6.13. Ферменты могут ингибироваться специфическими молекулами

Ингибирование ферментативной активности небольшими специфическими молекулами и ионами имеет очень важное значение, поскольку в биологических системах служит

Таблица 6.2. (см. скан) Максимальное число оборотов некоторых ферментов

Рис. 6.14. Инактивация химотрипсина и ацетилхолинэстеразы диизопропилфторфосфатом.

основным механизмом контроля. Подавление ферментативной активности лежит также в основе действия многих лекарственных веществ и токсических агентов. Наконец, анализ ингибирования ферментов является одним из подходов к изучению механизмов ферментативного действия. Ингибирование ферментов может быть как обратимым, так и необратимым. При Необратимом ингибировании ингибитор ковалентно соединяется с ферментом или же связывается так прочно, что диссоциация идет очень медленно. Пример необратимого ингибирования — действие нервнопаралнтических ядов на ацетилхолинэстеразу, играющую важную роль в передаче нервных импульсов. Одно из таких отравляющих веществ - диизопропилфторфосфат - взаимодействует с имеющим критическое значение остатком серина в активном центре фермента с образованием неактивного комплекса диизопропилфосфорил — фермент (рис. 6.14). Алкилирующие агенты, например иодоацетамид, способны к необратимому ингибированию ферментов путем модификации цистеина и других боковых цепей (рис. 6.15).

В отличие от рассмотренной ситуации при обратимом ингибировании равновесие между ингибитором и ферментом устанавливается быстро. Простейший вид обратимого ингибирования - это конкурентное ингибирование. Конкурентный ингибитор похож на субстрат и потому связывается активным центром фермента (рис. 6.16). Это препятствует связыванию субстрата в том же активном центре. Иными словами, невозможно одновременное связывание субстрата и конкурентного ингибитора. Конкурентный ингибитор уменьшает скорость катализа путем снижения доли молекул фермента, связавших субстрат. Классический пример конкурентного ингибирования - действие малоната на сукцинат-дегидрогеназу - фермент, отщепляющий от сукцината ионы водорода. Малонат отличается от сукцината тем, что имеет не две метальные группы, а одну

Физиологически важный пример конкурентного ингибирования связан с образованием -бисфосфоглицерата из -бисфос-фоглицерата. Фермент, катализирующий эту изомеризацию, бисфосфоглицератмутаза - конкурентно ингибируется низкими концентрациями -бисфосфоглицерата.

Рис. 6.15. Инактивация иодоацетатом фермента, для активации которого остаток цистеина имеет критическое значение.

Рис. 4.16. Различие между конкурентным и неконкурентным ингибитором: слева - фермент-субстратный комплекс; в середине - конкурентный ингибитор препятствует

связыванию субстрата; справа - неконкурентный ингибитор не препятствует связыванию субстрата.

В сущности, это довольно обычное явление, когда продукт ферментативной реакции ведет себя как конкурентный ингибитор в силу структурного сходства с субстратом.

При неконкурентном, но тоже обратимом ингибировании ингибитор и субстрат могут связываться молекулой фермента одновременно; само по себе это показывает, что участки их связывания не перекрываются. Действие неконкурентного ингибитора заключается в уменьшении числа оборотов фермента, а не в снижении доли связавших субстрат молекул фермента. Возможны и более сложные механизмы ингибирования, когда ингибитор влияет и на связывание субстрата, и на число оборотов фермента.

Активность фермента может быть ингибирована также в результате взаимодействия между разными субъединицами олигомерного фермента. Этот тип ингибирования, называемый аллостерическим ингибированием, имеет очень важное значение для физиологических процессов. Мы его рассмотрим несколько ниже.

6.14. Конкурентное и неконкурентное ингибирование различаются по кинетике

Измерение скоростей катализа при разных концентрациях субстрата дает возможность отличить конкурентное ингибирование от неконкурентного. При конкурентном ингибировании на графике, где отложена против прямая пересекает ось ординат в одной и той же точке независимо от присутствия ингибитора; меняется только угол наклона прямой (рис. 6,17). Это показывает, что при конкурентном ингибировании не изменяется. Особенность конкурентного ингибирования состоит в том, что при достаточно высокой концентрации субстрата ингибирование может быть преодолено. В самом деле, субстрат и ингибитор конкурируют за один и тот же участок. При достаточно высокой концентрации субстрата почти все активные центры заняты субстратом и фермент проявляет полную активность. Увеличение угла наклона прямой на графике зависимости указывает на прочность связи конкурентного ингибитора. В присутствии конкурентного ингибитора уравнение (16) заменяется следующим:

где концентрация ингибитора, а -константа диссоциации комплекса фермент - ингибитор

Другими словами, в присутствии конкурентного ингибитора наклон прямой увеличивается на величину Рассмотрим фермент с равной В отсутствие ингибитора при В присутствии конкурентного

Рис. 6.17. Кинетика ферментативной реакции на графике двойных обратных величин в присутствии или в отсутствие конкурентного ингибитора. не меняется, возрастает.

ингибитора, связывающегося с ферментом с кажущаяся составит Отсюда

При неконкурентном ингибировании (рис. 6.18) уменьшается, а это значит, что пересечение прямой с осью ординат произойдет в более высокой точке. В той же мере возрастает и наклон прямой, равный В отличие от Ктах не изменяется при этом виде ингибирования. Повышение концентрации субстрата не снимает неконкурентного ингибирования. Максимальная скорость реакции в присутствии неконкурентного ингибитора задается уравнением

Рис. 6.18. Кинетика ферментативной реакции на графике двойных обратных величин в присутствии -или в отсутствие неконкурентного ингибитора. Неконкурентный ингибитор не влияет на но снижает