XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

В области кинетики ферментативных реакций важной частью является изучение регуляции активности ферментов. Для данных целей применяются особые вещества – ингибиторы и активаторы.

Активатор – вещество, которое стимулирует работу фермента. В качестве активатора могут выступать катионы водорода H⁺, катионы металлов, например, магния Mg^2+, марганца Mn²⁺, цинка Zn^2+; анионы, например анионы хлора Cl^-, белки и т.д.

Ингибитор – это вещество, которое снижает активность фермента, действуя специфично. В качестве ингибиторов могут быть использованы кислоты, щёлочи, радиация, лекарства, яды, токсины и многое другое, что так или иначе снижает действие фермента.

Рассмотрим классификацию ингибиторов ферментов.

Основная классификация подразделяет ферменты на специфические и неспецифические. Действие первых связано с механизмами ферментативного катализа. Действие вторых основано на денатурации белка-фермента (кислоты, щёлочи, соли тяжелых металлов) и не связано с механизмами ферментативного катализа.

В данной статье будем подробно рассматривать действие специфических ферментов.

В зависимости от степени связывания фермента со специфическим ингибитором, выделяют следующие виды ингибирования:

- необратимое;

- обратимое.

Обратимые ингибиторы в свою очередь в зависимости от отношения ингибитора к активному центру фермента бывают:

- конкурентное;

- неконкурентное;

-бесконкурентное.

Необратимое ингибирование – ингибирование, которое характеризуется связыванием или разрушением функциональных групп, необходимых для проявления его активности. Примерами такого ингибирования являются взаимодействие диизопропилфторфосфата с ацетилхолинэстеразой, ацетилсалициловой кислоты с циклооксигеназой.

Рисунок 1 – Механизм ингибирования циклооксигеназы

Особенностью обратимое ингибирования является равновесное комплексообразование ингибитора с ферментов по причине образования нековалентных связей. Благодаря такому механизму комплексы способны к диссоциации с восстановлением активности фермента.

Классификация обратимого ингибирования на конкурентное и неконкурентное основана на схожести или отличии ингибиторов со структурой субстрата.

При конкурентном ингибировании наблюдается схожесть структуры ингибитора со структурой субстрата фермента. Вследствие этого ингибитор соперничает с субстратом за активный центр. Это приводит к уменьшению связывания фермента и субстрата, что нарушает катализ. Данная особенность конкурентного ингибирования позволяет регулировать интенсивность ингибирования через изменение концентрации субстрата.

В качестве примеров конкурентного ингибирования можно привести взаимодействие этанола и метанола за активный центр алкогольдегидрогеназы; ингибирование сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой.

Рисунок 2 – Механизм конкурентного ингибирования сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой

Неконкурентное ингибирование связано с присоединением ингибитора в месте молекулы, отличной от активного центра. Это может быть аллостерическое ингибирование. Активность фермента снижается естественными модуляторами. Связывание ингибитора с аллостерическим центром вызывает изменение конфигурации белка-фермента и снижение скорости ферментативной реакции.

Рисунок 3 – Механизм аллостерического ингибирования фермента

Бесконкурентное ингибирование наблюдается при повышении субстрата фермента. Ингибитор соединяется с фермент-субстратным комплексом и образуется неактивный или медленно реагирующий тройной комплекс.

Актуальность данной статьи состоит в том, что различные виды ингибирования ферментов нашли широкое применение. Особенное значение ингибирование имеет в медицине, так как ферменты играют одну из ключевых ролей в регуляции организма человека. Ведётся активная разработка и использование соединений, изменяющих активность ферментов с целью регуляции скорости ферментативных реакций.

Так, разработаны и широко применяются ингибиторы ангиотензин-превращающего фермента с целью лечения гипертонии. Ингибирование ксантиноксидазы с целью лечения подагры. Ингибирование ферментов синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот с целью лечения бактериальных и вирусных инфекций, онкологических заболеваний.

На основе знаний и многолетнего опыта разрабатывается множество патентов, так или иначе использующие ингибирование ферментов в своей основе. Так, представлен патент, в результате которого разработаны ингибиторы IBAT, позволяющих осуществить лечение и профилактику заболеваний печени.

Список используемых источников:

Кинетика ферментативных реакций: Учеб. пособие по курсу «Ферментативный катализ» для студ. спец. 092901 «Промышленная биотехнология» / А.Н. Огурцов.

https://moodle.kstu.ru/pluginfile.php/375243/mod_resource/content/1/Биохимия.%20Полный%20набор%20лекций.pdf.

Ингибиторы IBAT для лечения заболеваний печени: пат. 2591188. Российская федерация. МПК C07D 285/36 (2006.01)

Код для цитирования: Скопировать