Организмде болуп жаткан бардык биохимиялык реакциялар жөнгө салуучу ферменттерге активдештирүүчү же ингибитордук таасири аркылуу ишке ашырылуучу атайын көзөмөлгө алынат. Акыркылар, адатта, зат алмашуунун чынжырларынын башында жайгашып, же көп баскычтуу процессти башташат же аны жайлатышат. Кээ бир жалгыз реакциялар да жөнгө салынууга тийиш. Атаандаштык бөгөт коюу - ферменттердин каталитикалык активдүүлүгүн көзөмөлдөөнүн негизги механизмдеринин бири.
Тыюу деген эмне?
Ферменттик катализ механизми ферменттин активдүү жеринин субстрат молекуласына (ЭС комплекси) байланышына негизделген, натыйжада продуктунун пайда болушу жана бөлүнүп чыгышы менен химиялык реакция пайда болот (E+S=ES=EP=E+P).
Ферменттин тоскоол болушу – катализ процессинин ылдамдыгынын төмөндөшү же толук токтошу. Тарыраактамааниде, бул термин субстрат үчүн активдүү борбордун жакындыгынын төмөндөшүн билдирет, ал фермент молекулаларын ингибитор заттар менен байланыштыруу аркылуу ишке ашат. Акыркысы ар кандай жолдор менен аракеттениши мүмкүн, анын негизинде алар бир эле аталыштагы бөгөт коюу механизмдерине туура келген бир нече түргө бөлүнөт.
Болгоонун негизги түрлөрү
Процесстин мүнөзү боюнча бөгөт коюу эки түрдүү болушу мүмкүн:
- Кайтпас - ферменттин молекуласында туруктуу өзгөрүүлөрдү жаратып, аны функционалдык активдүүлүктөн ажыратат (акыркысын калыбына келтирүүгө болбойт). Ал конкреттүү же конкреттүү эмес болушу мүмкүн. Ингибитор коваленттик өз ара аракеттенүү аркылуу ферментке катуу байланышат.
- Reversible - ферменттердин терс жөнгө салуу негизги түрү. Ал Михаэлис-Ментен теңдемеси боюнча кинетикалык сыпаттамага ылайыктуу алсыз коваленттүү эмес байланыштар аркылуу фермент протеинине ингибитордун реверсивдүү спецификалык тиркелүүсүнүн эсебинен ишке ашырылат (аллостерикалык жөнгө салуудан башка).
Реверсивдүү ферментти ингибициялоонун эки негизги түрү бар: атаандаштык (субстрат концентрациясынын көбөйүшү менен басаңдашы мүмкүн) жана атаандаштык эмес. Акыркы учурда катализдин максималдуу мүмкүн болгон ылдамдыгы төмөндөйт.
Конкуренттүү жана атаандаштыксыз бөгөт коюунун негизги айырмасы жөнгө салуучу заттын ферментке кошулган жеринде. Биринчи учурда ингибитор түз активдүү аймакка, ал эми экинчи учурда ферменттин башка сайтына же фермент-субстрат комплексине байланышат.
Ингибитор менен байланышуу ЭСтин пайда болушуна тоскоол болбой, катализди жайлатуучу ингибиторлордун аралаш түрү да бар. Бул учурда жөнгө салуучу зат кош же үчтүк комплекстердин (EI жана EIS) курамында болот. Атаандаштыкка туруштук бербеген типте фермент ES менен гана байланышат.
Ферменттердин реверсивдүү атаандаш ингибирлөө өзгөчөлүктөрү
Ингибирлөөнүн атаандаштык механизми жөнгө салуучу заттын субстрат менен структуралык окшоштугуна негизделген. Натыйжада ингибитор менен активдүү борбордун комплекси түзүлөт, ал шарттуу түрдө EI деп аталат.
Кайтарылуучу атаандаштык бөгөттөө төмөнкү өзгөчөлүктөргө ээ:
- ингибитор менен байланышуу активдүү жерде пайда болот;
- фермент молекуласынын инактивациясы кайра кайтарылат;
- ингибирлөөчү эффект субстраттын концентрациясын жогорулатуу менен азайтылышы мүмкүн;
- ингибитор ферменттик катализдин максималдуу ылдамдыгына таасир этпейт;
- EI комплекси бузулушу мүмкүн, ал тиешелүү диссоциация константасы менен мүнөздөлөт.
Ушундай типтеги жөнгө салуу менен ингибитор менен субстрат активдүү борбордогу орун үчүн бири-бири менен атаандашып (жарышууда) көрүнөт, процесстин аты ушундан.
Натыйжада, атаандаштык ингибитор ингибитор зат үчүн активдүү сайттын өзгөчө жакындыгына негизделген ферменттик катализди бөгөт коюунун кайра жаралуучу процесси катары аныкталышы мүмкүн.
Иш-аракет механизми
Тетерингактивдүү сайты бар ингибитор катализ үчүн зарыл болгон фермент-субстрат комплексинин пайда болушуна жол бербейт. Натыйжада, фермент молекуласы аракетсиз болуп калат. Ошого карабастан, каталитикалык борбор ингибитор менен гана эмес, субстрат менен да байланыша алат. Тигил же бул комплекстин пайда болуу ыктымалдыгы концентрациялардын катышына көз каранды. Эгерде субстрат молекулалары кыйла көп болсо, анда фермент алар менен ингибиторго караганда көбүрөөк реакцияга кирет.
Химиялык реакциянын ылдамдыгына таасири
Конкуренттик ингибиция учурунда катализдин бөгөт коюу даражасы ферменттин канча бөлүгү EI-комплекстерди түзөөрү менен аныкталат. Бул учурда субстраттын концентрациясын ингибитордун ролу алмаштырыла турган даражада жогорулатууга болот жана катализдин ылдамдыгы Vmax маанисине туура келген максималдуу мүмкүн болгон мааниге жетет. Михаэлис-Ментен теңдемесине ылайык.
Бул кубулуш ингибитордун күчтүү суюлтуусу менен шартталган. Натыйжада, фермент молекулаларынын аны менен байланышуу ыктымалдыгы нөлгө чейин төмөндөйт жана активдүү борборлор субстрат менен гана реакцияга кирет.
Атаандаш ингибитор катышкан ферменттик реакциянын кинетикалык көз карандылыгы
Конкуренттүү бөгөт коюу Михаэлис константасын (Km) жогорулатат, бул реакциянын башталышында катализдин ½ максималдуу ылдамдыгына жетишүү үчүн талап кылынган субстрат концентрациясына барабар. Гипотетикалык жактан субстрат менен байланышууга жөндөмдүү ферменттин саны туруктуу бойдон калууда, ал эми ES-комплекстер акыркылардын концентрациясына гана көз каранды (EI комплекстери туруктуу эмес жана субстрат тарабынан жылдырылышы мүмкүн).
Ферменттердин атаандаштыкка жөндөмдүү ингибициясын субстраттын ар кандай концентрациялары үчүн курулган кинетикалык көз карандылыктын графиктеринен аныктоо оңой. Бул учурда, Km мааниси өзгөрөт, ал эми Vmax туруктуу бойдон калат.
Атаандаштыкка туруштук бербеген ингибитордо тескерисинче болот: ингибитор активдүү борбордон тышкары байланышат жана субстраттын болушу буга эч кандай таасир эте албайт. Натыйжада, кээ бир фермент молекулалары катализден "өчүрүү" жана максималдуу мүмкүн болгон ылдамдыгы төмөндөйт. Ошого карабастан, активдүү фермент молекулалары субстраттын төмөнкү концентрациясында да, жогорку концентрациясында да оңой байланыша алат. Демек, Михаэлис константасы туруктуу бойдон калат.
Кош тескери координаттар системасындагы атаандаштык бөгөт коюу графиктери 1/Vmax чекитинде у огу менен кесилишкен бир нече түз сызыктар. Ар бир түз сызык субстраттын белгилүү бир концентрациясына туура келет. Абсцисса огу (1/[S]) менен кесилишкен ар кандай чекиттер Михаэлис константасынын өзгөрүшүн көрсөтөт.
Малонат мисалында атаандаш ингибитордун аракети
Атаандаштык ингибициясынын типтүү мисалы сукцинатдегидрогеназанын активдүүлүгүн төмөндөтүү процесси болуп саналат, ал янтарь кислотасынын (сукцинатты) фумар кислотасына кычкылданышын катализдөөчү фермент. Бул жерде ингибитор катарысукцинацияга структуралык окшоштукка ээ малонаттык аракеттер.
Ортого ингибиторду кошуу сукцинатдегидрогеназа менен малонаттын комплекстерин пайда кылат. Мындай байланыш активдүү сайтка зыян алып келбейт, бирок анын succinic кислотасы үчүн жеткиликтүүлүгүн бөгөттөйт. Сукцинаттын концентрациясын жогорулатуу ингибитордук таасирди азайтат.
Медициналык колдонуу
Кээ бир зат алмашуу жолдорунун субстраттарынын структуралык аналогдору болуп саналган көптөгөн дары-дармектердин аракети, аларды бөгөт коюу ооруларды дарылоонун зарыл бөлүгү болуп саналат.
Мисалы, булчуңдардын дистрофияларында нерв импульстарынын өткөрүлүшүн жакшыртуу үчүн ацетилхолиндин деңгээлин жогорулатуу талап кылынат. Бул анын гидролиздөөчү ацетилхолинэстеразанын активдүүлүгүнө бөгөт коюу аркылуу ишке ашат. Ингибиторлор дарылардын курамына кирген төртүнчү аммоний негиздери (прорезин, эндрофоний ж.б.).
Антиметаболиттер атайын топко бөлүнөт, алар ингибитордук эффекттен тышкары псевдосубстраттын касиеттерин көрсөтөт. Бул учурда ЭИ комплексинин пайда болушу биологиялык инерттүү аномалдык продуктунун пайда болушуна алып келет. Антиметаболиттерге сульфаниламиддер (бактериалдык инфекцияларды дарылоодо колдонулат), нуклеотиддердин аналогдору (рак шишигинин клеткаларынын өсүшүн токтотуу үчүн колдонулат) ж.б. кирет.
