การยับยั้งเอนไซม์แบบผันกลับไม่ได้
การยับยั้งเอนไซม์แบบผันกลับไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อสารยับยั้งสร้างพันธะที่เสถียร ซึ่งโดยทั่วไปคือพันธะโควาเลนต์ กับเอนไซม์ ทำให้กิจกรรมของเอนไซม์ถูกทำลายอย่างถาวร สารยับยั้งแบบผันกลับไม่ได้แตกต่างจากสารยับยั้งแบบผันกลับได้ตรงที่ไม่สามารถแยกตัวออกไปได้ง่ายๆ ดังนั้นกิจกรรมของเอนไซม์จะกลับคืนมาได้ก็ต่อเมื่อเซลล์สังเคราะห์เอนไซม์ใหม่เท่านั้น
Definition
การยับยั้งแบบผันกลับไม่ได้คือการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์โดยสารยับยั้งที่สร้างพันธะที่เสถียร ซึ่งโดยทั่วไปคือพันธะโควาเลนต์กับเอนไซม์ ทำให้เกิดการสูญเสียกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาที่ขึ้นกับเวลาและโดยพื้นฐานแล้วเป็นแบบถาวร
Scope
เนื้อหานี้ครอบคลุมถึงการยับยั้งด้วยพันธะโควาเลนต์ กรณีพิเศษของสารยับยั้งแบบอาศัยกลไก (suicide inhibitors) และวิธีการจำแนกลักษณะการยับยั้งแบบผันกลับไม่ได้ทางจลนพลศาสตร์ด้วยอัตราการยับยั้งแทนที่จะเป็นค่าคงที่สมดุล ข้อมูลนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงทางชีวเคมีและระเบียบวิธีวิจัย ไม่ใช่คำแนะนำทางการแพทย์
Core questions
- สารยับยั้งสร้างพันธะโควาเลนต์หรือไม่ และการสูญเสียกิจกรรมขึ้นอยู่กับเวลาหรือไม่?
- สารยับยั้งทำปฏิกิริยาได้ด้วยตัวเองหรือถูกกระตุ้นโดยกลไกเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์เอง (แบบอาศัยกลไก)?
- จะอธิบายความแรงได้อย่างไรเมื่อไม่มีสมดุลการจับ?
Key concepts
- การสร้างพันธะโควาเลนต์
- การสูญเสียกิจกรรมที่ขึ้นกับเวลา (แบบก้าวหน้า)
- ตัวชี้วัดความแรง kinact/Ki
- สารยับยั้งแบบอาศัยกลไก (suicide inhibitors)
- การฟื้นตัวต้องอาศัยการสังเคราะห์เอนไซม์ใหม่
Key theories
- จลนพลศาสตร์ของการยับยั้งที่ขึ้นกับเวลา
- การยับยั้งแบบผันกลับไม่ได้ถูกจำลองเป็นการจับแบบผันกลับได้เริ่มต้น ตามด้วยขั้นตอนทางเคมีแบบผันกลับไม่ได้; ความแรงอธิบายได้ด้วยค่าคงที่อัตราอันดับสอง kinact/Ki (หรือ kinact/KI) ตามที่กำหนดไว้ในการวิเคราะห์ Kitz-Wilson ของการยับยั้งที่ขึ้นกับเวลา
- การยับยั้งแบบอาศัยกลไก (suicide inactivation)
- สารยับยั้งแบบอาศัยกลไกคือสารอนาล็อกของสารตั้งต้นที่ไม่ทำปฏิกิริยา ซึ่งเอนไซม์จะเปลี่ยนให้เป็นสารที่ทำปฏิกิริยาได้ในตำแหน่งเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์เอง จากนั้นจึงสร้างพันธะโควาเลนต์และยับยั้งเอนไซม์ ทำให้เกิดความจำเพาะต่อเป้าหมายสูง
Mechanisms
สารยับยั้งแบบผันกลับไม่ได้โดยทั่วไปจะจับกับเอนไซม์แบบผันกลับได้ก่อน จากนั้นจึงเกิดขั้นตอนทางเคมีแบบผันกลับไม่ได้ ซึ่งส่วนใหญ่มักจะสร้างพันธะโควาเลนต์กับหมู่กรดอะมิโนในตำแหน่งเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นกิจกรรมของเอนไซม์จึงลดลงอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไป และอธิบายได้ด้วยค่าคงที่อัตราการยับยั้งแทนที่จะเป็นค่าคงที่สมดุล Ki; การศึกษาการยับยั้งอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสของ Kitz-Wilson ได้สร้างกรอบจลนพลศาสตร์นี้ขึ้น (Kitz & Wilson, 1962) สารยับยั้งแบบอาศัยกลไก หรือ suicide inhibitors จะไม่ทำปฏิกิริยาจนกว่าการทำงานเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์เองจะเปลี่ยนให้เป็นสารตัวกลางที่ทำปฏิกิริยาได้ในตำแหน่งเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจากนั้นจะสร้างพันธะโควาเลนต์ ทำให้เกิดความจำเพาะต่อเอนไซม์เป้าหมาย (Rando, 1977) การยับยั้งด้วยพันธะโควาเลนต์ถูกนำมาใช้ในเอนไซม์โปรตีเอสและเอนไซม์อื่นๆ หลายชนิด (Powers et al., 2002) เนื่องจากพันธะมีความเสถียร กิจกรรมของเอนไซม์จะกลับคืนมาได้ก็ต่อเมื่อมีการสังเคราะห์เอนไซม์ใหม่เท่านั้น
Clinical relevance
ยาหลายกลุ่มที่ใช้กันอย่างแพร่หลายออกฤทธิ์เป็นสารยับยั้งแบบผันกลับไม่ได้หรือแบบอาศัยกลไก และลักษณะเด่นของยาเหล่านี้คือระยะเวลาการออกฤทธิ์ที่ควบคุมโดยการสังเคราะห์เอนไซม์ใหม่ แทนที่จะเป็นการกำจัดยาออกจากร่างกาย (Copeland, 2013) เนื้อหานี้อธิบายกลไกเพื่อการอ้างอิงและการศึกษา และไม่ได้ให้คำแนะนำในการให้ยาหรือการรักษา
History
การยับยั้งเอนไซม์ด้วยพันธะโควาเลนต์ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นผ่านงานวิจัยเกี่ยวกับอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสและสารออร์กาโนฟอสเฟต โดย Kitz และ Wilson ได้นำเสนอการวิเคราะห์จลนพลศาสตร์ที่มีอิทธิพลต่อการยับยั้งที่ขึ้นกับเวลาในปี 1962 (Kitz & Wilson, 1962) แนวคิดของสารยับยั้งแบบอาศัยกลไก ซึ่งออกแบบมาให้ถูกกระตุ้นโดยเอนไซม์เป้าหมายเอง ได้รับการอธิบายอย่างชัดเจนในช่วงทศวรรษ 1970 (Rando, 1977) และต่อมาได้มีการสำรวจในกลุ่มเอนไซม์โปรตีเอส (Powers et al., 2002)
Key figures
- Irwin B. Wilson
- Richard Kitz
- Robert R. Rando
- James C. Powers
Related topics
Seminal works
- kitz-wilson-1962
- rando-1977
- powers-2002
Frequently asked questions
- เหตุใดการยับยั้งแบบผันกลับไม่ได้จึงอธิบายด้วยอัตราแทนที่จะเป็นค่าคงที่การยับยั้ง?
- เนื่องจากสารยับยั้งสร้างพันธะโควาเลนต์ที่เสถียรแทนที่จะถึงสมดุลการจับ ความแรงจึงถูกวัดด้วยความเร็วที่เอนไซม์ถูกยับยั้ง ซึ่งสรุปได้ด้วยค่าคงที่อัตราอันดับสอง kinact/Ki
- อะไรทำให้สารยับยั้งแบบอาศัยกลไก (suicide inhibitor) มีความจำเพาะ?
- มันไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีจนกว่ากลไกเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์เป้าหมายเองจะเปลี่ยนให้เป็นสารที่ทำปฏิกิริยาได้ในตำแหน่งเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นมันจึงยับยั้งเอนไซม์ที่ประมวลผลมันเป็นพิเศษ