Ингибиторы

В ферментативном катализе ингибиторами называют вещества, которые подавляют каталитическую активность ферментов. Их действие основано на том, что они зачастую вступают во взаимодействие с активным центром фермента, в результате чего возникают изменения, ухудшающие скорость ферментативной реакции. Ингибиторы делятся на два основных класса – обратимых и необратимых. Различить тип ингибирования можно путём удаления ингибитора из среды по восстановлению исходной ферментативной активности. Зачастую ингибиторами ферментов являются сильные яды или лекарственные препараты.

Зависимость концентрации активного фермента от времени при необратимом ингибировании имеет экспоненциальный вид в случае, когда концентрация ингибитора намного превосходит концентрацию фермента: . В случае, когда концентрация ингибитора соизмерима или меньше концентрации фермента, зависимость будет иметь более сложный вид [1].

Обратимое ингибирование подразделяют на следующие типы:

1) полное конкурентное ингибирование – в этом случае ингибитор может связываться только с исходным ферментом, но не фермент-субстратным комплексом, уравнение скорости принимает вид:

где E₀ – исходная концентрация фермента, S₀ – исходная концентрация субстрата, i – концентрация ингибитора, K_i – константа ингибирования, K_S – константа связывания субстрата.

2) полное неконкурентное ингибирование – в этом случае ингибитор взаимодействует как с исходным ферментом, так и фермент-субстратным комплексом, уравнение скорости принимает вид:

3) бесконкурентное ингибирование – в этом случае ингибитор может связываться только с фермент-субстратным комплексом, уравнение скорости принимает вид:

Тип того или иного обратимого ингибирования может быть определён графически в двойных обратных координатах, полученных при использовании разных концентраций ингибиторов. Для установления константы ингибирования могут применяться различные методы, самым простым из которых является метод Диксона в координатах обратная скорость – концентрация ингибитора [2].

Существуют и более сложные случаи частичного и смешанного ингибирования, а также ингибирование с нелинейной кинетикой. Кроме того, возможно проявление эффектов ингибирования за счёт взаимодействия ингибиторов с молекулами субстрата, кофермента, кофактора и т.д.

Помимо указанных типов ингибирования возможно возникновение ингибирующих эффектов субстратом или продуктом реакции в случаях их высокой концентрации. Считается, что в случае субстрата происходит связывание с ферментом более одной молекулы, при этом образуется неэффективный фермент-субстратный комплекс. В результате этого зависимость скорости реакции от концентрации субстрата будет иметь вид кривой с максимумом. Ингибирование продуктом характерно для комплексов ферментов, катализирующих многостадийные реакции. Зачастую это вызывается связыванием конечного продукта всего процесса с ферментом начальной стадии. В этом случае конечный продукт выступает в роли конкурентного ингибитора первого фермента. Кроме того, ингибирование продуктом может наблюдаться для ферментов, для которых характерно проявление активности в обратном направлении при данных условиях.

Рекомендуемая литература

1. Варфоломеев С.Д. (2005) Химическая энзимология. М.: Академия, 480 с.

2. Диксон М., Уэбб Э. (1982) Ферменты. М.: Мир, 1120 с.