Навчання

Випадкові матеріали

Всі матеріали

Конкурентне інгібування: визначення, особливості та приклади

Всі біохімічні реакції, що протікають в організмі, схильні до специфічного контролю, який здійснюється через активуючий або інгібуючий вплив на регуляторні ферменти. Останні зазвичай знаходяться на початку ланцюжків метаболічних перетворень і або запускають багатоетапний процес, або гальмують його. Регулюванню також піддаються деякі поодинокі реакції. Конкурентне інгібування є одним з основних механізмів контролю каталітичної активності ферментів.

Що таке інгібування?

Механізм ферментативного каталізу заснований на зв'язуванні активного центру ензиму з молекулою субстрату (комплекс ES), в результаті чого відбувається хімічна реакція з освітою і звільненням продукту (E + S = ES = EP = E + P).

Інгібуванням ферменту називають зниження швидкості або повну зупинку процесу каталізу. У більш вузькому сенсі під цим терміном передбачають зменшення споріднення активного центру до субстрату, що досягається шляхом пов'язування молекул ензимів з речовинами-інгібіторами. Останні можуть діяти різними способами, на підставі чого поділені на кілька типів, яким відповідають однойменні механізми інгібування.

Основні типи інгібування

За характером протікання процесу інгібування буває двох видів:

  • Незворотне - викликає стійкі зміни в молекулі ферменту, що позбавляють її функціональної активності (остання не підлягає відновленню). Воно може мати як специфічний, так і неспецифічний характер. Інгібітор міцно зв'язується з ензимом шляхом ковалентної взаємодії.
  • Зворотне - основний вид негативної регуляції ферментів. Здійснюється за рахунок зворотного специфічного приєднання інгібітора до білка-ензиму слабкими нековалентними зв'язками, піддається кінетичному опису щодо рівняння Міхаеліса-Ментен (виняток становить алостерична регуляція).

Виділяють два основних типи зворотного інгібування ферментів: конкурентне (може бути ослаблене збільшенням концентрації субстрату) і неконкурентне. В останньому випадку відбувається зниження максимально можливої швидкості каталізу.

Основна різниця між конкурентним і неконкурентним інгібуванням полягає в місці приєднання регуляторної речовини до ферменту. У першому випадку інгібітор зв'язується безпосередньо з активним центром, а в другому - з іншою ділянкою ензиму, або з фермент-субстратним комплексом.

Існує також змішаний тип інгібування, при якому зв'язування з інгібітором не запобігає утворенню ES, але уповільнює каталіз. У цьому випадку речовина-регулятор знаходиться у складі подвійних або потрійних комплексів (EI і EIS). При безконкурентному типі фермент зв'язується тільки з ES.

Особливості обратимого конкурентного інгібування ферментів

Конкурентний механізм інгібування заснований на структурній схожості регуляторної речовини з субстратом. В результаті утворюється комплекс активного центру з інгібітором, умовно позначений як EI.

Зворотне конкурентне інгібування має такі особливості:

  • пов'язування з інгібітором відбувається в активному центрі;
  • інактивація молекули ферменту обратима;
  • інгібуючий ефект може бути зменшений збільшенням концентрації субстрату;
  • інгібітор не впливає на максимальну швидкість ферментативного каталізу;
  • комплекс EI може розпадатися, що характеризується відповідною константою дисоціації.

При такому типі регуляції інгібітор і субстрат ніби змагаються (конкурують) один з одним за місце в активному центрі, звідки і відбулася назва процесу.

У підсумку конкурентне інгібування можна визначити як зворотний процес гальмування ферментативного каталізу, заснований на специфічному спорідненні активного центру до речовини-інгібітора.

Механізм дії

Пов'язування інгібітора з активним центром перешкоджає утворенню фермент-субстратного комплексу, необхідного для здійснення каталізу. У підсумку молекула ензиму стає неактивною. Проте каталітичний центр може зв'язатися не тільки з інгібітором, але і з субстратом. Ймовірність утворення того чи іншого комплексу залежить від співвідношення концентрацій. Якщо молекул субстрату значно більший, то фермент реагуватиме з ними частіше, ніж з інгібітором.

Вплив на швидкість хімічної реакції

Ступінь гальмування каталізу при конкурентному інгібуванні визначається тим, яку кількість ферменту будуть утворювати EI-комплекси. При цьому можна збільшити концентрацію субстрату до такої міри, що роль інгібітора буде витіснена, а швидкість каталізу досягне максимально можливого значення, відповідного величині Vmax по рівнянню Міхаеліса-Ментен.

Таке явище пояснюється сильним розбавленням інгібітора. Як наслідок, ймовірність пов'язування з ним молекул ферменту зводиться до нуля, а активні центри реагують тільки з субстратом.

Кінетичні залежності ферментативної реакції за участю конкурентного інгібітора

Конкурентне інгібування збільшує константу Міхаеліса (Km), яка дорівнює концентрації субстрату, необхідної для досягнення чистої швидкості каталізу на початку реакції. Кількість ферменту, гіпотетично здатного зв'язатися з субстратом, залишається постійним, а число фактично утворених ES-комплексів залежить тільки від концентрації останнього (комплекси EI не постійні і можуть бути витіснені субстратом).

Конкурентне інгібування ферментів легко визначити за графіками кінетичної залежності, побудованими для різних концентрацій субстрату. У цьому випадку величина Km буде змінюватися, а Vmax залишатися постійною величиною.

При неконкурентному інгібуванні все навпаки: інгібітор зв'язується поза активним центром і присутність субстрату ніяк не може на це вплинути. В результаті частина молекул ферменту «» вимикається «» з каталізу, і максимально можлива швидкість знижується. Проте активні молекули ензиму можуть безперешкодно зв'язуватися з субстратом як при маленькій, так і при високій концентрації останнього. Отже, константа Міхаеліса залишається постійною.

Графіки конкурентного інгібування в системі подвійних зворотних координат являють собою кілька прямих, які перетинають вісь ординат в точці 1/Vmax. Кожна пряма відповідає певній концентрації субстрату. Різні точки перетину з віссю абсцис (1/[ S]) говорять про зміну константи Міхаеліса.

Дія конкурентного інгібітора на прикладі малонату

Типовим прикладом конкурентного інгібування є процес зниження активності сукцинатдегідрогінази - ферменту, що каталізує окислення бурштинової кислоти (сукцинату) у фумарову. У ролі інгібітора тут виступає малонат, який має структурну схожість із сукцинатом.

Додавання інгібітора в середу викликає утворення комплексів малонату з сукцинатдегідрогіназою. Такий зв'язок не викликає пошкодження активного центру, але блокує його доступність для бурштинової кислоти. Збільшення концентрації сукцинату знижує інгібуючий ефект.

Використання в медицині

На механізмі конкурентного інгібування заснована дія багатьох лікарських препаратів, що являють собою структурні аналоги субстратів деяких метаболічних шляхів, гальмування яких є необхідною частиною лікування захворювань.

Наприклад, для поліпшення провідності нервових імпульсів при м'язових дистрофіях потрібно підвищити рівень ацетилхоліну. Це досягається пригніченням активності ацетилхолінестерази, що гідролізує його. У ролі інгібіторів виступають четвертичні амонієві підстави, що входять до складу лікарських препаратів (прорезин, ендрофоній тощо).

В особливу групу виділяють антиметаболіти, які крім інгібуючої дії виявляють властивості псевдосубстрата. У такому випадку формування комплексу EI призводить до утворення біологічно інертного аномального продукту. До антиметаболітів відносять сульфаніламіди (використовуються при лікуванні бактеріальних інфекцій), аналоги нуклеотидів (застосовуються для зупинки клітинного росту ракової пухлини) тощо.

Конкурентне інгібування: визначення, особливості та приклади

Орнітиновий цикл: реакції, схема, опис, метаболічні порушення

Щоб організм людини підтримував нормальну життєдіяльність, він виробив механізми виведення токсичних речовин. Серед них аміак - кінцевий продукт метаболізму азотистих сполук, насамперед білків. NH3 токсичний для організму, і, як будь-яка отрута, виводиться через виділену систему. Але раніше аміак зазнає цілої низки послідовних реакцій, який носить назву орнітиновий цикл.

Орнітиновий цикл: реакції, схема, опис, метаболічні порушення

Одиниці вимірювання потужності. Потужність струму: одиниця вимірювання

Потужність у фізиці розуміється як ставлення здійснюваної за певний час роботи до того проміжку часу, за який вона виконується. Під механічною роботою мається на увазі кількісна складова впливу сили на тіло, через що останнє переміщується в просторі.

Одиниці вимірювання потужності. Потужність струму: одиниця вимірювання

Кайнозойська ера

Ери розвитку Землі тривали різну кількість років. Включали вони в себе і різні періоди. Кайнозойська ера є новітньою геологічною епохою. Її тривалість - 65 млн. років. Розділена Кайнозойська ера на три періоди: антропогеновий, неогеновий і палеогеновий. Кожен з них, у свою чергу, підрозділюється на епохи.

Кайнозойська ера

Горючі сланці. Характеристика і склад сировини

Пальний сланець входить до категорії хімічної та паливно-енергетичної сировини. Ця корисна копалина залягає на відносно невеликій глибині. Воно входить до групи твердих каустобіолітів і складається з мінеральної частини та органічної речовини. Промислову цінність становить як мінеральна, так і органічна частина. Основні мінеральні компоненти копалини - алюмосилікати і карбонати.

Горючі сланці. Характеристика і склад сировини

Клітинний цикл, імунітет, оболонка клітини

 В існуванні клітини період часу з дня її утворення шляхом ділення материнської клітини до її власного ділення або загибелі називається терміном «клітинний цикл». У різних клітин його тривалість різна. Наприклад, базальні та кровотворні клітини тонкої кишки та епідермісу здатні вступати в клітинний цикл через кожні 12-16 годин, у дорослих організмів вони досить швидко розмножуються. Короткі життєві цикли клітини тривають близько 30 хвилин, вони відбуваються під час швидкого дроблення яєць у земноводних, голкошкірих та інших тварин. Велика кількість видів клітинних культур в експериментальних умовах має короткий клітинний цикл тривалістю близько 20 хвилин. У переважаючої кількості активних клітин тривалість проміжку між мітозами становить від 10 до 24 годин.

Клітинний цикл, імунітет, оболонка клітини

Теологічна теорія походження держави

Існує кілька теорій походження права і держави. Серед них виділяють теологічну, органічну, договірну, насильства та інші. Найбільш стародавньою є теологічна теорія, оскільки релігія виникла задовго до утворення держав і існуючі між людьми звичаї базувалися саме на ній. Вона не втратила свого значення і тепер: поширена в таких країнах, як Саудівська Аравія, Іран та інших.

Теологічна теорія походження держави

Що таке правило буравчика?

Тому, хто вибрав електротехніку в якості своєї основної професії, дуже добре відомі деякі основні властивості електричного струму і супутніх йому магнітних полів. Одне з найважливіших з них - це правило буравчика. З одного боку досить складно назвати це правило законом. Більш правильно говорити, що мова йде про одну з фундаментальних властивостей електромагнетизму.

Що таке правило буравчика?

Дифракція звуку і приклади її прояву в побуті. Ультразвукова локація

Явище дифракції характерне для абсолютно будь-яких хвиль, наприклад, електромагнітних або хвиль на поверхні води. У цій статті розказано про дифракцію звуку. Розглянуто особливості цього явища, наведено приклади його прояву в побуті і використання людиною.

Дифракція звуку і приклади її прояву в побуті. Ультразвукова локація

Що таке радіус Землі

У Сонячній системі налічується дев'ять, або, якщо враховувати новітні домовленості в ученому середовищі, вісім планет (Плутон у 2006 році позбувся цього почесного звання). Серед них особливої уваги заслуговує третя планета - Земля. Найважливіша її особливість, відома кожному школяреві - це здатність підтримувати найпростіше і високоорганізоване життя. Передбачуваний вік планети становить понад 4 мільярди років, що цілком узгоджується з теорією формування планет з газової хмари, що оточувала Сонце.

Що таке радіус Землі

Бензоат натрію

Речовина бензоат натрію більш відома під назвою харчової добавки (Е211), яка класифікується за групою консервантів. Це - натрієва сіль бензойної кислоти. Зовні це з'єднання являє собою білий порошок, який не має запаху, або ж може бути з невеликим запахом бензальдегіду.

Бензоат натрію

Тліючий розряд - добре світить

Електричний струм протікає не тільки в металах, але в рідинах і газах. Правда, механізм протікання електричного струму в цих випадках інший. У газах все починається з електричного розряду. Він за своєю природою може бути декількох видів, один з них - так званий тліючий розряд.

Тліючий розряд - добре світить
Image