Пример необратимого ингибирования – ЛВ аспирин

Обратимое
I связывается с E нековалентными связями → [IE] легко распадается, активность E при этом восстанавливается

Конкурентное (изостерическое)
I - структурный аналог S
I связывается с активным центром E → между I и S возникает конкуренция за активный центр

Пример конкурентного ингибирования – торможение сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой

Для устранения действия конкурентного I необходимо увеличить концентрацию S или удалить I

Конкурентное ингибирование (1 – без I, 2 – с I) графически выражается с помощью кривой Михаэлиса (а) и прямой Лайнуивера-Берка (б):

Т.о.,
в присутствии конкурентного I Vmax реакции не меняется, а Кm увеличивается → сродство E к S уменьшается.

На принципе конкурентного ингибирования основано действие многих ЛВ, например, группа ацетилхолинэстеразных препаратов, являющихся конкурентными I АХЭ по отношению к S ацетилхолину: прозерин, физостигмин, эндофоний, севин и др.

Присоединение конкурентного I прозерина в акт.ц. АХЭ

Необратимо действуют фосфоорганические препараты: армин, нибуфин, хлорофос, зарин, зоман, фосфорилируя каталитический участок АХЭ

Сульфаниламид – структурный аналог парааминобензойной кислоты

Фолиевая кислота образуется в клетках бактерий, если они получают п-аминобензойную кислоту.
Сульфаниламиды ингибируют Е, у которых при синтезе фолиевой кислоты используется п-аминобензойная кислота

Эти Е могут использовать в качестве S сульфаниламиды → синтезируется не фолиевая кислота, а ее аналог, не способный выполнять функции кофермента →

→ в бактериальных клетках возникает недостаток фолиевой кислоты, нарушаются все реакции, в которых она участвует, и размножение бактерий становится невозможным

Неконкурентное (аллостерическое)
Это такое ингибирование, при котором I взаимодействует с Е не в активном центре (А), а в аллостерическом (R).
Связывание I с R приводит к изменению конформации А и ↓ способности связываться с S.

Неконкурентное ингибирование (1 – без I, 2 – с I) графически выражается с помощью кривой Михаэлиса (а) и прямой Лайнуивера-Берка (б):

Т.о.
под действием неконкурентного I Vmax уменьшается, а Кm не изменяется → сродство E к S остается без изменений

В роли регуляторов V ферментативных реакций наиболее часто выступают: гормоны, медиаторы, ионы металлов, коферменты, различные метаболиты и т.д.
Ингибиторами аллостерических ферментов являются часто конечные продукты (Р), а исходные (S) активаторами.

Активаторы ферментов
1. Ионы
K+, Na+, Mg2+, Mn2+, Co2+, Zn2+, Fe2+, Cl-, SO42-, PO43- и др.
Механизм их действия:
способствуют стабилизации А;
участвуют в образовании мостика между E и S.

2. Специфические агенты (н-р, HCl) и другие ферменты
Регуляция сводится к превращению проферментов (неактивных предшественников Е) в активные Е под влиянием специфических агентов или других ферментов-протеиназ.

Н-р, пепсиноген превращается в пепсин в результате ограниченного протеолиза:
под действием HCl отщепляется пептид, который затрудняет доступ S к A профермента → E переходит в активную форму - пепсин, к-рый действуя на пепсиноген, делает то же самое, но с большей скоростью (аутокатализ).

Активность некоторых Е может регулироваться с помощью химической модификации, н-р, путем фосфорилирования-дефорилирования:

3. Аллостерические активаторы
Связываются с R, в результате чего конформация E изменяется т.о., что она оптимально соответствует структуре S

4. Активаторы, способствующие объединению неактивных субъединиц E в активный надмолекулярный комплекс, имеющий четвертичную структуру

Изоферменты
Это различные молекулярные формы одного и того же фермента, катализирующие одну и ту же реакцию, отличающиеся вследствие генетических различий особенностями строения и физико-химическими свойствами (первичной структурой, электрофоретической подвижностью, Кm, локализацией в клетке).

Например, лактатдегидрогеназа (ЛДГ) имеет четвертичную структуру, содержит 2 типа субъединиц М и H (от heart - сердце). Путем комбинации этих двух субъединиц образуются 5 изоформ ЛДГ:

ЛДГ1 – НННН (Н4)
ЛДГ2 – НННМ (Н3М)
ЛДГ3 – ННММ (Н2М2)
ЛДГ4 – НМММ (НМ3)
ЛДГ5 – ММММ (М4)

ЛДГ на электрофореграмме в различных органах

Мультиэнзимные комплексы (МЭК) -
надмолекулярные ферментативные системы, состоящие из различных Е, катализирующих последовательные этапы одного метаболического пути. Отдельные компоненты этих комплексов связаны между собой и функционируют только совместно.

т.е.
МЭК – это группа Е, катализирующая последовательное превращение S:
А → В → С → D и т.д.
Е1 Е2 Е3

Существует несколько видов МЭК, в основе организации которых лежит единство:
1 – функциональное
2 – структурно-функциональное
3 – смешанный тип

1
Отдельные Е объединены в полиферментную систему. Н-р, гликолиз: S1 → P1(S2) → P2 (S3) →... → P
Е1 Е2 Е11
Каждая реакция катализируется отдельным Е и каждый из P является S следующего Е

2
Е образуют структурные системы с определенной функцией при помощи Е-Е взаимодействий. Н-р, полиферментный комплекс – пируватдегидрогеназа, состоящий из 3-х E и 5 коферментов, участвующих в окислении ПВК

Пируватдегидрогеназный комплекс

синтетаза высших жирных кислот, состоящая из 7 структурно связанных Е, в целом выполняющих общую функцию – синтез жирных кислот.

3
Представляет комбинацию обоих типов организации. Н-р, цикл Кребса, в котором часть Е объединена в α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс (2), а другая часть соединена функционально (1)

Биологическое значение
Образуется «молекулярный конвейер», благодаря которому:
значительно сокращается расстояние, на которое переносятся субстраты;
Е работают более согласованно;
облегчается регуляция Е;
значительно экономится энергия.

Медицинская энзимология
Энзимопатология
Энзимодиагностика
Энзимотерапия

Энзимопатология изучает наследственные или приобретенные дефекты ферментных систем – энзимопатии. Различают энзимопатии:
1 – первичные (наследственные)
2 – вторичные (приобретенные), наблюдающиеяся при всех болезнях

Н-р, 1:
Фенилкетонурия – заболевание, при котором отсутствует Е гидроксилаза, превращающая фенилаланин в тирозин. В результате накапливается фен и продукты его метаболизма, повреждающие нервную систему новорожденного ребенка → олигофрения (слабоумие)

Энзимодиагностика заключается в постановке диагноза заболевания на основе определения активности Е в биологических жидкостях

Например:
При инфаркте миокарда увеличивается содержание ферментов ЛДГ1 и ЛДГ2, аспартатаминотрансферазы.
При вирусном гепатите увеличивается содержание ЛДГ4 и ЛДГ5

Энзимотерапия – использование ферментов в качестве лекарственных средств.
Имеет много ограничений вследствие высокой иммуногенности ферментов.

Имеет следующие направления:
Заместительная терапия – использование ферментов в качестве лечебных препаратов в случае их недостаточности (пепсин, панкреатин)

Использование в качестве дополнительных терапевтических средств
(н-р, различные гидролитические ферменты для ускорения заживления ран – пепсин, трипсин, ДНК-азы, РНК-азы, гиалуронидазы)

Трудности в использовании ферментов:
нестабильность
антигенные свойства
практически невозможность доставки к клеткам-мишеням

Для увеличения стабильности Е их связывают с различными инертными носителями (целлюлоза, крахмал).
Для снижения антигенных свойств используют микрокапсулы (н-р, липосомы), тени эритроцитов (эритроцитарные молекулы без содержимого)

Для направленного действия Е на мишень, на поверхности микрокапсулы прикрепляют векторную молекулу антитела, которое взаимодействует только со специфическим антигеном на поверхности клетки-мишени

Ферменты широко используются для определения содержания различных веществ в биологических жидкостях
Н-р, с помощью иммуноферментного анализа (ИФА)