Lahat ng biochemical reaction na nagaganap sa katawan ay napapailalim sa partikular na kontrol, na isinasagawa sa pamamagitan ng activating o inhibitory effect sa regulatory enzymes. Ang huli ay karaniwang matatagpuan sa simula ng mga chain ng metabolic transformations at maaaring magsimula ng isang multi-stage na proseso o pabagalin ito. Ang ilang iisang reaksyon ay napapailalim din sa regulasyon. Ang mapagkumpitensyang pagsugpo ay isa sa mga pangunahing mekanismo para sa pagkontrol sa catalytic na aktibidad ng mga enzyme.
Ano ang inhibition?
Ang mekanismo ng enzymatic catalysis ay batay sa pagbubuklod ng aktibong site ng enzyme sa substrate molecule (ES complex), na nagreresulta sa isang kemikal na reaksyon sa pagbuo at paglabas ng produkto (E+S=ES=EP=E+P).
Ang pagsugpo sa isang enzyme ay isang pagbawas sa rate o kumpletong paghinto ng proseso ng catalysis. Sa isang mas makitidkahulugan, ang terminong ito ay nangangahulugan ng pagbawas sa pagkakaugnay ng aktibong sentro para sa substrate, na nakakamit sa pamamagitan ng pagbubuklod ng mga molekula ng enzyme sa mga sangkap ng inhibitor. Ang huli ay maaaring kumilos sa iba't ibang paraan, batay sa kung saan sila ay nahahati sa ilang uri, na tumutugma sa mga mekanismo ng pagsugpo ng parehong pangalan.
Mga pangunahing uri ng pagsugpo
Sa likas na katangian ng proseso, ang pagsugpo ay maaaring may dalawang uri:
- Irreversible - nagiging sanhi ng patuloy na pagbabago sa molekula ng enzyme, na nag-aalis ng functional na aktibidad (ang huli ay hindi na maibabalik). Maaari itong maging partikular o hindi partikular. Ang inhibitor ay malakas na nagbubuklod sa enzyme sa pamamagitan ng covalent interaction.
- Reversible - ang pangunahing uri ng negatibong regulasyon ng mga enzyme. Isinasagawa ito dahil sa reversible specific attachment ng inhibitor sa enzyme protein sa pamamagitan ng mahinang non-covalent bond, na pumapayag sa kinetic description ayon sa Michaelis-Menten equation (maliban sa allosteric regulation).
Mayroong dalawang pangunahing uri ng reversible enzyme inhibition: mapagkumpitensya (maaaring mapahina sa pamamagitan ng pagtaas ng konsentrasyon ng substrate) at hindi mapagkumpitensya. Sa huling kaso, bumababa ang maximum na posibleng rate ng catalysis.
Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mapagkumpitensya at hindi mapagkumpitensyang pagsugpo ay nasa lugar kung saan nakakabit ang regulatory substance sa enzyme. Sa unang kaso, ang inhibitor ay direktang nagbubuklod sa aktibong site, at sa pangalawang kaso, sa isa pang site ng enzyme, o sa enzyme-substrate complex.
Mayroong pinaghalong uri din ng inhibition, kung saan ang pagbubuklod sa isang inhibitor ay hindi pumipigil sa pagbuo ng ES, ngunit nagpapabagal sa catalysis. Sa kasong ito, ang sangkap ng regulator ay nasa komposisyon ng doble o triple complex (EI at EIS). Sa hindi mapagkumpitensyang uri, ang enzyme ay nagbubuklod lamang sa ES.
Mga tampok ng reversible competitive inhibition ng enzymes
Ang mapagkumpitensyang mekanismo ng pagsugpo ay nakabatay sa pagkakatulad ng istruktura ng regulatory substance sa substrate. Bilang resulta, nabuo ang isang complex ng aktibong sentro na may inhibitor, na karaniwang itinalaga bilang EI.
Ang mababawi na pagsugpo sa kompetisyon ay may mga sumusunod na tampok:
- pagbubuklod sa inhibitor ay nangyayari sa aktibong site;
- ang hindi aktibo ng molekula ng enzyme ay nababaligtad;
- ang epekto ng pagbabawal ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagtaas ng konsentrasyon ng substrate;
- Ang inhibitor ay hindi nakakaapekto sa maximum na rate ng enzymatic catalysis;
- ang EI complex ay maaaring mabulok, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng katumbas na dissociation constant.
Sa ganitong uri ng regulasyon, ang inhibitor at ang substrate ay tila nakikipagkumpitensya (nagkukumpitensya) sa isa't isa para sa isang lugar sa aktibong sentro, kaya ang pangalan ng proseso.
Bilang resulta, ang mapagkumpitensyang pagsugpo ay maaaring tukuyin bilang isang nababaligtad na proseso ng pagsugpo ng enzymatic catalysis, batay sa partikular na pagkakaugnay ng aktibong site para sa sangkap ng inhibitor.
Mekanismo ng pagkilos
Pag-tetherpinipigilan ng isang inhibitor na may aktibong site ang pagbuo ng isang enzyme-substrate complex na kinakailangan para sa catalysis. Bilang resulta, ang molekula ng enzyme ay nagiging hindi aktibo. Gayunpaman, ang catalytic center ay maaaring magbigkis hindi lamang sa inhibitor, kundi pati na rin sa substrate. Ang posibilidad ng pagbuo ng isa o isa pang kumplikado ay nakasalalay sa ratio ng mga konsentrasyon. Kung mayroong mas maraming substrate molecule, mas madalas na magre-react ang enzyme sa kanila kaysa sa inhibitor.
Impluwensiya sa rate ng isang kemikal na reaksyon
Ang antas ng pagsugpo ng catalysis sa panahon ng mapagkumpitensyang pagsugpo ay tinutukoy ng kung gaano karami sa enzyme ang bubuo ng mga EI-complex. Sa kasong ito, posibleng dagdagan ang konsentrasyon ng substrate sa isang lawak na ang papel ng inhibitor ay mapapalitan, at ang catalysis rate ay maaabot ang maximum na posibleng halaga na tumutugma sa value Vmaxayon sa Michaelis-Menten equation.
Ang phenomenon na ito ay dahil sa malakas na pagbabanto ng inhibitor. Bilang resulta, ang posibilidad ng mga molekula ng enzyme na nagbubuklod dito ay nababawasan sa zero, at ang mga aktibong sentro ay tumutugon lamang sa substrate.
Mga kinetic na dependence ng isang enzymatic na reaksyon na kinasasangkutan ng isang mapagkumpitensyang inhibitor
Ang mapagkumpitensyang pagsugpo ay nagpapataas sa Michaelis constant (Km), na katumbas ng substrate na konsentrasyon na kinakailangan upang makamit ang ½ ng maximum na rate ng catalysis sa simula ng reaksyon. Ang dami ng enzyme na hypothetically na may kakayahang mag-binding sa substrate ay nananatiling pare-pareho, habang ang bilang ng ES-ang mga complex ay nakadepende lamang sa konsentrasyon ng huli (EI complexes ay hindi pare-pareho at maaaring i-displace ng substrate).
Ang mapagkumpitensyang pagsugpo ng mga enzyme ay madaling matukoy mula sa mga graph ng kinetic dependence na binuo para sa iba't ibang konsentrasyon ng substrate. Sa kasong ito, ang halaga ng Km ay magbabago, habang ang Vmax ay mananatiling pare-pareho.
Sa hindi mapagkumpitensyang pagsugpo, ang kabaligtaran ay totoo: ang inhibitor ay nagbubuklod sa labas ng aktibong sentro at ang presensya ng substrate ay hindi makakaapekto dito sa anumang paraan. Bilang resulta, ang ilan sa mga molekula ng enzyme ay "naka-off" mula sa catalysis, at bumababa ang maximum na posibleng rate. Gayunpaman, ang mga aktibong molekula ng enzyme ay madaling magbigkis sa substrate kapwa sa mababa at sa mataas na konsentrasyon ng huli. Samakatuwid, ang Michaelis constant ay nananatiling pare-pareho.
Ang mga graph ng competitive inhibition sa system ng double inverse coordinates ay ilang tuwid na linya na nagsa-intersect sa y-axis sa puntong 1/Vmax. Ang bawat tuwid na linya ay tumutugma sa isang tiyak na konsentrasyon ng substrate. Ang iba't ibang punto ng intersection sa abscissa axis (1/[S]) ay nagpapahiwatig ng pagbabago sa Michaelis constant.
Ang pagkilos ng isang mapagkumpitensyang inhibitor sa halimbawa ng malonate
Ang isang tipikal na halimbawa ng mapagkumpitensyang pagsugpo ay ang proseso ng pagbabawas ng aktibidad ng succinate dehydrogenase, isang enzyme na nagpapa-catalyze sa oksihenasyon ng succinic acid (succinate) sa fumaric acid. Dito bilang isang inhibitormalonate acts, na may pagkakatulad sa istruktura sa succinate.
Ang pagdaragdag ng isang inhibitor sa medium ay nagiging sanhi ng pagbuo ng mga complex ng malonate na may succinate dehydrogenase. Ang gayong bono ay hindi nagiging sanhi ng pinsala sa aktibong site, ngunit hinaharangan ang accessibility nito sa succinic acid. Ang pagtaas ng konsentrasyon ng succinate ay nakakabawas sa epekto ng pagbabawal.
Paggamit na medikal
Ang pagkilos ng maraming gamot, na mga structural analogues ng mga substrate ng ilang metabolic pathway, ang pagsugpo nito ay isang kinakailangang bahagi ng paggamot ng mga sakit, ay batay sa mekanismo ng competitive inhibition.
Halimbawa, upang mapabuti ang pagpapadaloy ng mga nerve impulses sa muscular dystrophies, kinakailangan na taasan ang antas ng acetylcholine. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagpigil sa aktibidad ng hydrolyzing acetylcholinesterase nito. Ang mga inhibitor ay mga quaternary ammonium base na bahagi ng mga gamot (proresin, endrophonium, atbp.).
Ang Antimetabolites ay nakikilala sa isang espesyal na grupo, na, bilang karagdagan sa epekto ng pagbabawal, ay nagpapakita ng mga katangian ng isang pseudosubstrate. Sa kasong ito, ang pagbuo ng EI complex ay humahantong sa pagbuo ng isang biologically inert na anomalyang produkto. Kabilang sa mga antimetabolite ang sulfonamides (ginagamit sa paggamot ng bacterial infections), nucleotide analogs (ginagamit para pigilan ang paglaki ng cell ng isang cancerous na tumor), atbp.
