Orqanizmdə baş verən bütün biokimyəvi reaksiyalar tənzimləyici fermentlərə aktivləşdirici və ya inhibitor təsir vasitəsilə həyata keçirilən xüsusi nəzarətə məruz qalır. Sonuncular adətən metabolik transformasiya zəncirlərinin başlanğıcında yerləşir və ya çox mərhələli bir prosesə başlayır, ya da onu yavaşlatır. Bəzi tək reaksiyalar da tənzimlənməyə tabedir. Rəqabətli inhibə fermentlərin katalitik fəaliyyətinə nəzarət etmək üçün əsas mexanizmlərdən biridir.
İnhibisiya nədir?
Enzimatik kataliz mexanizmi fermentin aktiv sahəsinin substrat molekuluna (ES kompleksi) bağlanmasına əsaslanır və nəticədə məhsulun əmələ gəlməsi və buraxılması ilə kimyəvi reaksiya baş verir (E+S=ES).=EP=E+P).
Fermentin inhibəsi sürətin azalması və ya kataliz prosesinin tam dayandırılmasıdır. Daha darmənada, bu termin ferment molekullarının inhibitor maddələrə bağlanması ilə əldə edilən aktiv mərkəzin substrata yaxınlığının azalması deməkdir. Sonuncu müxtəlif yollarla hərəkət edə bilər, bunun əsasında eyni adlı inhibə mexanizmlərinə uyğun gələn bir neçə növə bölünür.
Əsas inhibə növləri
Prosesin təbiətinə görə inhibə iki növ ola bilər:
- Dönməz - ferment molekulunda davamlı dəyişikliklərə səbəb olur, onu funksional fəaliyyətdən məhrum edir (sonuncunu bərpa etmək mümkün deyil). Bu, spesifik və ya qeyri-spesifik ola bilər. İnhibitor kovalent qarşılıqlı təsir vasitəsilə fermentə güclü şəkildə bağlanır.
- Reversible - fermentlərin mənfi tənzimlənməsinin əsas növü. O, inhibitorun ferment zülalına Michaelis-Menten tənliyinə uyğun kinetik təsvirə uyğun olan zəif qeyri-kovalent bağlarla (allosterik tənzimləmə istisna olmaqla) geri dönən spesifik bağlanması hesabına həyata keçirilir.
Geri dönən ferment inhibəsinin iki əsas növü var: rəqabətli (substrat konsentrasiyasının artması ilə zəiflədilə bilər) və rəqabətsiz. Sonuncu halda, mümkün olan maksimum kataliz sürəti azalır.
Rəqabətli və qeyri-rəqabətli inhibə arasındakı əsas fərq tənzimləyici maddənin fermentə qoşulma yerindədir. Birinci halda, inhibitor birbaşa aktiv sahəyə, ikinci halda isə fermentin başqa sahəsinə və ya ferment-substrat kompleksinə bağlanır.
Qarışıq inhibe növü də mövcuddur ki, bu zaman inhibitorla əlaqə ES-nin əmələ gəlməsinə mane olmur, lakin katalizi ləngidir. Bu halda tənzimləyici maddə ikiqat və ya üçlü komplekslərin (EI və EIS) tərkibində olur. Rəqabətsiz tipdə ferment yalnız ES-yə bağlanır.
Fermentlərin geri dönən rəqabətli inhibəsinin xüsusiyyətləri
Rəqabətli inhibə mexanizmi tənzimləyici maddənin substrat ilə struktur oxşarlığına əsaslanır. Nəticədə, şərti olaraq EI kimi təyin edilmiş inhibitorla aktiv mərkəzin kompleksi əmələ gəlir.
Reversible rəqabət inhibisyonu aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir:
- ingibitorla bağlanma aktiv yerdə baş verir;
- ferment molekulunun inaktivasiyası geri çevrilir;
- inhibitor effekti substratın konsentrasiyasını artırmaqla azaldıla bilər;
- inhibitor fermentativ katalizin maksimum sürətinə təsir etmir;
- EI kompleksi parçalana bilər, bu, müvafiq dissosiasiya sabiti ilə xarakterizə olunur.
Bu cür tənzimləmə ilə inhibitor və substrat aktiv mərkəzdə yer almaq üçün bir-biri ilə rəqabət aparır (rəqabət edir), prosesin adı da buna görədir.
Nəticədə, rəqabətli inhibə, aktiv sahənin inhibitor maddəyə xüsusi yaxınlığına əsaslanaraq, enzimatik katalizin geri qaytarıla bilən inhibə prosesi kimi müəyyən edilə bilər.
Fəaliyyət mexanizmi
Teterinqaktiv sahəyə malik inhibitor kataliz üçün zəruri olan ferment-substrat kompleksinin əmələ gəlməsinin qarşısını alır. Nəticədə ferment molekulu qeyri-aktiv olur. Buna baxmayaraq, katalitik mərkəz təkcə inhibitora deyil, həm də substrata bağlana bilər. Bu və ya digər kompleksin əmələ gəlmə ehtimalı konsentrasiyaların nisbətindən asılıdır. Əgər əhəmiyyətli dərəcədə daha çox substrat molekulları varsa, o zaman ferment onlarla inhibitordan daha tez-tez reaksiya verəcək.
Kimyəvi reaksiyanın sürətinə təsiri
Rəqabətli inhibə zamanı katalizin tormozlanma dərəcəsi fermentin nə qədər EI-kompleksləri əmələ gətirəcəyi ilə müəyyən edilir. Bu halda, substratın konsentrasiyasını elə dərəcədə artırmaq olar ki, inhibitorun rolu əvəzlənsin və kataliz sürəti Vmax dəyərinə uyğun gələn maksimum mümkün dəyərə çatsın. Michaelis-Menten tənliyinə görə.
Bu fenomen inhibitorun güclü seyreltilməsi ilə əlaqədardır. Nəticədə, ferment molekullarının ona bağlanma ehtimalı sıfıra endirilir və aktiv mərkəzlər yalnız substratla reaksiya verir.
Rəqabətli inhibitorun iştirak etdiyi fermentativ reaksiyanın kinetik asılılığı
Rəqabətli inhibə Michaelis sabitini (Km) artırır, bu, reaksiyanın başlanğıcında ½ maksimum kataliz sürətinə nail olmaq üçün tələb olunan substrat konsentrasiyasına bərabərdir. Substrata bağlana bilən fermentin miqdarı sabit qalır, ES-in sayı isəkomplekslər yalnız sonuncunun konsentrasiyasından asılıdır (EI kompleksləri sabit deyil və substrat tərəfindən yerdəyişdirilə bilər).
Fermentlərin rəqabətli inhibəsini substratın müxtəlif konsentrasiyaları üçün qurulmuş kinetik asılılığın qrafiklərindən müəyyən etmək asandır. Bu halda, Km dəyəri dəyişəcək, Vmax isə sabit qalacaq.
Qeyri-rəqabətli inhibə ilə bunun əksi doğrudur: inhibitor aktiv mərkəzdən kənarda bağlanır və substratın mövcudluğu buna heç bir şəkildə təsir edə bilməz. Nəticədə, ferment molekullarının bəziləri katalizdən "söndürülür" və mümkün olan maksimum sürət azalır. Buna baxmayaraq, aktiv ferment molekulları həm aşağı, həm də sonuncunun yüksək konsentrasiyalarında substrata asanlıqla bağlana bilir. Buna görə də, Michaelis sabiti sabit qalır.
İkiqat tərs koordinatlar sistemində rəqabətli inhibə qrafikləri y oxunu 1/Vmax nöqtəsində kəsən bir neçə düz xəttdir. Hər bir düz xətt substratın müəyyən bir konsentrasiyasına uyğundur. Absis oxu ilə müxtəlif kəsişmə nöqtələri (1/[S]) Michaelis sabitinin dəyişməsini göstərir.
Rəqabətli inhibitorun malonat nümunəsində fəaliyyəti
Rəqabətli inhibisyonun tipik nümunəsi süksin turşusunun (süksinatın) fumarin turşusuna oksidləşməsini kataliz edən bir ferment olan suksinat dehidrogenazanın aktivliyinin azaldılması prosesidir. Burada bir inhibitor kimisuksinatla struktur oxşarlığı olan malonat fəaliyyət göstərir.
Mühitə inhibitorunun əlavə edilməsi suksinat dehidrogenaz ilə malonatın komplekslərinin əmələ gəlməsinə səbəb olur. Belə bir əlaqə aktiv sahəyə zərər vermir, lakin süksinik turşuya əlçatanlığını maneə törədir. Süksinatın konsentrasiyasının artırılması inhibitor təsirini azaldır.
Tibbi istifadə
Bəzi metabolik yolların substratlarının struktur analoqları olan, inhibəsi xəstəliklərin müalicəsinin zəruri hissəsi olan bir çox dərman vasitələrinin fəaliyyəti rəqabətli inhibə mexanizminə əsaslanır.
Məsələn, əzələ distrofiyalarında sinir impulslarının keçiriciliyini yaxşılaşdırmaq üçün asetilkolin səviyyəsini artırmaq lazımdır. Bu, onun hidroliz edən asetilkolinesterazının fəaliyyətini maneə törətməklə əldə edilir. İnhibitorlar dərmanların bir hissəsi olan dördüncü ammonium əsaslarıdır (proresin, endrophonium və s.).
Antimetabolitlər inhibə edici təsirdən əlavə psevdosubstrat xassələrini nümayiş etdirən xüsusi qrupa bölünür. Bu zaman EI kompleksinin formalaşması bioloji inert anomal məhsulun əmələ gəlməsinə səbəb olur. Antimetabolitlərə sulfanilamidlər (bakterial infeksiyaların müalicəsində istifadə olunur), nukleotid analoqları (xərçəngli şişin hüceyrə artımını dayandırmaq üçün istifadə olunur) və s. daxildir.
