Конкурентное ингибирование.
При конкурентном ингибировании ингибитор присоединяется к активному центру фермента и препятствует формированию фермент-субстратного комплекса. Такой тип ингибирования характерен для веществ – структурных аналогов субстрата. При этом между молекулами ингибитора и субстрата возникает конкуренция за место в активном центре фермента.
Классический пример ингибирование сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой
При конкурентном ингибировании степень ингибирования зависит от соотношения концентраций субстрата и ингибитора. Увеличивая концентрацию субстрата можно полностью добиться снятия ингибирования.
Использование конкурентных ингибиторов в качестве лекарственных препаратов:
При лечении мышечной дистрофии – ингибиторы холинэстеразы – прозерин
в онкологии – метотрексат – структурный аналог фолиевой кислоты.
Неконкурентное ингибирование.
При неконкурентном ингибировании ингибитор взаимодействует с ферментом в участке, отличном от активного центра. Неконкурентные ингибиторы не являются структурными аналогами субстрата. Ингибитор может присоединятся к ферменту или к фермент субстратному комплексу. Присоединение ингибитора приводит к изменению конформации фермента и нарушает взаимодействие субстрата с активным центром. Блокируя фермент на стадии фермент-субстратного комплекса неконкурентные ингибиторы снижают молекулярную активность фермента (число оборотов фермента в единицу времени).
Необратимое ингибирование.
При необратимом ингибировании между ингибитором и ферментом образуются прочные ковалентные связи. Чаще всего это происходит в активном центре фермента.
Примером лекарственного препарата, действие которого основано на необратимом ингибировании является аспирин. Его противовоспалительный эффект вызван ингибированием фермента циклооксигеназы, участвующего в синтезе простагландинов – медиаторов воспалительного процесса. Ацетильная группа аспирина связывается с аминогруппой одной из субъединиц фермента.
Регуляция метаболических процессов.
Все химические реакции в клетке протекают при участии ферментов. Поэтому, чтобы воздействовать на скорость протекания метаболического пути достаточно регулировать количество или активность ферментов.
Основные способы регуляции активности ферментов:
1. аллостерическая регуляция
2. регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий.
3. регуляция путем фосфорилирования/дефосфорилирования
4. регуляция частичным протеолизом.
Аллостерическая регуляция.
Аллостерическими ферментами называют ферменты, активность которых регулируется не только количеством молекул субстрата, но и другими веществами, называемыми эффекторами.
Эффектор, вызывающий снижение активности фермента называется отрицательный эффектор или ингибитор.
Эффектор вызывающий повышение активности фермента называется положительным эффектором или активатором.
Аллостерическими эффекторами служат внутриклеточные метаболиты. Конечные продукты метаболического пути – часто ингибиторы аллостерических ферментов, а исходные вещества – активаторы. Такой вид регуляции, когда эффектор отличается от субстрата называется гетеротропной регуляцией. Это самый распространенный вид аллостерической регуляции. Реже встречается гомотропная регуляция при которой сам субстрат может выступать в качестве положительно эффектора. Аллостерические ферменты такого типа используются в том случае, когда субстрат накапливается в избытке и должен быстро преобразоваться в продукт.
Особенности строения и функционирования аллостерических ферментов.
· Олигомерные белки состоящие из нескольких протомеров
· Имеют аллостерический центр, пространственно удаленный от активного центра
· Эффекторы присоединяются к ферменту нековалентно в аллостерических центрах
· Аллостерические центры обладают специфичностью – относительной или абсолютной. Некоторые ферменты имеют несколько аллостерических центров – для активаторов и ингибиторов.
· Аллостерический и активный центр могут находиться на разных протомерах. Тогда содержащий аллостерический центр – регуляторный протомер, а активный – каталитический.
· Аллостерические ферменты обладают свойством кооперативности
· Регуляция аллостерических ферментов обратима
· Аллостерические ферменты катализируют ключевые реакции данного метаболического пути.
Структура метаболических путей в клетке разнообразна:
Представим линейный синтез какого-либо вещества:
Скорость процесса зависит от концентрации веществ использующихся и образующихся в данной цепи реакций. Как можно контролировать образование конечного продукта?
Один из ферментов, расположенный вначале метаболической цепочки и кАтализирующий самую медленную реакцию обладает аллостерическими свойствами, т.е. его активность можно регулировать путем присоединения к нему эффекторов. При этом ингибитором служит конечный прямой или отдаленный продукт реакции. Такая регуляция называется отрицательной обратной связью.
Так как аллостерические ферменты способны задавать скорость целого метаболического процесса их называют регуляторными ферментами.