مهار آنزیم
مهار آنزیم کاهش فعالیت کاتالیزوری یک آنزیم توسط مولکولی است که به آنزیم یا کمپلکسهای آن متصل میشود. این یکی از مکانیسمهای اصلی است که سلولها از طریق آن متابولیسم را تنظیم میکنند و بخش بزرگی از داروها و سموم از طریق آن عمل میکنند. این حوزه خواننده را با نحوه طبقهبندی مهارکنندهها، نحوه اندازهگیری کینتیکی اثر آنها و اهمیت مهار در فیزیولوژی و درمان آشنا میکند.
Definition
مهار آنزیم کاهش سرعت یک واکنش کاتالیز شده توسط آنزیم است که توسط یک مهارکننده ایجاد میشود که به آنزیم آزاد، کمپلکس آنزیم-سوبسترا، یا هر دو متصل میشود و در نتیجه کارایی کاتالیزوری ظاهری را کاهش میدهد.
Scope
این حوزه شامل مهار برگشتپذیر (رقابتی، غیررقابتی، غیرهمرقابتی و انواع مختلط)، غیرفعالسازی برگشتناپذیر و مبتنی بر مکانیسم، کنترل فیزیولوژیکی مسیرها توسط مهار بازخوردی، و فرآیندهای گستردهتر غیرفعالسازی و تخریب آنزیم میشود. این موارد به عنوان موضوعات بیوشیمیایی و روششناختی مورد بررسی قرار میگیرند، نه به عنوان توصیههای بالینی تجویزی.
Sub-topics
Core questions
- آیا یک مهارکننده به طور برگشتپذیر متصل میشود یا یک پیوند کووالانسی، اساساً دائمی، تشکیل میدهد؟
- کدام ثابتهای کینتیکی (Km, Vmax) توسط مهارکننده تغییر میکنند و این چه چیزی را در مورد جایگاه اتصال آن آشکار میکند؟
- قدرت مهارکنندگی چگونه (Ki, IC50, kinact/Ki) کمیسازی و در بین ترکیبات مقایسه میشود؟
- سلولها چگونه از مهار، به ویژه مهار بازخوردی، برای تنظیم شار متابولیکی استفاده میکنند؟
Key concepts
- مهار برگشتپذیر در مقابل برگشتناپذیر
- مهار رقابتی، غیررقابتی، غیرهمرقابتی و مختلط
- ثابت مهار (Ki) و IC50
- مهار آلوستریک و جایگاه فعال
- مهار بازخوردی (محصول نهایی)
- غیرفعالسازی مبتنی بر مکانیسم (خودکشی)
- گردش و تخریب آنزیم
Key theories
- مدل کینتیکی حالت پایدار مهار
- مهارکنندههای برگشتپذیر بر اساس نحوه تغییر پارامترهای مایکل-منتن طبقهبندی میشوند: مهارکنندههای رقابتی Km ظاهری را بدون تغییر Vmax افزایش میدهند، مهارکنندههای غیررقابتی Vmax را بدون تغییر Km کاهش میدهند، و انواع غیرهمرقابتی و مختلط هر دو را تغییر میدهند. روشهای گرافیکی و بازترسیم، ثابت مهار Ki را تخمین میزنند.
- مدل آلوستریک (MWC) تنظیم
- مدل مونود-وایمن-شانژو توضیح میدهد که چگونه آنزیمهای تنظیمی بین کنفورماسیونهای فشرده و آرام تغییر میکنند و مبنای ساختاری برای مهار بازخوردی و مهار تعاونی در جایگاههای متمایز از جایگاه فعال فراهم میکند.
Mechanisms
مهارکنندههای برگشتپذیر از طریق برهمکنشهای غیرکووالانسی متصل میشوند و میتوانند جدا شوند؛ ویژگی کینتیکی آنها بستگی به این دارد که آیا به آنزیم آزاد (رقابتی)، کمپلکس آنزیم-سوبسترا (غیرهمرقابتی)، یا هر دو (غیررقابتی و مختلط) متصل میشوند، همانطور که توسط چارچوب کینتیکی حالت پایدار (گلدشتاین، 1944؛ کورنیش-بودن، 1974) نشان داده شده است. مهارکنندههای برگشتناپذیر پیوندهای پایدار، اغلب کووالانسی، تشکیل میدهند و به تدریج آنزیم را غیرفعال میکنند. آنزیمهای تنظیمی علاوه بر این به مهارکنندهها در جایگاههای آلوستریک پاسخ میدهند، و مدل مونود-وایمن-شانژو این را به عنوان یک تغییر در تعادل کنفورماسیونی (مونود، 1965) چارچوببندی میکند. سلولها از این تنظیم از طریق مهار بازخوردی بهره میبرند، که در آن محصول نهایی یک مسیر، یک مرحله اولیه و متعهد را مهار میکند (آمبارگر، 1956).
Clinical relevance
بسیاری از عوامل درمانی و سموم به عنوان مهارکنندههای آنزیم عمل میکنند، و دانش کاری از انواع مهار، اساس چگونگی توصیف و مقایسه قدرت، گزینشپذیری و مدت اثر آنها را تشکیل میدهد (کوپلند، 2013). این مدخل مبنای بیوشیمیایی چنین اثراتی را برای مرجع و آموزش توضیح میدهد؛ هیچ گونه راهنمایی دوز یا درمان فردی ارائه نمیدهد.
History
مطالعه کمی مهار از کینتیک آنزیم در اوایل قرن بیستم رشد کرد، با بررسی حالت پایدار رقابت مهارکننده-سوبسترا که تا دهه 1940 رسمی شد (گلدشتاین، 1944). کار میانه قرن بر روی مسیرهای بیوسنتزی، مهار بازخوردی را به عنوان یک اصل تنظیمی آشکار کرد (آمبارگر، 1956)، و مدل آلوستریک 1965 یک توضیح ساختاری از تنظیم دور از جایگاه فعال ارائه داد (مونود، 1965). روشهای گرافیکی و محاسباتی بعدی، تخمین ثابتهای مهار را بهبود بخشیدند (کورنیش-بودن، 1974).
Key figures
- Jacques Monod
- Jean-Pierre Changeux
- H. Edwin Umbarger
- Athel Cornish-Bowden
- Avram Goldstein
Related topics
Seminal works
- goldstein-1944
- monod-1965
- umbarger-1956
- cornish-bowden-1974
Frequently asked questions
- تفاوت بین مهار برگشتپذیر و برگشتناپذیر چیست؟
- یک مهارکننده برگشتپذیر به صورت غیرکووالانسی متصل میشود و میتواند جدا شود، بنابراین با حذف آن فعالیت بازمیگردد؛ یک مهارکننده برگشتناپذیر یک پیوند پایدار، معمولاً کووالانسی، تشکیل میدهد و آنزیم را به طور دائمی غیرفعال میکند تا زمانی که آنزیم جدید ساخته شود.
- قدرت یک مهارکننده چگونه اندازهگیری میشود؟
- مهارکنندههای برگشتپذیر با یک ثابت مهار (Ki) یا یک IC50، غلظتی که 50 درصد مهار ایجاد میکند، مشخص میشوند؛ مهارکنندههای برگشتناپذیر با سرعت غیرفعالسازی نسبت به اتصال (kinact/Ki) مشخص میشوند.