Ингибирование ферментов
Ингибирование ферментов — это снижение каталитической активности фермента молекулой, которая связывается с ферментом или его комплексами. Это один из центральных механизмов, посредством которого клетки регулируют метаболизм и посредством которого действует большая часть лекарств и токсинов. Эта область знакомит читателя с классификацией ингибиторов, кинетическим измерением их эффекта и значением ингибирования в физиологии и терапии.
Definition
Ингибирование ферментов — это снижение скорости ферментативной реакции, вызванное ингибитором, который связывается со свободным ферментом, фермент-субстратным комплексом или обоими, тем самым снижая кажущуюся каталитическую эффективность.
Scope
Эта область охватывает обратимое ингибирование (конкурентное, неконкурентное, неконкурентное и смешанные типы), необратимую и механизм-опосредованную инактивацию, физиологический контроль путей посредством обратного ингибирования, а также более широкие процессы инактивации и деградации ферментов. Она рассматривает их как биохимические и методологические темы, а не как предписывающие клинические рекомендации.
Sub-topics
Core questions
- Связывается ли ингибитор обратимо или образует ковалентную, по существу постоянную связь?
- Какие кинетические константы (Km, Vmax) изменяет ингибитор, и что это говорит о его сайте связывания?
- Как количественно оценивается ингибирующая активность (Ki, IC50, kinact/Ki) и сравнивается между соединениями?
- Как клетки используют ингибирование, особенно обратное ингибирование, для регуляции метаболического потока?
Key concepts
- Обратимое против необратимого ингибирования
- Конкурентное, неконкурентное, неконкурентное и смешанное ингибирование
- Константа ингибирования (Ki) и IC50
- Аллостерическое ингибирование и ингибирование активного центра
- Обратное (конечно-продуктовое) ингибирование
- Механизм-опосредованная (суицидная) инактивация
- Оборот и деградация ферментов
Key theories
- Кинетическая модель ингибирования в стационарном состоянии
- Обратимые ингибиторы классифицируются по тому, как они изменяют параметры Михаэлиса-Ментен: конкурентные ингибиторы повышают кажущуюся Km без изменения Vmax, неконкурентные ингибиторы снижают Vmax без изменения Km, а неконкурентные и смешанные типы изменяют оба параметра. Графические методы и методы перестроения графиков используются для оценки константы ингибирования Ki.
- Аллостерическая (MWC) модель регуляции
- Модель Монода-Ваймана-Шанжё объясняет, как регуляторные ферменты переключаются между напряженными и расслабленными конформациями, обеспечивая структурную основу для обратного ингибирования и кооперативного ингибирования в сайтах, отличных от активного центра.
Mechanisms
Обратимые ингибиторы связываются посредством нековалентных взаимодействий и могут диссоциировать; их кинетическая характеристика зависит от того, связываются ли они со свободным ферментом (конкурентное), фермент-субстратным комплексом (неконкурентное) или обоими (неконкурентное и смешанное), что описывается в рамках кинетики стационарного состояния (Goldstein, 1944; Cornish-Bowden, 1974). Необратимые ингибиторы образуют стабильные, часто ковалентные связи и прогрессивно инактивируют фермент. Регуляторные ферменты дополнительно реагируют на ингибиторы в аллостерических центрах, и модель Монода-Ваймана-Шанжё рассматривает это как сдвиг конформационного равновесия (Monod, 1965). Клетки используют такую регуляцию посредством обратного ингибирования, при котором конечный продукт пути ингибирует ранний, необратимый этап (Umbarger, 1956).
Clinical relevance
Многие терапевтические агенты и токсины действуют как ингибиторы ферментов, и рабочее знание типов ингибирования лежит в основе описания и сравнения их потенции, селективности и продолжительности действия (Copeland, 2013). Эта статья объясняет биохимическую основу таких эффектов для справки и образования; она не предоставляет рекомендаций по дозировке или индивидуализированному лечению.
History
Количественное изучение ингибирования выросло из ферментативной кинетики начала двадцатого века, при этом рассмотрение конкуренции ингибитор-субстрат в стационарном состоянии было формализовано к 1940-м годам (Goldstein, 1944). Работа середины века по биосинтетическим путям выявила обратное ингибирование как регуляторный принцип (Umbarger, 1956), а аллостерическая модель 1965 года дала структурное объяснение регуляции вне активного центра (Monod, 1965). Позднее графические и вычислительные методы уточнили оценку констант ингибирования (Cornish-Bowden, 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
- В чем разница между обратимым и необратимым ингибированием?
- Обратимый ингибитор связывается нековалентно и может диссоциировать, поэтому активность восстанавливается после его удаления; необратимый ингибитор образует стабильную, обычно ковалентную связь и перманентно инактивирует фермент до тех пор, пока не будет синтезирован новый фермент.
- Как измеряется сила ингибитора?
- Обратимые ингибиторы характеризуются константой ингибирования (Ki) или IC50, концентрацией, вызывающей 50-процентное ингибирование; необратимые ингибиторы характеризуются скоростью инактивации относительно связывания (kinact/Ki).