מבחינים בין עיכוב הפיך לבלתי הפיך. אם מעכב גורם לשינויים מתמשכים במבנה השלישוני המרחבי של מולקולת האנזים או שינוי בקבוצות הפונקציונליות של האנזים, אזי סוג זה של עיכוב נקרא בלתי הפיך. עם זאת, לעתים קרובות יותר, מתרחשת עיכוב הפיך, אשר ניתן לכימות באמצעות משוואת Michaelis-Menten. עיכוב הפיך, בתורו, מתחלק לתחרות ולא תחרותי, תלוי אם ניתן או לא ניתן להתגבר על עיכוב התגובה האנזימטית על ידי הגדלת ריכוז הסובסטרט.

עיכוב תחרותי יכול להיגרם מחומרים בעלי מבנה דומה לזה של המצע, אך שונה מעט ממבנה המצע האמיתי. עיכוב זה מבוסס על קישור של המעכב לאתר קושר המצע (הפעיל). דוגמה קלאסית לסוג זה של עיכוב היא עיכוב של succinate dehydrogenase (SDH) על ידי חומצה מאלונית. אנזים זה מזרז חמצון על ידי דה-הידרוגנציה חומצה סוצינית(סוקסינאט) לפומארי:

אם מתווסף מלונט (מעכב) למדיום, אז כתוצאה מהדמיון המבני שלו עם הסובסטרט האמיתי succinate (נוכחות של שתיים מאותן קבוצות קרבוקסיל מיוננות), הוא ייצור אינטראקציה עם המרכז הפעיל כדי ליצור מעכב אנזים עם זאת, העברת אטום מימן ממלונט מתבטלת לחלוטין. המבנים של המצע (סוקסינאט) והמעכב (מלונאט) עדיין שונים במקצת. לכן הם מתחרים על הקישור לאתר הפעיל, ומידת העיכוב תיקבע לפי היחס בין ריכוזי המלונט והסוקסינאט, ולא לפי הריכוז המוחלט של המעכב. לפיכך, המעכב יכול להיקשר באופן הפיך לכדור וליצור קומפלקס מעכב אנזים. סוג זה של עיכוב נקרא לפעמים עיכוב אנטגוניזם מטבולי (איור 4.20).

IN צורה כלליתהתגובה בין המעכב לאנזים יכולה להיות מיוצגת על ידי המשוואה הבאה:

הקומפלקס המתקבל, הנקרא קומפלקס מעכב האנזים EI, בניגוד לקומפלקס האנזים-סובסטרט ES, אינו מתפרק ליצירת תוצרי תגובה. ניתן להגדיר את קבוע הדיסוציאציה של קומפלקס EI, או הקבוע המעכב K i, בהתאם לתיאוריית מיכאליס-מנטן, כיחס בין הקבועים של התגובות ההפוכות והקדומות:

השיטה של ​​עיכוב תחרותי מצאה יישום נרחב בפרקטיקה הרפואית. ידוע, למשל, שלטיפול בכמה מחלות זיהומיותהנגרמת על ידי חיידקים, תרופות sulfonamide משמשות. התברר שתרופות אלו דומות מבחינה מבנית לחומצה פארא-אמינו-בנזואית, שבה משתמש תא החיידק לסינתזה של חומצה פולית, שהיא חלק אינטגרלי

אוֹרֶז. 4.20.פעולה של מעכב תחרותי (תכנית לפי V.L. Kretovich). E - אנזים; S - מצע; P 1 ו-P 2 - תוצרי תגובה; אני - מעכב.

אנזימים חיידקיים. בשל דמיון מבני זה, סולפנאמיד חוסם את פעולת האנזים על ידי עקירת חומצה פארא-אמינו-בנזואית מהקומפלקס עם האנזים המסנתז חומצה פולית, מה שמוביל לעיכוב צמיחת חיידקים.

עיכוב לא תחרותי נגרם על ידי חומרים שאינם דומים מבחינה מבנית לסובסטרטים ולעיתים נקשרים לא למרכז הפעיל, אלא במקום אחר במולקולת האנזים. מידת העיכוב במקרים רבים נקבעת לפי משך הפעולה של המעכב על האנזים. עם סוג זה של עיכוב, עקב היווצרות של יציב קשר קוולנטיהאנזים עובר לעתים קרובות אי-אקטיבציה מוחלטת, ואז העיכוב הופך לבלתי הפיך. דוגמה לעיכוב בלתי הפיך היא ההשפעה של יודואצטט, DPP, כמו גם דיאתיל-n-ניטרופניל פוספט ומלחים חומצה הידרוציאנית. פעולה זו מורכבת מקשירה וכיבוי של קבוצות פונקציונליות או יוני מתכת ומולקולת האנזים.

במקרה זה, חומר דומה בו מבנה למצע אנזים משותף, נקשר לאתר הפעיל של האנזים, אך אינו יכול להגיב איתו. להיות כאן, זה חוסם את הגישה למרכז הפעיל לכל מולקולה של המצע האמיתי.

מכיוון שבמקרה זה המעכב והמצע מתחרים על המקום אתר פעיל של האנזיםצורה זו של עיכוב נקראת עיכוב תחרותי. אופייני לעיכוב תחרותי שאם ריכוז המצע עולה, אזי קצב התגובה עולה, כלומר עיכוב זה הפיך.

התמונה ממחישה אחד מהם דוגמאות לעיכוב תחרותי.

תופעת העיכוב התחרותיעוזר להבין את מנגנון הפעולה של תרופות מסוימות, במיוחד סולפונאמידים. המטרה של כימותרפיה היא להרוס בעזרת מסוימות כימיקליםפתוגן מבלי לפגוע ברקמת המארח. התרופות הראשונות מסוג זה היו סולפנאמידים, שהשפעתם האנטיבקטריאלית התגלתה בשנות ה-30 של המאה ה-20. במהלך מלחמת העולם השנייה הם היו בשימוש נרחב כדי להילחם בזיהומי פצעים. סולפונאמידים קרובים באופיים הכימי לחומצה פארא-אמינו-בנזואית (PABA), גורם גדילה הכרחי עבור רבים חיידקים פתוגניים. PABA נדרש על ידי חיידקים לסינתזה של חומצה פולית, המשמשת כאחד ממרכיבי האנזים שלהם. סולפונאמידים מעכבים את אחד האנזימים המעורבים בסינתזה של חומצה פולית מ-PABA.

תאים של בעלי חיים חוסר רגישות לסולפונאמידים, למרות שהם דורשים חומצה פולית עבור תגובות מסוימות. זה מוסבר על ידי העובדה שהם משתמשים בחומצה פולית שכבר נוצרה; אין להם מסלול מטבולי שיבטיח את הסינתזה שלו.

עיכוב הפיך לא תחרותי

מעכביםמסוג זה אינם קשורים במבנה למצע של אנזים זה; במקרה זה, לא המרכז הפעיל של האנזים משתתף ביצירת הקומפלקס עם המעכב, אלא חלק אחר של המולקולה שלו. זה לא מונע מהמצע להתאחד עם האנזים, אבל הופך את הקטליזה לבלתי אפשרית.

עם קידום ריכוז מעכביםקצב התגובה יורד יותר ויותר. בזמן הרוויה עם המעכב, מתברר שהוא שווה כמעט לאפס. בניגוד לעיכוב תחרותי, במקרה זה, עלייה בריכוז הסובסטרט אינה משפיעה על קצב התגובה.

עַכָּבָּה

- זוהי עיכוב פעילות האנזים. במקרה זה, דנטורציה של האנזים אינה מתרחשת.

מעכב -חומר שגורם ספֵּצִיפִי ירידה בפעילותאֶנזִים. חומצות אנאורגניות ומתכות כבדות אינן מעכבות, אבל כן אינפעילים, מכיוון שהם מפחיתים את הפעילות של כל אנזימים, כלומר. חוֹק לא ספציפיכמו כן, חומרי דנטורציה אינם מסווגים כמעכבים.

מעכבים: יונים או מולקולות קטנות המהוות חלק ממערכת הוויסות האנזים, וכן תרופות פרמקולוגיות.

לפי עוצמת הקישור של האנזים למעכב, מתרחשת עיכוב הָפִיךו בלתי הפיך.

ביחס המעכב לאתר הפעיל של האנזים, העיכוב מתחלק ל תַחֲרוּתִיו לא תחרותי.

סוגי עיכוב

1. הפיך 2. בלתי הפיך

א. תחרותי א. ספציפי

ב. אי תחרות ב. לא ספציפי

עיכוב הפיך. רוב המעכבים פועלים בצורה הפיכה, נוצרים קשרים לא קוולנטיים עם האנזים, ובתנאים מסוימים מתנתקים עם שיקום פעילות האנזים.

עיכוב תחרותי.מעכב דומה למצע האנזיםבמבנה שלו ומתחרה עם המצע על המרכז הפעיל ( יושב על האתר הפעיל של האנזים), מה שמוביל לירידה בקשירת המצע לאנזים ולשיבוש הקטליזה. זו המוזרות של עיכוב תחרותי - היכולת להגביר או להקטין עיכוב על ידי שינוי ריכוז המצע.

עבור סוג העיכוב התחרותי, המשוואות הבאות תקפות:

E + S ⇔ ES → E + P,

1. אינטראקציה תחרותית אתנולו מתנוללמרכז הפעיל אלכוהול דהידרוגנאז.

2. עיכוב חומצה מאלונית succinate dehydrogenase, שמבנהו דומה למבנה המצע של אנזים זה - חומצה סוקסינית (סוקסינאט).

Succinate + FAD ----------- Fumarate + FADN 2

3. מעכבים תחרותיים כוללים גם אנטי-מטבוליטים או פסאודו-סובסטרטים, למשל, חומרים אנטיבקטריאליים סולפנאמידים, דומה במבנה ל נחומצה אמינו-בנזואית, מרכיב של חומצה פולית. כאשר מטופלים בסולפנאמידים, תא החיידק משבש באופן תחרותי את השימוש ב נחומצה אמינו-בנזואית לסינתזה חומצה פולית, מה שגורם להשפעה טיפולית.

הדמיון במבנה של סולפנאמידים וחומצה פארא-אמינו-בנזואית, מרכיב של ויטמין B9

ההשפעה של ריכוזי מצע שונים על קצב התגובה המזוזת על ידי אנזימים 1 ו2 (בנוכחות מעכב): א) תלות היפרבוליתVמ[ס], ב) תלות ישירה בקואורדינטות הפוכות 1/Vמ-1/[ס] - שוזר קווים-בורק.

מעכבים תחרותיים מפחיתים את קצב התגובה הכימית.מעכב תחרותי מעלה את K m עבור סובסטרט נתון (מפחית את הזיקה של המצע לאנזים). משמעות הדבר היא כי בנוכחות מעכב תחרותי נדרש ריכוז מצע גבוהכדי להשיג 1/2 V מקסימום. הגדלת היחס בין ריכוזי המצע למעכבים מפחיתה את מידת העיכוב. בריכוזי מצע גבוהים משמעותית, העיכוב נעלם לחלוטין, מכיוון שהמרכזים הפעילים של כל מולקולות האנזים יהיו ממוקמים בעיקר במתחם עם הסובסטרט.

עיכוב לא תחרותי.מעכבאין דמיון מבני למצע ומצרף במקום אחר מלבד האתר הפעיל, ובמקום אחר המולקולה, בו זמנית עם המצע. נוצר קומפלקס משולש: סובסטרט - אנזים - מעכב. זה מוביל לעיוות של האתר הפעיל ולפעילות קטליטית. לְדוּגמָה, חומצה הידרוציאנית (ציאנידים)נקשר ל-heme ברזל של אנזימי שרשרת הנשימה וחוסם את הנשימה התאית.

תלות קינטית של עיכוב לא תחרותי: מאופיינת בירידה ב-V max של התגובה האנזימטית וירידה בזיקה של הסובסטרט לאנזים, כלומר. הגדלת K m.

עיכוב לא תחרותי בקואורדינטות הפוכות כפולות בריכוזי מעכבים שונים (1 - [I]=0; 2 - [I]>0; 3 - [I]>[I]2).

עם עיכוב לא תחרותי, קבוע מיכאליס אינו משתנה, וקצב התגובה המקסימלי יורד ב- (1 + [ אֲנִי]/ק אֲנִי) פעם אחת. לכן, בקואורדינטות הדדיות כפולות, משפחת הקווים הישרים התואמים לריכוזים שונים של המעכב מצטלבים בנקודה אחת על ציר האבססיס, במקרה של יצירת קשרים קוולנטיים יציבים בין מולקולת המעכב לבין האנזים. לרוב, המרכז הפעיל של האנזים משתנה כתוצאה מכך, האנזים אינו יכול לבצע פונקציה קטליטית.

מעכבים בלתי הפיכים כוללים יוני מתכות כבדות, כגון כספית (Hg 2+), כסף (Ag+) וארסן (As 3+), אשר בריכוזים נמוכים חוסמים את קבוצות הסולפהדריל של המרכז הפעיל. במקרה זה, המצע אינו יכול לעבור טרנספורמציה כימית (איור 2-26). בנוכחות reactivators, התפקוד האנזימטי משוחזר. בריכוזים גבוהים, יוני מתכות כבדות גורמים לדנטורציה של מולקולת החלבון של האנזים, כלומר. להוביל לביטול מוחלט של האנזים.

אורנבורג – 2010

1.1 עיכוב הפיך

1.1.2 עיכוב לא תחרותי

1.1.3 עיכוב לא תחרותי

1.2 עיכוב בלתי הפיך

1.3 עיכוב אלוסטרי

2. מראה חדשעיכוב של פעילות אנזימטית

3. שימוש במעכבי אנזימים

מַסְקָנָה

רשימת ספרות משומשת

1. מעכבי אנזים. סוגי עיכוב פעילות האנזים

ידוע שניתן להפחית את פעילות האנזים בקלות יחסית באמצעות מגוון השפעות. הפחתה זו בקצב התגובות האנזימטיות נקראת בדרך כלל עיכוב פעילות, או עיכוב של אנזימים.

איור 1. תכנית הפעלה ועיכוב פעולת האנזים (לפי יו. ב. פיליפוביץ'): א. - מרכז אלוסטרי של האנזים; K - מרכז קטליטי; c - מרכז המצע

אנזימים הם חלבונים בהתאם, ניתן להפחית או לבטל לחלוטין את פעילותם באמצעות השפעות המובילות לדנטורציה של חלבונים (חימום, חשיפה לחומצות מרוכזות, אלקליות, מלחים; מתכות כבדותוכו') דיכוי לא ספציפי זה של פעילות האנזים, שחשוב לחקר תגובות אנזימטיות, אינו מעניין במיוחד לחקר המנגנון שלהם. חשוב הרבה יותר הוא חקר העיכוב באמצעות חומרים שבאופן ספציפי ובדרך כלל בכמויות קטנות מתקשרים עם אנזימים - מעכבי אנזימים. פענוח המנגנונים של תהליכים ביולוגיים רבים, כמו גליקוליזה, מחזור קרבס ואחרים, התאפשר רק כתוצאה משימוש במעכבים ספציפיים של אנזימים שונים (N.E. Kucherenko, Yu.D. Babenyuk et al., 1988).

חלק ממעכבי האנזים הם חומרים רפואיים יעילים לגוף החי והאדם, אחרים הם רעלים קטלניים (V.P. Komov, V.N. Shvedova, 2004).

מעכבים מקיימים אינטראקציה עם המרכזים הפעילים של מולקולת האנזים, ומשביתים את הקבוצות הפונקציונליות של חלבונים. הם יכולים לקיים אינטראקציה עם מתכות שהן חלק ממולקולות האנזים וממתחמי האנזים-סובסטראטים, ולבטל אותם. ריכוזים גבוהים של מעכבים הורסים את המבנים הרבעוניים, השלישוניים והמשניים של מולקולת האנזים, וגורמים לדנטורציה שלה (A.I. Kononsky, 1992).

לאחרונה התגלו אנטי-אנזימים (אנטי-אנזימים, או אנטי-זימים), שהם חלבונים הפועלים כמעכבי אנזימים. חומרים כאלה כוללים, למשל, מעכב טריפסין, המצוי בפולי סויה, ואנטי-טריפסין בסרום. האנטי-אנזים ornithine decarboxylase התגלה לאחרונה בכבד של בעלי חיים. ככל הנראה אנטי-זימים יוצרים קומפלקסים שקשה להתנתק עם האנזימים המתאימים, ומכבים אותם תגובות כימיות. לפעמים המעכב הוא רכיב אינטגרלימבשר של אנזים, או שהוא חלק ממתחמי אנזים מורכבים. עם זאת, טרם הובהר האם אנטי-אנזימים כאלה הם מעכבים אמיתיים או תת-יחידות רגולטוריות.

אם מעכב גורם לשינויים מתמשכים במבנה השלישוני המרחבי של מולקולת האנזים או שינוי בקבוצות הפונקציונליות של האנזים, אזי סוג זה של עיכוב נקרא בלתי הפיך. עם זאת, לעתים קרובות יותר, מתרחשת עיכוב הפיך, אשר ניתן לכימות באמצעות משוואת Michaelis-Menten. עיכוב הפיך, בתורו, מתחלק לתחרות ולא תחרותי

בפועל, מעכבים רבים אינם מציגים את התכונות האופייניות לעיכוב תחרותי גרידא או לא תחרותי גרידא. דרך נוספת לסווג מעכבים מבוססת על אופי אתר הקישור שלהם. חלקם נקשרים לאנזים באותו מקום כמו המצע (במרכז הקטליטי), בעוד שאחרים נקשרים במרחק ניכר מהמרכז הפעיל (במרכז האלוסטרי) (R. Murray, D. Grenner et al., 1993).

1.1 עיכוב הפיך

ישנם שלושה סוגים של עיכוב אנזים הפיך: תחרותי, לא תחרותי ולא תחרותי, תלוי אם ניתן או לא ניתן להתגבר על עיכוב התגובה האנזימטית על ידי הגדלת ריכוז הסובסטרט.

1.1.1 עיכוב תחרותי

מעכב תחרותי מתחרה עם סובסטרט על הקישור לאתר הפעיל, אך בניגוד למצע, מעכב תחרותי הקשור לאנזים אינו עובר המרה אנזימטית. תכונה ייחודיתעיכוב תחרותי הוא שניתן לבטל או להחליש אותו פשוט על ידי הגדלת ריכוז המצע. לדוגמה, אם בריכוז נתון של סובסטרט ומעכב תחרותי, פעילות האנזים מעוכבת ב-50%, אז נוכל להפחית את מידת העיכוב על ידי הגדלת ריכוז המצע.

במבנה התלת מימדי שלהם, מעכבים תחרותיים בדרך כלל דומים למצע של אנזים נתון. הודות לדמיון הזה, המעכב התחרותי מצליח "להטעות" את האנזים וליצור איתו קשר. ניתן ללמוד עיכוב תחרותי בצורה כמותית על סמך תיאוריית מיכאליס-מנטן. מעכב תחרותי I פשוט מתחבר לאנזים E בצורה הפיכה, ויוצר איתו קומפלקס

ניתן לזהות בקלות עיכוב תחרותי בניסוי על ידי קביעת השפעת ריכוז המעכבים על התלות של קצב התגובה הראשוני בריכוז המצע. כדי להבהיר את השאלה איזה סוג - תחרותי או לא תחרותי - מתרחש עיכוב הפיך של האנזים, נעשה שימוש בשיטת ההדדיות הכפולה. מתוך גרפים שנבנו בקואורדינטות הפוכות כפולות, ניתן גם לקבוע את הערך של קבוע הדיסוציאציה של קומפלקס מעכבי האנזים (ראה איור 1) (A. Leninger, 1985)

עיכוב תחרותי יכול להיגרם מחומרים בעלי מבנה דומה לזה של המצע, אך שונה מעט ממבנה המצע האמיתי. עיכוב זה מבוסס על קישור של המעכב לאתר קושר המצע (הפעיל) (ראה איור 2).

אוֹרֶז. 2. עקרון כלליעיכוב תחרותי (תכנית לפי V.L. Kretovich). E - אנזים; S - מצע; P 1 ו-P 2 - תוצרי תגובה; אני - מעכב.

דוגמה לכך היא ההשפעה של חומצה מאלונית על תגובה שמזרזת על ידי succinate dehydrogenase וקשורה להמרה של חומצה סוקסינית לחומצה פומארית. הוספת חומצה מאלונית לתערובת התגובה מפחיתה או מפסיקה לחלוטין את התגובה האנזימטית, מאחר שכן מעכב תחרותי succinate dehydrogenase. די בדמיון של חומצה מאלונית לחומצה סוקסינית כדי ליצור קומפלקס עם האנזים, אך פירוק הקומפלקס הזה אינו מתרחש. כאשר ריכוז החומצה הסוצינית עולה, היא עוקרת חומצה מאלונית מהקומפלקס, וכתוצאה מכך, הפעילות של succinate dehydrogenase משוחזרת.

אוֹרֶז. 3. עיכוב תחרותי של תגובת ההמרה של חומצה סוקסינית לחומצה פומארית בהשפעת חומצה מאלונית.

המבנים של המצע (סוקסינאט) והמעכב (מלונאט) עדיין שונים במקצת. לכן הם מתחרים על הקישור לאתר הפעיל, ומידת העיכוב תיקבע לפי היחס בין ריכוזי המלונט והסוקסינאט, ולא לפי הריכוז המוחלט של המעכב. לפיכך, המעכב יכול להיקשר באופן הפיך לאנזים, וליצור קומפלקס מעכב אנזים. סוג זה של עיכוב נקרא לפעמים עיכוב אנטגוניזם מטבולי (ראה איור 3).

בצורה כללית, התגובה בין מעכב לאנזים יכולה להיות מיוצגת על ידי המשוואה הבאה:

הקומפלקס המתקבל, הנקרא קומפלקס מעכב האנזים EI, בניגוד לקומפלקס האנזים-סובסטרט ES, אינו מתפרק ליצירת תוצרי תגובה.

תרופות רבות מעכבות אנזימים אנושיים ובעלי חיים באופן תחרותי. לדוגמה, תרופות סולפונאמיד משמשות לטיפול בכמה מחלות זיהומיות הנגרמות על ידי חיידקים. התברר שתרופות אלו דומות מבחינה מבנית לחומצה פארא-אמינו-בנזואית, שבה משתמש תא החיידק לסנתז חומצה פולית, שהיא חלק בלתי נפרד מאנזימי חיידקים. בשל הדמיון המבני הזה, סולפנאמיד חוסם את פעולת האנזים על ידי עקירת חומצה פארא-אמינו-בנזואית מהקומפלקס עם האנזים המסנתז חומצה פולית, מה שמוביל לעיכוב צמיחת חיידקים.

מבנה הפפטידוגליקן של דופן התא החיידקי כולל D-alanine, אשר נעדר בגוף של בעלי חיים ובני אדם. כדי לסנתז את דופן התא, חיידקים משתמשים באנזים alanine racemase כדי להמיר L-alanine מהחי לצורת D. Alanine racemase אופייני לחיידקים ואינו נמצא ביונקים. לכן, הוא מייצג מטרה טובה לעיכוב תרופות. החלפה של אחד מהפרוטונים של קבוצת המתיל בפלואור מייצרת פלואוראלנין, הנקשר ל-alanine racemase, מה שמוביל לעיכוב שלו.