12. Inhibitory aktywności enzymatycznej

Enzymy to związki białkowe ułatwiające przebieg wielu procesów biochemicznych w organizmach żywych. Dzięki ich obecności znacznie obniża się próg energii potrzebnej do zainicjowania i przeprowadzenia reakcji.

Inhibicja enzymatyczna polega na obniżaniu aktywności i szybkości katalizy enzymów. Kinetykę procesów katalitycznych enzymu przedstawia model Michaelisa- Menten.

Aktywność wielu enzymów może być hamowana przez różne typy inhibitorów. Inhibicja taka może być odwracalna lub nieodwracalna. Ostatnia ma miejsce wtedy, gdy cząsteczki inhibitora wiążą się z enzymem trwale przez połączenie kowalencyjne, co doprowadza do sytuacji zablokowania aktywności danej cząsteczki enzymu na stałe. Inhibicja odwracalna polega na chwilowym związaniu się miejsca aktywnego enzymu z cząsteczką inhibującą.

Typy inhibicji odwracalnej:

1. Inhibicja kompetycyjna- w inhibicji kompetycyjnej inhibitor i substrat współzawodniczą o miejsce aktywne cząsteczki enzymu. Związanie przez enzym cząsteczki inhibitora uniemożliwia związanie substratów i kompleks enzym-inhibitor (EI) jest enzymatycznie nieaktywny (inhibitor kompetycyjny zmniejsza liczbę wolnych miejsc aktywnych dostępnych dla cząsteczek substratów). Zazwyczaj cząsteczka inhibitora kompetycyjnego jest strukturalnie bardzo podobna (lub ma podobny motyw bezpośrednio wiążący się do centrum aktywnego) do prawdziwego substratu dla określonego enzymu. W inhibicji kompetycyjnej maksymalna szybkość reakcji (V_max) nie zmienia się i może być osiągnięta poprzez zwiększenie stężenia substratów, które przezwycięży inhibicję.

2. Inhibicja niekompetycyjna- w tym wypadku cząsteczka inhibitora może się wiązać z enzymem niezależnie od substratu (to znaczy, że nie konkuruje z nim o miejsce aktywne w enzymie, bo przyłącza się do innego miejsca w cząsteczce enzymu). Tak więc inhibitor powoduje tutaj zmniejszenie liczby obrotów cząsteczki enzymu, a nie ograniczenie liczby dostępnych dla cząsteczek substratu miejsc aktywnych.

Wiązanie cząsteczek inhibitora jest niezależne od wiązania cząsteczek substratu, więc tego rodzaju inhibicji nie da się przezwyciężyć zwiększając stężenie substratu (wartość V_max zmienia się).

3. inhibicja mieszana- to bardziej skomplikowany rodzaj inhibicji podobny do niekompetycyjnej. Tutaj inhibitor wpływa zarówno na stopień sprawności wiązania przez enzym cząstek substratu, jak i na liczbę obrotów enzymu.

Inhibicja nieodwracalna- w tym przypadku inhibitorami mogą być jony metali ciężkich, które wiążąc się z cząsteczkami enzymów powodują nieodwracalne ich zablokowanie. Najczęściej wiążące się jony to: Cu, Pb, Hg, Ag. Szczególnie podatne na wiązanie jonów metali ciężkich są grupy sulfhydrylowe (-SH); metal może się również wbudować w mostek disiarczkowy.

W wielu reakcjach inhibitory biorą udział w mechanizmie regulacji aktywności enzymatycznej na drodze sprzężenia zwrotnego. Jeśli enzym produkuje jedną substancję ponad potrzeby komórki, to ta substancja może stać się inhibitorem dla tego enzymu, co zmniejsza lub całkowicie hamuje jego aktywność, co z kolei zmniejsza stężenie produktu. Taka regulacja jest formą ujemnego sprzężenia zwrotnego. Enzymy, które poddane są tego typu regulacji, to często układy wielopodjednostkowe, posiadające kilka miejsc aktywnych dla substancji regulatorowych. Dla takich enzymów, wykres prędkości katalizowanej reakcji w zależności od stężenia substratu, nie ma przebiegu hiperbolicznego, ale sigmoidalny.

Również duży wpływ na aktywność enzymów mają temperatura i pH środowiska, w którym działają. Enzymy to specyficzne cząsteczki działające najwydajniej w optymalnych warunkach temperaturowych i optymalnym odczynie środowiska (wartości tych parametrów są uzależnione od rodzaju enzymu i katalizowanej reakcji). Tak więc w przypadku odchyleń od wartości optymalnych te czynniki mogą stać się inhibitorami reakcji enzymatycznej (a w przypadku dużych odstępstw od optimum mogą nawet inaktywować enzym, czyli niszczyć jego strukturę).

---