата, сродство фермента к субстрату и следовательно не влияет на Км.

Смешанный ингибитор позволяет субстрату связываться, но снижает его сродство, так что Км повышается.

Рис 2-11.График Лаинуивера-Берка для неконкурентного классического(слева) и смешанного типов ингибиторов

Влияние на V_max Неконкурентные и классический и смешанный варианты, тормозят активность при высоких концентрациях субстрата, так что Vmax снижается.

Влияние на V_max/K_m Неконкурентные ингибиторы могут работать при низких концентрациях субстрата так, что V_max/K_m снижается

График Лайнуивера-Берка для типичного классического смешанного неконкурентного ингибитора и для смешанного неконкурентного приведены на рис 2-11.

Обратите внимание, что на графике справа (рис 2-11) для смешанного конкурентного ингибитора две линии по разному пересекают 1/ [S], указывая на увеличение Км, хотя на графике для классического смешанного неконкурентного ингибитора, значения Km идентичны. Однако оба графика показывают увеличение наклона в пересечении на оси 1/V, демонстрируя, что ингибитор является эффективным при высоких и низких концентрациях фермента.

Заключение. Смешанные неконкурентные ингибиторы связываются с центром, который является отдаленным от активного центра. Они тормозят активность фермента, вызывая изменения конформации , препятствующие превращению субстрата в продукт. Субстрат и ингибитор способны к связыванию с ферментом одновременно, образуя тройной комплекс. Это означает, что ингибитор не конкурирует с субстратом при высоких концентрациях субстрата и работает одинаково хорошо и при низких и высоких концентрациях субстрата. Правда способность связываться (сродство) с комплексом ингибитор+фермент у субстрата может снижаться, хотя на практике нет особых различий между так называемым смешанным ингибитором и классическим неконкурентным ингибитором.