Неконкурентный ингибитор

Общее представление о неконкурентном ингибировании

Неконкурентное ингибирование, также известное как антиконкурентное ингибирование, занимает место, когда ингибитор фермента связывается только с комплексом, образованным между ферментом и субстратом (комплекс ES). Неконкурентное ингибирование обычно происходит в реакциях с двумя или более субстратами или продуктами.

Хотя неконкурентное ингибирование требует образования комплекса фермент-субстрат, неконкурентное ингибирование может происходить с или без субстрат присутствует.

Неконкурентное торможение отличается от конкурентного торможения двумя наблюдениями: первое неконкурентное торможение не может быть отменено увеличением [S], а второе, как показано, график Лайнуивера – Берка дает параллельное, а не пересекающееся линий. Такое поведение обнаруживается при ингибировании ацетилхолинэстеразы третичными аминами (R 3 N). Такие соединения связываются с ферментом в его различных формах, но комплекс ацил-промежуточный амин не может распадаться на фермент плюс продукт.

• 1 Механизм
• 2 Математическое определение
• 3 Значение и использование в биологические системы
  • 3.1 Участие в механизмах рака
  • 3.2 Значение в мембранах клеток и органелл
  • 3.3 Присутствие в слое гранул мозжечка
• 4 Ссылки

Когда ингибитор связывается, количество комплекса ЭС снижено. Это снижение эффективной концентрации комплекса ES можно объяснить тем фактом, что наличие ингибитора, связанного с комплексом ES, по существу превращает его в комплекс ESI, который считается отдельным комплексом. Это уменьшение комплекса ES снижает максимальную активность фермента (V max), поскольку субстрату или продукту требуется больше времени, чтобы покинуть активный сайт. Снижение K m - концентрации субстрата, при которой фермент может работать на половине своей максимальной скорости, часто используемой для приближения сродства фермента к субстрату - также может быть связано с уменьшением комплекса ES.. Принцип Ле Шателье противостоит этому снижению и пытается восполнить потерю ES, поэтому больше свободного фермента превращается в форму ES, и количество ES увеличивается в целом. Увеличение ES обычно указывает на то, что фермент имеет высокую степень сродства к своему субстрату. K m уменьшается по мере увеличения сродства к субстрату, хотя это не идеальный предиктор сродства, поскольку он учитывает также другие факторы; независимо от того, это увеличение аффинности будет сопровождаться уменьшением K m.

. В общем, неконкурентное ингибирование работает лучше всего при высокой концентрации субстрата. Неконкурентоспособный ингибитор не обязательно должен напоминать субстрат реакции, которую он ингибирует. При отсутствии концентрации субстрата активность фермента будет выше, когда присутствует неконкурентный ингибитор, но при низких концентрациях субстрата разница в активности фермента будет незначительной.

График Лайнуивера – Берка неконкурентного ингибирования ферментов.

Уравнение Лайнуивера – Берка утверждает, что:

$1\; v\; =\; K\; m\; V\; max\; [S]\; +\; 1\; В\; макс.\; \{\backslash \; Displaystyle\; \backslash \; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{v\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{K\_\; \{m\}\}\; \{V\_\; \{max\}\; [S]\}\}\; +\; \{1\; \backslash \; over\; V\; \_\; \{\backslash \; max\; \}\}\}$

где v - начальная скорость реакции, K m - константа Михаэлиса – Ментен, V max - максимальная скорость реакции, а [S] - концентрация субстрата.

График Лайнуивера-Берка для неконкурентоспособного ингибитора дает линию, параллельную исходному графику фермент-субстрат, но с более высоким значением точки пересечения по оси Y из-за наличия условия запрета $[I]\; K\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; \{\backslash \; frac\; \{[I]\}\; \{K\_\; \{i\}\}\}\}$:

$1\; v\; =\; К\; м\; V\; max\; [S]\; +\; 1\; +\; [I]\; K\; i\; V\; max\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{v\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{K\_\; \{m\}\}\; \{V\_\; \{max\; \}\; [S]\}\}\; +\; \{\backslash \; frac\; \{1\; +\; \{\backslash \; frac\; \{[I]\}\; \{K\_\; \{i\}\}\}\}\; \{V\_\; \{max\}\}\}\}$

Где [I] - концентрация ингибитора и K i представляет собой характеристику константы ингибирования. c ингибитора.

Уравнение Михаэлиса-Ментен изменяется на:

$V\; 0\; =\; V\; max\; [S]\; K\; m\; +\; \alpha \; \prime \; [S]\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; \{V\_\; \{0\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{V\_\; \{max\}\; [S]\}\; \{K\_\; \{m\}\; +\; \backslash \; alpha\; \text{'}[S]\}\}\}$

где

$\alpha \; \prime \; =\; 1\; +\; [I]\; KI\; \prime \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; \backslash \; alpha\; \text{'}=\; 1\; +\; \{\backslash \; frac\; \{[I]\}\; \{K\text{'}\; \_\; \{I\}\}\}\}$и $KI\; \prime \; =\; [ES]\; [I]\; [ESI]\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; K\; \text{'}\; \_\; \{I\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{[ES]\; [I]\}\; \{[ESI]\}\}\}$

Как описано в уравнении выше, при высоких концентрациях субстрата V 0 приближается к V макс / α '. Таким образом, неконкурентоспособный ингибитор снижает измеренное значение V max. Кажущееся значение K m также уменьшается, поскольку [S], необходимый для достижения половины V max, уменьшается на коэффициент α '. Важно отметить, что V max и K m уменьшаются с одинаковой скоростью в результате действия ингибитора. Это становится очевидным при просмотре графика неконкурентного ингибирования ферментов Лайнуивера-Берка: соотношение между V и K m остается неизменным с присутствующим ингибитором или без него.

Уникальные черты неконкурентного ингибирования приводят к различным последствиям для эффектов ингибирования в биологических и биохимических системах. Неконкурентное торможение присутствует в биологических системах разными способами. Фактически, часто становится ясно, что особенности ингибирования, характерные для неконкурентоспособных ингибиторов, такие как их склонность действовать наилучшим образом при высоких концентрациях субстрата, необходимы для правильного функционирования некоторых важных функций организма.

Участие в раковые механизмы

Неконкурентные механизмы связаны с некоторыми типами рака. Было обнаружено, что человеческие щелочные фосфатазы, такие как CGAP, сверхэкспрессируются при определенных типах рака, и эти фосфотазы часто действуют посредством неконкурентного ингибирования. Также было обнаружено, что ряд генов, которые кодируют щелочные фосфатазы человека (TSAP), неконкурентно ингибируются такими аминокислотами, как лейцин и фенилаланин. Были предприняты исследования задействованных аминокислотных остатков в попытках отрегулировать активность щелочной фосфатазы и узнать больше о значении указанной активности для рака.

Кроме того, неконкурентное ингибирование работает вместе с TP53, чтобы помочь подавить активность раковых клеток и предотвращение онкогенеза при определенных формах заболевания, поскольку он ингибирует G6PD (глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу, фермент, в первую очередь участвующий в определенных метаболических путях). Одна из побочных ролей, за которую G6PD отвечает за регулирование, - это контроль уровней реактивного кислорода, поскольку активные формы кислорода должны поддерживаться на соответствующих уровнях, чтобы клетки могли выжить. Когда концентрация субстрата G6PD высока, неконкурентное ингибирование фермента становится гораздо более эффективным. По мере увеличения концентрации субстрата количество комплекса ES также увеличивается, и с увеличением количества связанного комплекса ES неконкурентные ингибиторы становятся гораздо более активными. Это ингибирование работает таким образом, что чем выше концентрация субстрата в системе изначально, тем труднее достичь максимальной скорости реакции. При низких исходных концентрациях субстрата увеличения концентрации субстрата иногда бывает достаточно, чтобы полностью или даже полностью восстановить функцию фермента, но как только начальная концентрация превышает определенную точку, достижение максимальной скорости фермента практически невозможно. Эта чрезвычайная чувствительность к концентрации субстрата в механизме рака подразумевает неконкурентное ингибирование, а не смешанное ингибирование, которое проявляет сходные черты, но часто менее чувствительно к концентрации субстрата из-за связывания некоторого ингибитора со свободными ферментами независимо от присутствия субстрата. Таким образом, чрезвычайная сила неконкурентоспособных ингибиторов при высоких концентрациях субстрата и общая чувствительность к количеству субстрата указывает на то, что только неконкурентное ингибирование может сделать возможным этот тип процесса.

Значение для мембран клеток и органелл

Хотя эта форма ингибирования присутствует при различных заболеваниях в биологических системах, она не обязательно относится только к патологиям. Он может участвовать в типичных функциях организма. Например, активные центры, способные к неконкурентному ингибированию, по-видимому, присутствуют в мембранах, поскольку было показано, что удаление липидов с клеточных мембран и повышение доступности активных центров за счет конформационных изменений вызывает элементы, напоминающие эффекты неконкурентного ингибирования (т.е. оба K M и V Макс уменьшаются). В частности, в липидах митохондриальной мембраны удаление липидов снижает содержание альфа-спирали в митохондриях и приводит к изменениям АТФазы, напоминающим неконкурентное ингибирование.

Это присутствие неконкурентоспособных ферментов в мембранах также подтверждается ряд других исследований. Тип белка, называемого белком Arf, участвующий в регуляции активности мембраны, изучается, и было обнаружено, что ингибитор, называемый BFA, улавливает одно из промежуточных продуктов Arf посредством неконкурентного ингибирования. Это ясно показало, что этот тип ингибирования существует в различных типах клеток и органелл, а не только в патологических клетках. Фактически было обнаружено, что BFA связан с активностью аппарата Гольджи и его ролью в регулировании движения через клеточную мембрану.

Присутствие в слое гранул мозжечка

ингибитор NMDA мемантин Ингибированный рецептор NMDA. Субстрат связывается, а активный сайт блокируется (красным) ингибитором.

Неконкурентное торможение также может играть роль в различных других частях тела. Это часть механизма, посредством которого рецепторы глутамата NMDA (N-метил-D-аспартат) ингибируются, например, в головном мозге. В частности, этот тип ингибирования воздействует на гранулярные клетки, составляющие слой мозжечка. Эти клетки имеют вышеупомянутые рецепторы NMDA, и активность указанных рецепторов обычно возрастает по мере потребления этанола. При удалении этанола это часто приводит к абстинентному синдрому. Различные неконкурентные блокаторы действуют как антагонисты рецепторов и модифицируют процесс, одним из примеров является ингибитор, называемый мемантин. Фактически, в аналогичных случаях (включая чрезмерную экспрессию NMDA, хотя и не обязательно через этанол) было показано, что неконкурентное ингибирование помогает свести к нулю чрезмерную экспрессию из-за его особых свойств. Поскольку неконкурентные ингибиторы очень эффективно блокируют высокие концентрации субстратов, их особенности наряду с врожденными характеристиками самих рецепторов приводят к очень эффективному блокированию каналов NMDA, когда они чрезмерно открыты из-за большого количества агонистов NMDA.