עיכוב לא תחרותי. עיכוב אנזים. עיכוב תחרותי ולא תחרותי, דוגמאות לתגובות. חומרים רפואיים כמעכבי אנזימים. עיכוב תחרותי של succinate dehydrogenase

עיכוב תחרותי

ישנם שני סוגים של מעכבים הפיכים: תחרותיים ולא תחרותיים. המחקר של מעכבי אנזימים הפיכים אפשר לקבל מידע חשוב מאוד על מבנה המרכזים הפעילים של אנזימים שונים.

מעכב תחרותי מתחרה עם סובסטרט על הקישור לאתר הפעיל, אך בניגוד למצע, מעכב תחרותי הקשור לאנזים אינו עובר המרה אנזימטית (איור 1). תכונה ייחודיתעיכוב תחרותי הוא שניתן לבטל או להחליש אותו פשוט על ידי הגדלת ריכוז המצע.

איור 1- סכימה של עיכוב תחרותי של פעילות האנזים

לדוגמה, אם בריכוזי מצע נתונים ו מעכב תחרותיפעילות האנזים מדוכאת ב-50%, ואז נוכל להפחית את מידת העיכוב על ידי הגדלת ריכוז הסובסטרט.

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 התיאוריה של מיכאליס-מנטן. מעכב תחרותי I פשוט נקשר לאנזים E, ויוצר איתו EI מורכב עם זאת, בניגוד למצע, המעכב אינו מושפע מהאנזים ולא נוצרים תוצרי תגובה חדשים (איור 1).

דוגמה קלאסית לעיכוב תחרותי היא עיכוב של succinate dehydrogenase על ידי אניון חומצה מאלונית (איור 2). Succinate dehydrogenase הוא חלק מקבוצת אנזימים המזרזים תגובות של מחזור החומצות הטריקרבוקסיליות - המסלול המטבולי הסופי להרס החמצוני של פחמימות ושומנים במיטוכונדריה. אנזים זה מזרז הפשטה של ​​שני אטומי מימן מסוקסינאט - אחד מכל אחת משתי קבוצות המתילן (-CH 2 -). Succinate dehydrogenase מעוכב על ידי malonate, הדומה ל succinate בכך שהוא מכיל גם שתי קבוצות קרבוקסיל שלובשות צורה מיונן (דה-פרוטוני) ב-pH 7.0. עם זאת, הוא שונה מסוקסינאט בכך שיש לו רק שלושה אטומי פחמן במולקולה שלו. Succinate dehydrogenase אינו מסוגל להפיק מימן ממלונט, אך המפונט תופס את האתר הפעיל של האנזים, ומונע ממנו לקיים אינטראקציה עם מצע תקין. מלונט הוא מעכב הפיך, שכן הגדלת ריכוז הסוקסינאט בריכוז נתון של מלונט מפחיתה את מידת עיכוב האנזים. תרכובות אחרות המכילות שתי קבוצות טעונות שלילי הממוקמות במרחק מתאים זו מזו יכולות לשמש גם כמעכבים תחרותיים של succinate dehydrogenase. אלה כוללים, למשל, אוקסלואצטט, תוצר ביניים במחזור החומצה הטרי-קרבוקסילית.

איור 2 - תגובה מזורזת על ידי succinate dehydrogenase והעיכוב התחרותי שלו

מעכבים תחרותיים מזכירים מבחינה מבנית את הסוקסינאט: הם מכילים שתי קבוצות טעונות שלילי הממוקמות בצורה ספציפית בחלל, התואמות את הקונפורמציה של המרכז הפעיל.

חקר המאפיינים המבניים של כל המעכבים הללו הוביל למסקנה שבמרכז הקטליטי של succinate dehydrogenase ישנן שתי קבוצות טעונות חיובית הממוקמות בצורה מסוימת בחלל, המסוגלות למשוך שתי קבוצות קרבוקסיל טעונות שלילי של האניון succinate. לפיכך, המרכז הקטליטי של succinate dehydrogenase נראה משלים למבנה המצע שלו (איור 2).

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 של עיכוב הפיך של אנזים תחרותי או לא תחרותי מתרחש, זה מאוד נוח להפוך את משוואת Michaelis-Menten לצורה לינארית. לרוב, שיטת ההדדיות הכפולה משמשת למטרה זו. מגרפים שנבנו בקואורדינטות הפוכות כפולות, ניתן לקבוע גם את ערך קבוע הדיסוציאציה של קומפלקס מעכבי האנזים. לתגובת הדיסוציאציה

קבוע הדיסוציאציה שווה ל

ויסות פעילות האנזים יכול להתבצע באמצעות אינטראקציה של אנזימים עם רכיבים ביולוגיים שונים או תרכובות זרות, הנקראים מווסת אנזימים. הם יכולים להאיץ או להאט את התגובה האנזימטית.

מפעילים– אלו חומרים המגבירים את קצב התגובות האנזימטיות.

מִין מפעילים:

1. חומרים המשפיעים על אזור האתר הפעיל. אלה כוללים יוני מתכת(Na+, K+, Fe2+, Co2+, Cu2+, Ca2+, Zn2+, Mg2+, Mn2+ וכו'). במקרים מסוימים, יוני מתכת פועלים כקו-פקטור לאנזים. במקרים אחרים, הם מקדמים את ההתקשרות של המצע לאתר הפעיל של האנזים. יוני מתכת מתגלים כמפעילים רק בתנאים של מחסור שלהם בגוף.

2. אפקטורים אלוסטריים, הנקשרים לאתר האלוסטרי (רגולטורי) של האפואנזים. קשירה זו גורמת לשינויים קונפורמטיביים במולקולת החלבון, המובילים לשינוי במבנה האתר הפעיל, המשפיע על הקישור וההמרה של המצע באתר הפעיל. במקרה זה, הפעילות של האנזים עולה (זה מפעילים אלוסטריים), או פוחת (זהו מעכבים אלוסטריים). אפקטורים אלוסטריים של אנזימים הם לרוב מטבוליטים שונים, כמו גם הורמונים, יוני מתכת, נוקלאוזידים - ATP, ADP, AMP.

3. חומרים הגורמים לשינויים שאינם משפיעים על האתר הפעיל של האנזים. מספר אפשרויות לשינויים כאלה אפשריות:

- הפעלה על ידי הצמדת קבוצה משנה ספציפית למולקולת האנזים. דוגמה: ויסות פעילות ליפאסים.

ATP ADP לא פעיל O

חלבון קינאז║

─CH2OH ─CH2─O─P─OH

פוספטאז│

במקרה זה, קבוצת הפוספט מתחברת לקבוצות ההידרוקסיל של חומצות האמינו הממוקמות בחלק החלבון של האנזים. קבוצות פוספט טעונות שלילי יכולות לשבור קשרי מימן ויונים חלשים במבנה השלישוני של חלבון האנזים ולהשפיע על המצב הקונפורמטיבי של המרכז הפעיל שלו. בהתאם לאופי האנזים, זרחון יכול להפעיל אותו או להיפך, להשבית אותו. תגובות של תוספת של קבוצת פוספט מזורזות על ידי אנזימים קינאזות חלבון, ופיצולים - פוספטאזות. הפעילות של אנזימים אלה, בתורה, נשלטת על ידי המערכת ההורמונלית.

- הפעלה על ידי מעבר של מבשר לא פעיל - פרואנזים לאנזים פעיל עקב פרוטאוליזה חלקית.

חלק מהאנזימים מסונתזים בתא בתחילה לא פעילים ולאחר הפרשה מהתא הם הופכים פעילים. קודמים לא פעילים נקראים פרו-אנזימים (זימוגנים). בהשפעת המפעיל מתרחשת הידרוליזה חלקית של הפרואנזים עם ביקוע הפפטיד הלא פעיל ממנו, וכתוצאה מכך נפתח המרכז הפעיל. זה מפעיל אנזימים במערכת העיכול המעכלים חלבוני מזון. למשל, אנזים פפסינוגן, מסונתז בתאי הקיבה, ולאחר מכן בלומן של הקיבה תחת השפעה חומצה הידרוכלוריתהופך לפעיל עַכְּלָןעל ידי הסרת החלק הלא פעיל של שרשרת הפוליפפטיד:

HCl לא פעיל פעיל

פפסינוגן פפסין + פפטיד

(פרואנזים)

- המפעיל גורם להתנתקות של תת-יחידות אנזים בעלות מבנה רבעוני(ביקוע של אחת מתת-יחידות האנזים).

מעכביםהם חומרים הגורמים לירידה בפעילות האנזים. יש להבחין בין אי-אקטיבציה לעיכוב של האנזים. עצם העיכוב של תגובה אנזימטית בנוכחות חומר לא אומר שחומר זה הוא מעכב. כל חומר דנטורציה גורם להשבתת האנזים ולעיכוב התגובה האנזימטית. מעכבים, בניגוד לחומרים המדנטורים, פועלים בריכוזים נמוכים וגורמים לירידה ספציפית בפעילות האנזימטית.

בהתבסס על עוצמת הקישור לאנזים, מעכבים מחולקים ל הָפִיךו בלתי הפיך. מעכבים בלתי הפיכים נקשרים בחוזקה לאנזים, ואילו קומפלקס המעכבים הפיכים לאנזים חלש. אם תמיסה של אנזים עם מעכב הפיך מדוללת מאוד, הקומפלקס שלהם מתפרק ופעילות האנזים משוחזרת.

בהתבסס על מנגנון הפעולה שלהם, מעכבים מחולקים לתחרות ולא תחרותי. מעכבי תחרותבעלי דמיון מבני למולקולת הסובסטרט, המאפשרת להם לתפוס את מקומו של המצע במרכז הפעיל של האנזים:

E + S + I → EI + S

על ידי שילוב במרכז הפעיל במקום במצע, מעכב כזה מונע מהתגובה האנזימטית להתרחש. כלומר, המצע מתחרה עם המעכב על האתר הפעיל. התרכובת עם יותר מולקולות נקשרת למרכז הפעיל. ניתן להסיר עיכוב תחרותי על ידי הגדלת ריכוז המצע.

פעולתן של תרופות פרמקולוגיות רבות (לדוגמה, סולפנאמידים), קוטלי חרקים וחומרי לוחמה כימיים אורגנו-זרחנים (סארין, סומאן) מבוססת על העיקרון של עיכוב תחרותי.

מעכבים לא תחרותייםאין דמיון מבני למצעים. או שהם נקשרים לקבוצות הקטליטיות של האתר הפעיל של האנזים, או, על ידי קשירה לאנזים מחוץ לאתר הפעיל, הם משנים את הקונפורמציה של האתר הפעיל בצורה כזו שהיא מונעת את ההמרה של הסובסטרט. מכיוון שהמעכב הלא תחרותי אינו משפיע על הקישור של המצע, בניגוד לעיכוב תחרותי, נצפית היווצרות של קומפלקס טרינרי:

E + S + I → ESI

מעכבים לא תחרותיים כוללים יונים מתכות כבדות: כספית, עופרת, קדמיום, ארסן. הם חוסמים קבוצות SH הנכללות באתר הקטליטי של האנזים. אי אפשר להסיר את ההשפעה של מעכב לא תחרותי עם עודף מצע, כמו בעיכוב תחרותי, אלא רק עם חומרים הקושרים את המעכב ( מפעילים מחדש). מתכות כבדות פועלות כמעכבות רק בריכוזים קטנים בריכוזים גדולים הן פועלות כחומרי דנטורציה.

המעכבים הלא תחרותיים החשובים ביותר הם תוצרי ביניים מטבוליים הנוצרים בתא חי שיכולים להיקשר באופן הפיך לאתרים אלוסטריים של האנזים - מעכבים אלוסטריים. הם תופסים עמדת מפתח בחילוף החומרים, מכיוון שהם מגיבים בעדינות לשינויים בחילוף החומרים ומווסתים את מעבר החומרים דרך מערכת שלמה של אנזימים. לדוגמה, ויסות אלוסטרי מתבטא בצורה של עיכוב של האנזים הראשון בשרשרת על ידי התוצר הסופי. ויסות זה דומה לוויסות באמצעות מנגנון משוב ומאפשר לשלוט בתפוקת התוצר הסופי, שבמקרה של הצטברותו נעצרת עבודת האנזים הראשון בשרשרת:

A → B → C → D

E1, E2, E3 - אנזימים; A, B, C, D - מטבוליטים

1. מפעילים - חומרים המגבירים את קצב התגובות האנזימטיות ומגבירים את פעילות האנזימים. הם בעלי אופי אורגני ואי-אורגני.

מפעילים של טבע אורגני: חומצות מרה(מפעילים את החריץ בלבלב), אנטרוקינאז (מפעיל טריפסינוגן), גלוטתיון, ציסטאין, ויטמין C (מגביר את הפעילות של oxidoreductases).

מפעילים בעלי אופי אנאורגני: לדוגמה, HCl מפעיל פפסינוגן, יוני מתכת (Na, Cl, K, Mg, Mn, Zn) מפעילים אנזימים רבים. יוני מתכת: א) תורמים ליצירת קומפלקס אנזים-סובסטרט; ב) לשמש כתורמים ומקבלי אלקטרונים; ג) לקחת חלק ביצירת המרכז הפעיל של אנזימים (Zn בהרכב של קרבנהידרז, Fe בהרכב של ציטוכרומים, קטלאז, פרוקסידאז); ד) לפעול כמווסתים אלוסטריים.

2. מעכבים הם חומרים המפחיתים את פעילות האנזימים ומאטים תגובות כימיות. יש הבחנה בין עיכוב הפיך לבלתי הפיך:

אם מעכב נקשר למולקולת האנזים בקשרים חלשים (E + I ↔ EI), אז מעכב כזה מוסר בקלות ופעילות האנזים משוחזרת;

אם המעכב נקשר בחוזקה למולקולת האנזים קשרים קוולנטיים(E + I → EI), אז מתרחש דיכוי בלתי הפיך של פעילות האנזים

עיכוב בלתי הפיך מתרחש במהלך דנטורציה של חלבוני אנזים בהשפעת חומצות ואלקליות מרוכזות, מלחים של מתכות כבדות וקרינה אולטרה סגולה. מעכבים מסוימים יוצרים קשרים חזקים שאינם ניתנים לניתוק עם קבוצות פונקציונליות באתרים הפעילים של אנזימים. לדוגמה, ציאניד נקשר לברזל באנזימי המופרוטאינים. רעלי זרחן אורגניים (טבון, סארין, גזי V) יוצרים קשרים חזקים עם שיירי סרין ותרונין שהם חלק מאנזימים רבים. עיכוב הפיך מתחלק לתחרות ולא תחרותי. עיכוב תחרותי נגרם על ידי חומרים הדומים מבחינה מבנית למצע ומקיימים אינטראקציה עם האתר הפעיל של האנזים. לדוגמה, חומצה מאלונית היא מעכב תחרותי של succinate dehydrogenase, שכן היא דומה לחומצה סוקסינית (יש גם 2 קבוצות קרבוקסיל). לכן, חומצה מאלונית נקשרת בקלות לאתר הפעיל של succinate dehydrogenase, מחליפה משם את המצע, חומצה סוקסינית. עם זאת, האנזים אינו מסוגל לעשות זאת עם חומצה מאלונית, שהיא קצרה יותר ב-1 אטום פחמן. לכן, אם מוסיפים חומצה מאלונית בריכוז העולה על הריכוז חומצה סוצינית, אז התגובה תיפסק מכיוון שהמלונט חוסם את האתר הפעיל של succinate dehydrogenase

מעכבים תחרותיים משמשים לעתים קרובות כ תרופות. לדוגמה, תרופות אנטי-מיקרוביאליות סולפונאמידים הן אנלוגים מבניים של חומצה פארא-אמינו-בנזואית שממנה מיקרואורגניזמים מסנתזים ויטמין B9, אשר הם צריכים להתרבות ( חומצה פולית). אנטיביוטיקה רבות מעכבות באופן תחרותי סינתזת חלבון על ידי מיקרואורגניזמים או שכפול DNA. תרופות נגד גידולים (מתוטרקסט, אנטגוניסט ויטמין B9) חוסמות את שכפול ה-DNA בתאי הגידול.

למעכבים לא תחרותיים אין דמיון מבני למצע והם נקשרים לא למרכז הפעיל, אלא לאתרים אחרים, כולל המרכז האלוסטרי. עיכוב מתרחש עקב הרס או שינוי כימי בלתי הפיך של קבוצות תפקודיות של האנזים. דוגמאות:

א) חומרי אלקילציה (יודואצטמיד) מגיבים באופן בלתי הפיך עם קבוצות ה-SH של אנזימים

E–SH + ICH2CONH2 → E–SCH2 –CONH2 + HI (אנזים) (iodoacetamide) קומפלקס מעכבי האנזים

ב) תכשירים של FOS (תרכובות זרחן אורגניות) הם רעלים רעילים ביותר עבור חרקים ובעלי חיים בעלי דם חם. הם מקיימים אינטראקציה עם קבוצת ההידרוקסי של סרין באתר הפעיל של האנזים אצטילכולין אסטראז:

ג) teturam - מעכב של acetaldehyde dehydrogenase (המשמש לטיפול באלכוהוליזם).

תאריך פרסום: 2015-11-01; קראו: 9259 | עמוד הפרת זכויות יוצרים | להזמין כתיבת עבודה

השבת את adBlock!
באמת נחוץ

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.

קיימות שתי מחלקות גדולות של מעכבי פעילות אנזימטית - תחרותית ולא תחרותית - על סמך האם ההשפעה המעכבת שלהם נחלשת (עיכוב תחרותי) או לא נחלשת (עיכוב לא תחרותי) עם הגדלת ריכוז הסובסטרט. 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 הסובסטרט (במרכז הקטליטי), בעוד שאחרים נקשרים במרחק ניכר מהמרכז הפעיל (מרכז וואלוסטרי).

עיכוב תחרותי על ידי אנלוגים מצע

עיכוב תחרותי קלאסי מבוסס על קישור של המעכב לאתר קושר המצע (קטליטי). מבנה כימיאנלוגי הסובסטרט הפועל כמעכב (I) דומה בדרך כלל במבנה למצע (S). לכן, המעכב יכול להיקשר בצורה הפיכה לאנזים, במקום ליצור קומפלקס כלומר. קומפלקס מעכבי אנזים. כאשר גם סובסטרט וגם מעכב מסוג מסוים נמצאים בתערובת תגובה בו זמנית, הם מתחרים על אותו אתר קישור על פני האנזים. אחת הדוגמאות הנחקרות ביותר של עיכוב תחרותי היא עיכוב של succinate dehydrogenase על ידי malonate (I), אשר מתחרה על אותו אתר עם הסובסטרט succinate

Succinate dehydrogenase מזרז את היווצרות פומארט על ידי הפשטה של ​​אטום מימן מכל אחד משני אטומי ה-α-פחמן של סuccinate (איור 8.19). מלונט מסוגל להיקשר לדהידרוגנאז, ויוצר קומפלקס לא ניתן להסיר את אטום המימן מ-Saagom malonate. הקומפלקס יכול להתפרק רק לאנזים חופשי ולמעכב. לתגובה הפיכה הזו

קבוע שיווי המשקל K שווה ל

אוֹרֶז. 8.19. תגובה סוקסינאט דהידרוגנאז.

פעולתם של מעכבים תחרותיים יכולה להיות מיוצגת בצורה של התגובות הבאות:

קצב היווצרות המוצר - שהוא בדרך כלל מושא המדידה - תלוי רק בריכוז הקומפלקס. נניח שאני נקשר בחוזקה מאוד לאנזים מלה). אז כמות האנזים החופשי שיכול לחבר את S, ליצור קומפלקס, ואז ו, תהיה קטנה מאוד. לפיכך, קצב התגובה (היווצרות P) יהיה נמוך. מסיבות דומות, באותו ריכוז של מעכב קשירה חלש (L גדול), התגובה המזוזרת לא תאט באופן משמעותי. כעת נניח שבריכוז קבוע של מעכב 1, מתווסף יותר ויותר מצע S. זה מגדיל את ההסתברות להיווצרות קומפלקס בהשוואה לקומפלקס. ככל שהיחס יגדל, גם מהירות התגובה תגדל. בריכוז גבוה מספיק של S, ריכוז הקומפלקס יהפוך לקטן נעלם. אבל אז קצב התגובה המזוזלת יהיה זהה לזה בהיעדר I (איור 8.20).

אוֹרֶז. 8.20. עלילת Lineweaver-Burk למקרה של עיכוב תחרותי קלאסי. שימו לב לחוסר המוחלט של השפעה מעכבת בערכי [S] גבוהים (ערכים נמוכים (1/[S]).

הערכה גרפית של קבועי עיכוב תחרותי

באיור. איור 8.20 מציג מקרה טיפוסי של עיכוב תחרותי, המוצג בצורה של עלילת Lineweaver-Burk. קצב התגובה נמדד ב משמעויות שונותריכוז של S ובריכוז מעכב קבוע. קווים ישרים המצוירים דרך נקודות הניסוי מצטלבים באותה נקודה על ציר ה-y. אורך הקטע המנותק מציר ה-y שווה לזה, מה שאומר שבריכוז גבוה לאין שיעור הוא יהיה זהה להיעדר מעכב. עם זאת, אורך המקטע המנותק מהציר (ערך זה קובע את הערך) יורד בנוכחות מעכב. לכן, מעכב תחרותי מגדיל את הערך הנראה למצע. עבור עיכוב תחרותי פשוט, אורך הקטע המנותק מהציר יהיה שווה ל

לאחר שנקבע בהעדר I, ניתן למצוא ממשוואה זו אם הריכוז של 1 נוסף עולה באופן משמעותי על ריכוז האנזים, אזי [I] יכול להיחשב שווה לריכוז המעכב שנוסף. עבור מספר אנלוגים מצע (מעכבים תחרותיים) מראים איזה מהם הוא היעיל ביותר. המעכבים הקטנים ביותר, אפילו בריכוזים נמוכים, יכולים להיות בעלי השפעה מעכבת חזקה.

תרופות רבות בשימוש נרחב במרפאה פועלות כמעכבים תחרותיים של אנזימים חשובים מאוד הפועלים בתאים מיקרוביאליים ובעלי חיים כאחד.

עיכוב בלתי-תחרותי הפיך

כפי שהשם עצמו מרמז, במקרה זה אין תחרות בין S ו-I. במקרה זה, המעכב בדרך כלל אינו דומה בשום צורה ל-S וכפי שניתן לשער, נקשר לאתר אחר של האנזים. מעכבים בלתי-תחרותיים הפיכים מפחיתים את הקצב המקסימלי שניתן להשיג עם כמות נתונה של אנזים (הם מפחיתים אך, ככלל, אינם משפיעים מכיוון ש-I ו-S נקשרים למרכזים שונים, היווצרות של קומפלקס וקומפלקס אפשרית. קומפלקס מתפרק גם ליצירת מוצר, אך בקצב נמוך יותר מ- לכן התגובה תאט, אך לא תיפסק.

התגובות התחרותיות הבאות:

באיור. איור 8.21 מציג את התלות בנוכחות והיעדר מעכב (ההנחה היא שקישור של I אינו מוביל לשינויים משמעותיים בתפקוד האתר הפעיל).

עיכוב בלתי-תחרותי בלתי הפיך

ניתן להפחית את פעילות האנזים בנוכחות "רעלים" רבים כמו יודואצטמיד, יוני מתכות כבדות, חומרי חמצון וכו'. בנוכחות של מצע או תוצר אחד או יותר, קצב השבתת האנזים עשוי להיות מופחת. ייתכן שהניתוח הקינטי הנדון כאן אינו מספיק כדי להבחין בין פעולתם של רעלים לאנזימים לבין פעולתם של מעכבים הפיכים שאינם תחרותיים. עיכוב בלתי-תחרותי הפיך הוא נדיר יחסית. למרבה הצער, זה לא תמיד מזוהה, שכן גם עיכוב בלתי-תחרותי הפיך וגם בלתי-הפיך מאופיינים בקינטיקה דומה.

אוֹרֶז. 8.21. עלילת Lineweaver-Burk למקרה של עיכוב בלתי-תחרותי הפיך.

המונח "עיכוב פעילות אנזימטית" מתייחס לירידה בפעילות קטליטית בנוכחות חומרים מסוימים - מעכבים. מעכבים כוללים חומרים הגורמים לירידה בפעילות האנזים. יש לציין כי כל חומרי הדנטורציה גורמים גם לירידה בקצב כל תגובה אנזימטית עקב דנטורציה לא ספציפית של מולקולת החלבון, לכן חומרי דנטורציה אינם נחשבים למעכבים.

מעכבים הם בעלי עניין רב להבהרת מנגנוני הקטליזה האנזימטית ומסייעים לבסס את תפקידם של אנזימים בודדים במסלולים המטבוליים של הגוף. פעולתם של תרופות ורעלים רבים מבוססת על עיכוב פעילות האנזים, ולכן הכרת המנגנונים של תהליך זה חשובה ביותר לפרמקולוגיה מולקולרית ולטוקסיקולוגיה.

מעכבים מסוגלים ליצור אינטראקציה עם אנזימים בדרגות חוזק שונות. על בסיס זה מבחינים בין עיכוב הפיך לבלתי הפיך. בהתבסס על מנגנון הפעולה שלהם, מעכבים מחולקים לתחרות ולא תחרותי.

א עיכוב הפיך

מעכבים הפיכים נקשרים לאנזים בקשרים לא קוולנטיים חלשים ובתנאים מסוימים, מופרדים בקלות מהאנזים. מעכבים הפיכים יכולים להיות תחרותיים או לא תחרותיים.

עיכוב תחרותי

עיכוב תחרותי מתייחס לירידה הפיכה בקצב התגובה האנזימטית הנגרמת על ידי מעכב הנקשר לאתר הפעיל של האנזים ומונע היווצרות קומפלקס אנזים-סובסטרט. סוג זה של עיכוב נצפה כאשר המעכב הוא אנלוגי מבני של הסובסטרט, וכתוצאה מכך מתחרות בין מולקולות המצע למולקולות המעכבים על מקום במרכז הפעיל של האנזים. במקרה זה, המצע או המעכב מקיימים אינטראקציה עם האנזים, ויוצרים קומפלקסים של אנזים-סובסטרט (ES) או מעכבי אנזים (EI). כאשר נוצר קומפלקס מעכב אנזים (EI), לא נוצר תוצר תגובה

עבור סוג העיכוב התחרותי, המשוואות הבאות תקפות:

E + S ⇔ ES → E + P,

תלות קינטית

מעכבי תחרות מפחיתים את המהירות תגובה כימית. מעכב תחרותי מעלה את K m עבור סובסטרט נתון (מפחית את הזיקה של המצע לאנזים). המשמעות היא שבנוכחות מעכב תחרותי, נדרש ריכוז גבוה יותר של מצע כדי להשיג 1/2 V מקסימום.

הגדלת היחס בין ריכוזי המצע למעכבים מפחיתה את מידת העיכוב. בריכוזי מצע גבוהים משמעותית, העיכוב מושלם

האנטי-מטבוליטים הבאים משמשים כתרופות: תרופות סולפונאמיד (אנלוגים של חומצה פארא-אמינו-בנזואית) המשמשות לטיפול מחלות זיהומיות, אנלוגים לנוקלאוטידים לטיפול בסרטן.

עיכוב לא תחרותי

עיכוב לא תחרותי של תגובה אנזימטית נקרא כאשר המעכב יוצר אינטראקציה עם האנזים באתר אחר מלבד האתר הפעיל. מעכבים לא תחרותיים אינם אנלוגים מבניים של המצע.

מעכב לא תחרותי יכול להיקשר לאנזים או לקומפלקס האנזים-סובסטרט, וליצור קומפלקס לא פעיל. תוספת של מעכב לא תחרותי גורמת לשינוי בקונפורמציה של מולקולת האנזים באופן שהאינטראקציה של הסובסטרט עם המרכז הפעיל של האנזים משתבשת, מה שמוביל לירידה בקצב התגובה האנזימטית.

תלות קינטית

סוג זה של עיכוב מאופיין בירידה ב-Vmax של התגובה האנזימטית וירידה בזיקה של הסובסטרט לאנזים, כלומר. הגדלת K m.

ב' עיכוב בלתי הפיך

עיכוב בלתי הפיך נצפה 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. המצע אינו יכול לעבור טרנספורמציה כימית. בנוכחות reactivators, התפקוד האנזימטי משוחזר. בריכוזים גבוהים, יוני מתכות כבדות גורמים לדנטורציה של מולקולת החלבון של האנזים, כלומר. להוביל לביטול מוחלט של האנזים.

1. ספציפי ולא ספציפי
מעכבים

השימוש במעכבים בלתי הפיכים הוא בעל עניין רב להבהרת מנגנון הפעולה של אנזימים. לשם כך משתמשים בחומרים החוסמים קבוצות מסוימות של המרכז הפעיל של אנזימים. מעכבים כאלה נקראים ספציפיים. מספר תרכובות מגיבות בקלות עם קבוצות כימיות מסוימות. אם קבוצות אלה משתתפות בקטליזה, אזי מתרחשת נטרול מוחלט של האנזים.

2. מעכבי אנזימים בלתי הפיכים כגון
תרופות

דוּגמָה מוצר תרופתי, שפעולתה מבוססת על עיכוב אנזימים בלתי הפיך, היא תרופה בשימוש נרחב אספירין. התרופה האנטי דלקתית הלא סטרואידית אספירין מספקת אפקט תרופתי עקב עיכוב האנזים cyclooxygenase, המזרז יצירת פרוסטגלנדינים מ חומצה ארכידונית. כתוצאה מתגובה כימית, שאריות האצטיל של אספירין מחוברות לקבוצת NH 2 הטרמינלית החופשית של אחת מתת-היחידות של cyclooxygenase.

הדבר גורם לירידה ביצירת תוצרי תגובה פרוסטגלנדין, בעלי מגוון רחב של פונקציות ביולוגיות, כולל מתווכים של דלקת.

ויסות אלוסטרי של פעילות האנזים. תפקידם של אנזימים אלוסטריים במטבוליזם התא. אפקטורים ומעכבים אלוסטריים. תכונות המבנה והתפקוד של אנזימים אלוסטריים והלוקליזציה שלהם במסלולים מטבוליים. ויסות פעילות האנזים על פי עקרון המשוב השלילי. תן דוגמאות.

הדרך העדינה והנפוצה ביותר לווסת את פעילות האנזים היא ויסות אלוסטרי . במקרה זה, הגורם הרגולטורי נקשר לא למרכז הקטליטי של האנזים, אלא לחלק אחר שלו ( מרכז רגולציה), מה שמוביל לשינוי בפעילות האנזים. אנזימים המווסתים בדרך זו נקראים אלוסטרי, לעתים קרובות הם תופסים עמדת מפתח בחילוף החומרים. החומר הנקשר למרכז הרגולציה נקרא מַפעִיל , האפקטור עשוי להיות מעכב , או אולי מפעיל . בדרך כלל, אפקטורים הם או תוצרים סופיים של מסלולים ביוסינתטיים (עיכוב משוב) או חומרים שריכוזם משקף את מצב המטבוליזם התאי (ATP, AMP, NAD+ וכו'). ככלל, אנזימים אלוסטריים מזרזים את אחת התגובות שמתחילות את תהליך היווצרות מטבוליט כלשהו. בדרך כלל שלב זה מגביל את מהירות התהליך כולו. בתהליכים קטבוליים המלווים בסינתזה של ATP מ-ADP, התוצר הסופי עצמו, ATP, פועל לעתים קרובות כמעכב אלוסטרי של אחד השלבים המוקדמים של הקטבוליזם. מעכב אלוסטרי של אחד מהשלבים המוקדמים של אנבוליזם הוא לעתים קרובות התוצר הסופי של ביוסינתזה, למשל, חומצת אמינו כלשהי.

הפעילות של כמה אנזימים אלוסטריים מעוררת על ידי מפעילים ספציפיים. אנזים אלוסטרי המווסת את אחד מרצפי התגובות הקטבוליים עשוי, למשל, להיות נתון להשפעה המגרה של אפקטורים חיוביים - ADR או AMP - ולהשפעה המעכבת של אפקטור שלילי - ATP. ישנם גם מקרים שבהם אנזים אלוסטרי של מסלול מטבולי מגיב בצורה ספציפית לתוצרי ביניים או סופיים של מסלולים מטבוליים אחרים. הודות לכך, ניתן לתאם את מהירות הפעולה של מערכות אנזימים שונות.