Необратимое ингибирование ферментов

Необратимое ингибирование ферментов происходит, когда ингибитор образует стабильную, обычно ковалентную, связь с ферментом, необратимо подавляя его активность. В отличие от обратимых ингибиторов, необратимые ингибиторы не могут просто диссоциировать, поэтому активность восстанавливается только тогда, когда клетка синтезирует новый фермент.

Definition

Необратимое ингибирование — это инактивация фермента ингибитором, который образует с ним стабильную, как правило, ковалентную связь, приводящую к зависящей от времени и по существу постоянной потере каталитической активности.

Scope

Статья охватывает ковалентную инактивацию, особый случай механизм-опосредованных (суицидных) ингибиторов, а также то, как необратимое ингибирование кинетически характеризуется скоростью инактивации, а не константой равновесия. Это биохимический и методологический справочник, а не клиническое руководство.

Core questions

• Образует ли ингибитор ковалентную связь, и зависит ли потеря активности от времени?
• Является ли ингибитор реактивным сам по себе или активируется собственным каталитическим аппаратом фермента (механизм-опосредованный)?
• Как описывается активность, когда равновесие связывания отсутствует?

Key concepts

• Образование ковалентной связи
• Зависящая от времени (прогрессирующая) потеря активности
• Показатель активности kinact/Ki
• Механизм-оопосредованные (суицидные) ингибиторы
• Восстановление требует синтеза фермента de novo

Key theories

Кинетика зависящей от времени инактивации

Необратимое ингибирование моделируется как начальное обратимое связывание с последующим необратимым химическим этапом; активность описывается константой скорости второго порядка kinact/Ki (или kinact/KI), как формализовано в анализе Китца-Уилсона зависящей от времени инактивации.

Механизм-оопосредованная (суицидная) инактивация

Механизм-оопосредованный ингибитор представляет собой нереактивный аналог субстрата, который фермент превращает в реакционноспособный вид в своем собственном активном центре, который затем образует ковалентную связь и инактивирует фермент, обеспечивая высокую селективность в отношении мишени.

Mechanisms

Необратимый ингибитор обычно обратимо связывается с ферментом, а затем претерпевает необратимый химический этап, чаще всего образуя ковалентную связь с остатком активного центра, поэтому активность постепенно теряется со временем и описывается константой скорости инактивации, а не равновесной Ki; кинетическая основа этого была установлена при изучении инактивации ацетилхолинэстеразы по Китцу-Уилсону (Kitz & Wilson, 1962). Механизм-опосредованные, или суицидные, ингибиторы нереактивны до тех пор, пока собственное каталитическое действие фермента не превратит их в реакционноспособный интермедиат в активном центре, который затем ковалентно связывается, обеспечивая селективность в отношении целевого фермента (Rando, 1977). Ковалентная инактивация используется во многих классах протеаз и других ферментов (Powers et al., 2002). Поскольку связь стабильна, активность восстанавливается только по мере синтеза нового фермента.

Clinical relevance

Несколько широко используемых классов лекарственных средств действуют как необратимые или механизм-оопосредованные ингибиторы, и их отличительной чертой является продолжительность действия, определяемая ресинтезом фермента, а не клиренсом лекарственного средства (Copeland, 2013). Эта статья объясняет механизм для справки и образования и не содержит рекомендаций по дозировке или лечению.

History

Ковалентная инактивация ферментов интенсивно изучалась в работах по ацетилхолинэстеразе и фосфорорганическим соединениям, при этом Китц и Уилсон представили влиятельный кинетический анализ зависящей от времени инактивации в 1962 году (Kitz & Wilson, 1962). Концепция механизм-опосредованных ингибиторов, разработанных для активации самим целевым ферментом, была сформулирована в 1970-х годах (Rando, 1977) и позднее исследована в различных классах протеаз (Powers et al., 2002).

Key figures

• Irwin B. Wilson
• Richard Kitz
• Robert R. Rando
• James C. Powers

Seminal works

• kitz-wilson-1962
• rando-1977
• powers-2002

Frequently asked questions

Почему необратимое ингибирование описывается скоростью, а не константой ингибирования?

Поскольку ингибитор образует стабильную ковалентную связь, а не достигает равновесия связывания, активность определяется тем, насколько быстро инактивируется фермент, что суммируется константой скорости второго порядка kinact/Ki.

Что делает механизм-оопосредованный (суицидный) ингибитор селективным?

Он химически нереактивен до тех пор, пока собственный каталитический аппарат целевого фермента не превратит его в реакционноспособный вид в активном центре, поэтому он преимущественно инактивирует фермент, который его обрабатывает.