Смешанное ингибирование

Конкурентное ингибирование

 

Самый распространенный тип ингибирования назван конкурентным ингибированием, поскольку наиболее простое объяснение данного типа ингибирования сводится к тому, что ингибитор связывается с тем же самым центром молекулы фермента, что и субстрат. При этом образуется непродуктивный комплекс. Субстрат и ингибитор конкурируют за один и тот же центр связывания и, следовательно, может образоваться только один комплекс фермента с ингибитором – EI. В простейшем случае конкурентного ингибирования EI представляет собой «тупиковый» комплекс, поскольку он распадается в результате диссоциации только на исходные компоненты (E + I). Поэтому концентрация комплекса EI определяется истинной константой равновесия:

 

[E] ∙ [I]

К_i = ————. (1.26)

[EI]

 

Данную константу (К_i) называют константой ингибирования. Полное уравнение стационарной скорости для случая простого конкурентного ингибирования имеет следующий вид:

 

υ_m ∙ [S]

υ_O = —————————, (1.27)

K_m ∙ (1 + [I] / К_i) + [S]

 

где: [I] - концентрация свободного ингибитора. Это уравнение совпадает по форме с уравнением Михаэлиса – Ментен (1.9), то есть его можно записать в следующем виде:

 

υ_m, _каж ∙ [S]

υ_O = ———————, (1.28)

K_m, _каж + [S]

 

где: υ_m, _каж и K_m, _каж – «кажущиеся» значения параметров υ_m и K_m, которые определяются следующими выражениями:

 

υ_m, _каж = υ_m; K_m, _каж = K_m ∙ (1 + [I] / К_i).

 

При этом:

υ_m, _каж υ_m / K_m

——— = ——————. (1.29)

K_m, _каж 1 + [I] / К_i

 

Следовательно, влияние конкурентного ингибитора на скорость ферментативной реакции состоит в том, что он увеличивает кажущееся значение K_m в (1 + [I] / К_i) раз, уменьшает в то же число раз кажущееся значение υ_m / K_m и оставляет без изменения величину υ_m.

 

 

При самом простом рассмотрении процесса ингибирования ограничиваются обсуждением двух его типов: конкурентного и неконкурентного. Конкурентное ингибирование распространено широко, в то время как случаи неконкурентного очень редки. Понятие его возникло в связи с тем, что первые его исследователи (Михаэлис и сотр.) допускали, что определенные ингибиторы действуют на активность фермента, снижая кажущееся значение υ_m, и не оказывая влияния на параметр K_m. Этот тип ингибирования должен был представлять собой альтернативный случай по отношению к конкурентному ингибированию, и был назван неконкурентным. Однако реально представить себе механизм его действия трудно, поскольку он должен снижать каталитическую активность фермента, но не оказывать влияние на связывание фермента с субстратом. Это допущение справедливо лишь для ингибиторов очень малых размеров, например, катионов водорода или металла. Поэтому в общем случае рассматривают неконкурентное ингибирование как особый случай смешанного ингибирования.

Смешанное ингибирование наблюдается тогда, когда при изменении концентрации ингибитора происходит изменение величины υ_m, _каж и отношения υ_m, _каж / K_m, _каж. В простейшем случае выполняются следующие соотношения:

υ_m

υ_m, _каж = —————, (1.30)

1 + [I] / К_i'

 

K_m ∙ (1 + [I] / К_i)

K_m, _каж = ———————— , (1.31)

1 + [I] / К_i'

υ_m, _каж υ_m / K_m

——— = ——————. (1.32)

K_m, _каж 1 + [I] / К_i

 

Этот тип ингибирования укладывается в схему Боттса – Моралеса, если форма EIS не распадается с образованием продуктов и если все реакции связывания можно рассматривать как равновесные. В этом случае К_i есть константа диссоциации для комплекса EI, К_i' - константа диссоциации для процесса высвобождения ингибитора из комплекса EIS и K_m – константа диссоциации для комплекса ES, то есть К_S.

Смешанное ингибирование – это чаще всего особый случай ингибирования продуктом. Если отщепление продукта происходит на стадии, приводящей к образованию формы свободного фермента, отличающейся от исходной формы, которая связывает субстрат, то следует ожидать ингибирования продутом, которое описано уравнениями (1.30) – (1.32). Простейшим механизмом подобного типа является механизм, в котором продукт высвобождается на второй из трех стадий схемы (1.33):

 

Примеры подобных механизмов усложненного типа можно найти в большом количестве среди реакций, протекающих с участием более одного субстрата или продукта. В этих случаях константы К_i и К_i' выражаются следующим образом:

 

(k₋₁ + k₂) / k₃ (k₂ + k₃)

К_i = ———————— и К_i' = —————.

k₋₁ ∙ k₋₂ k₋₂

 

То есть ни одна из констант не является константой равновесия, за исключением особых случаев, когда k₃ << k₂. Если k₋₁ = k₃, то К_i = К_i', и уравнение (1.31) сводится к равенству K_m, _каж = K_m. Этот случай соответствует неконкурентному ингибированию.