Vücutta meydana gelen tüm biyokimyasal reaksiyonlar, düzenleyici enzimler üzerinde aktive edici veya engelleyici bir etki yoluyla gerçekleştirilen özel kontrole tabidir. İkincisi genellikle metabolik dönüşüm zincirlerinin başında bulunur ve ya çok aşamalı bir süreci başlatır ya da yavaşlatır. Bazı tekil reaksiyonlar da düzenlemeye tabidir. Rekabetçi inhibisyon, enzimlerin katalitik aktivitesini kontrol etmek için ana mekanizmalardan biridir.
Engelleme nedir?
Enzimatik kataliz mekanizması, enzimin aktif bölgesinin substrat molekülüne (ES kompleksi) bağlanmasına dayanır, bu da ürünün oluşumu ve salınımı ile kimyasal bir reaksiyona neden olur (E+S=ES=EP=E+P).
Bir enzimin inhibisyonu, kataliz sürecinin hızında bir azalma veya tamamen durmasıdır. daha darBu terim, enzim moleküllerinin inhibitör maddelere bağlanmasıyla elde edilen, substrat için aktif merkezin afinitesinde bir azalma anlamına gelir. İkincisi, aynı adı taşıyan inhibisyon mekanizmalarına karşılık gelen çeşitli türlere ayrılmalarına bağlı olarak çeşitli şekillerde hareket edebilir.
Temel engelleme türleri
Sürecin doğası gereği, engelleme iki tür olabilir:
- Geri dönüşümsüz - enzim molekülünde kalıcı değişikliklere neden olarak onu fonksiyonel aktiviteden mahrum bırakır (ikincisi geri yüklenemez). Spesifik veya spesifik olmayan olabilir. İnhibitör, kovalent etkileşim yoluyla enzime güçlü bir şekilde bağlanır.
- Tersinir - enzimlerin negatif düzenlenmesinin ana türü. Michaelis-Menten denklemine göre (allosterik düzenleme hariç) kinetik açıklamaya uygun, kovalent olmayan zayıf bağlarla inhibitörün enzim proteinine tersinir spesifik bağlanması nedeniyle gerçekleştirilir.
Tersinir enzim inhibisyonunun iki ana türü vardır: rekabetçi (substrat konsantrasyonunun arttırılmasıyla zayıflatılabilir) ve rekabetçi olmayan. İkinci durumda, mümkün olan maksimum kataliz hızı azalır.
Rekabetçi ve rekabetçi olmayan inhibisyon arasındaki temel fark, düzenleyici maddenin enzime bağlanma bölgesinde yatmaktadır. İlk durumda, inhibitör doğrudan aktif bölgeye ve ikinci durumda enzimin başka bir bölgesine veya enzim-substrat kompleksine bağlanır.
Ayrıca, bir inhibitöre bağlanmanın ES oluşumunu engellemediği, ancak katalizi yavaşlattığı karışık bir inhibisyon türü de vardır. Bu durumda düzenleyici madde, ikili veya üçlü komplekslerin (EI ve EIS) bileşimindedir. Rekabetçi olmayan tipte, enzim yalnızca ES'ye bağlanır.
Enzimlerin geri dönüşümlü rekabetçi inhibisyonunun özellikleri
Rekabetçi inhibisyon mekanizması, düzenleyici maddenin substrat ile yapısal benzerliğine dayanır. Sonuç olarak, geleneksel olarak EI olarak adlandırılan, inhibitör ile aktif merkezin bir kompleksi oluşur.
Tersinir rekabetçi inhibisyon aşağıdaki özelliklere sahiptir:
- inhibitöre bağlanma aktif bölgede gerçekleşir;
- enzim molekülünün inaktivasyonu geri dönüşümlüdür;
- önleyici etki, substratın konsantrasyonu artırılarak az altılabilir;
- inhibitör enzimatik katalizin maksimum hızını etkilemez;
- EI kompleksi, karşılık gelen ayrışma sabiti ile karakterize edilen ayrışabilir.
Bu tür bir düzenleme ile, inhibitör ve substrat aktif merkezde bir yer için birbirleriyle rekabet ediyor (yarışıyor) gibi görünüyor, dolayısıyla sürecin adı.
Sonuç olarak, yarışmalı inhibisyon, aktif bölgenin inhibitör madde için spesifik afinitesine dayalı olarak, enzimatik katalizin geri dönüşümlü bir inhibisyon süreci olarak tanımlanabilir.
Eylem mekanizması
Bağlamaaktif bölgesi olan bir inhibitör, kataliz için gerekli olan bir enzim-substrat kompleksinin oluşumunu engeller. Sonuç olarak, enzim molekülü inaktif hale gelir. Bununla birlikte, katalitik merkez sadece inhibitöre değil, aynı zamanda substrata da bağlanabilir. Bir veya başka bir kompleksin oluşma olasılığı, konsantrasyonların oranına bağlıdır. Önemli ölçüde daha fazla substrat molekülü varsa, enzim bunlarla inhibitörden daha sık reaksiyona girer.
Kimyasal reaksiyon hızı üzerindeki etki
Rekabetçi inhibisyon sırasında katalizin inhibisyon derecesi, enzimin ne kadarının EI kompleksleri oluşturacağı ile belirlenir. Bu durumda, substratın konsantrasyonunu, inhibitörün rolü değiştirilecek ve kataliz hızı, Vmax değerine karşılık gelen olası maksimum değere ulaşacak şekilde arttırmak mümkündür. Michaelis-Menten denklemine göre.
Bu fenomen, inhibitörün güçlü seyreltmesinden kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak, enzim moleküllerinin ona bağlanma olasılığı sıfıra düşer ve aktif merkezler sadece substratla reaksiyona girer.
Rekabetçi bir inhibitör içeren bir enzimatik reaksiyonun kinetik bağımlılıkları
Rekabetçi inhibisyon, Michaelis sabitini (Km) arttırır; bu, reaksiyonun başlangıcında maksimum kataliz hızının ½'sini elde etmek için gereken substrat konsantrasyonuna eşittir. Substrata hipotetik olarak bağlanabilen enzim miktarı sabit kalırken, ES- sayısıkompleksler sadece ikincisinin konsantrasyonuna bağlıdır (EI kompleksleri sabit değildir ve substrat tarafından yer değiştirebilir).
Enzimlerin rekabetçi inhibisyonunu, substratın farklı konsantrasyonları için oluşturulmuş kinetik bağımlılık grafiklerinden belirlemek kolaydır. Bu durumda Km değeri değişecek, Vmax ise sabit kalacaktır.
Rekabetçi olmayan inhibisyonda bunun tersi doğrudur: inhibitör aktif merkezin dışına bağlanır ve substratın varlığı bunu hiçbir şekilde etkileyemez. Sonuç olarak, bazı enzim molekülleri katalizden "kapatılır" ve mümkün olan maksimum hız azalır. Bununla birlikte, aktif enzim molekülleri, substrata hem düşük hem de yüksek konsantrasyonlarda kolaylıkla bağlanabilir. Bu nedenle, Michaelis sabiti sabit kalır.
Çift ters koordinat sistemindeki rekabetçi engelleme grafikleri, y eksenini 1/Vmax noktasında kesişen birkaç düz çizgidir. Her düz çizgi, substratın belirli bir konsantrasyonuna karşılık gelir. Apsis ekseni (1/[S]) ile farklı kesişme noktaları, Michaelis sabitinde bir değişikliği gösterir.
Rekabetçi bir inhibitörün malonat örneği üzerindeki etkisi
Yarışmalı inhibisyonun tipik bir örneği, süksinik asidin (süksinat) fumarik aside oksidasyonunu katalize eden bir enzim olan süksinat dehidrojenazın aktivitesini az altma işlemidir. Burada bir inhibitör olarakmalonat, süksinat ile yapısal bir benzerlik gösterir.
Ortama bir inhibitör eklenmesi, süksinat dehidrojenaz ile malonat komplekslerinin oluşmasına neden olur. Böyle bir bağ, aktif bölgeye zarar vermez, ancak süksinik aside erişimini engeller. Süksinat konsantrasyonunun arttırılması inhibitör etkiyi az altır.
Tıbbi kullanım
Bazı metabolik yolların substratlarının yapısal analogları olan ve inhibisyonu hastalıkların tedavisinin gerekli bir parçası olan birçok ilacın etkisi, rekabetçi inhibisyon mekanizmasına dayanır.
Örneğin, kas distrofilerinde sinir uyarılarının iletimini iyileştirmek için asetilkolin seviyesinin arttırılması gerekir. Bu, hidrolize edici asetilkolinesterazın aktivitesini inhibe ederek elde edilir. İnhibitörler, ilaçların (proresin, endrofonyum, vb.) parçası olan kuaterner amonyum bazlarıdır.
Antimetabolitler, inhibitör etkiye ek olarak, bir psödosubstratın özelliklerini sergileyen özel bir gruba ayrılır. Bu durumda, EI kompleksinin oluşumu biyolojik olarak inert anormal bir ürünün oluşumuna yol açar. Antimetabolitler arasında sülfonamidler (bakteriyel enfeksiyonların tedavisinde kullanılır), nükleotid analogları (kanserli bir tümörün hücre büyümesini durdurmak için kullanılır) vb. bulunur.
