5. Факторы, определяющие активность ферментов. Активаторы и ингибиторы ферментов.

Существенное влияние на активность ферментов оказывает наличие в среде определенных химических веществ – эффекторов. Эффекторы могут повышать активность ферментов (активаторы) и подавлять ее (ингибиторы). В качестве ингибиторов или активаторов часто могут выступать ионы металлов. Иногда ион металла является постоянным, прочно связанным компонентом активного центра фермента, т.е. фермент относится к металлосодержащим сложным белкам, или металлопротеидам.

Активация некоторых ферментов может происходить с использованием другого механизма, предусматривающего протеолитическое расщепление неактивных предшественников ферментов (проферментов или зимогенов) с образованием активных ферментов (например, трипсина).

Различают обратимое и необратимое ингибирование. Необратимое ингибирование приводит к формированию стабильного комплекса ингибитора с ферментом, ведущее к его необратимой инактивации. Чаще происходит обратимое ингибирование, которое разделяют на конкурентное, неконкурентное и бесконкурентное.

При конкурентном ингибировании ингибитор (I) связывается с активным центром фермента и конкурирует за него с субстратом. Конкурентный ингибитор обычно структурно похож на субстрат, однако фермент не способен катализировать реакцию в присутствии ингибитора из-за отсутствия у последнего необходимых функциональных групп.

Схема конкурентного ингибирования выглядят следующим образом:

Рис. 2: Конкурентное ингибирование при различных концентрациях ингибитора в двойных обратных координатах

На графике Лайнуивера-Берка в двойных обратных координатах (зависимость 1/v₀ от 1/[S]) видно, что при конкурентном ингибировании максимальная скорость реакции V_max не меняется, а константа Михаэлиса увеличивается . Поэтому при разных концентрациях ингибитора получают семейство прямых с различным наклоном, пересекающихся в одной точке на оси ординат.

Неконкурентный ингибитор не имеет структурного сходства с субстратом и поэтому не мешает связыванию субстрата с ферментом. Он способен присоединяться как к свободному ферменту, так и к фермент-субстратному комплексу с одинаковой эффективностью. Ингибитор вызывает такие конформационные изменения, которые не позволяют ферменту превращать субстрат в продукт, но не влияют на сродство фермента к субстрату.

Схема неконкурентного ингибирования выглядят следующим образом:

Рис. 3: Неконкурентное ингибирование в двойных обратных координатах при различных концентрациях ингибитора

При неконкурентном ингибировании константа Михаэлиса не изменяется, а максимальная скорость реакции уменьшается. Поэтому в двойных обратных координатах семейство прямых, отвечающих разным концентрациям ингибитора, пересекается в одной точке на оси абсцисс (Рис.3).

При бесконкурентном ингибировании ингибитор связывается только с фермент-субстратным комплексом, но не со свободным ферментом. Субстрат, связываясь с ферментом, изменяет его конформацию, что делает возможным связывание с ингибитором. Ингибитор, в свою очередь, так меняет конформацию фермента, что катализ становится невозможным.

Схема и уравнение Михаэлиса-Ментен в случае бесконкурентного ингибирования:

Максимальная скорость реакции и кажущаяся константа Михаэлиса уменьшаются в одинаковое число раз. Поэтому в двойных обратных координатах для разных концентраций ингибитора получаем семейство параллельных прямых.

Аллостерические ингибиторы связываются с отдельными участками фермента вне активного центра. Такое связывание влечет за собой конформационные изменения в молекуле фермента, которые приводят к уменьшению его активности. Аллостерические эффекты встречаются практически только в случае олигомерных ферментов. Кинетику таких систем нельзя описать с помощью простой модели Михаэлиса-Ментен.