Влияние ингибиторов на кинетику ферментативных реакций

Вещества, присутствие которых в системе понижает активность фермента, то есть уменьшает скорость реакции, называются ингибиторами.

Эффект ингибирования может происходить по разным причинам.

1. Ингибитор I конкурирует с субстратом за активный центр, так как по строению близок к нему и является псевдосупстратом, образуя с ферментом неактивный комплекс:

Е + I=ЕI.

Константа диссоциации комплекса ЕI называется константой ингибирования:

.

Начальная скорость реакции в присутствии ингибитора всегда меньше, чем в его отсутствие.

Если при увеличении концентрации субстрата в растворе активность фермента восстанавливается, такое ингибирование называется конкурентным.

Предельное значение скорости не зависит от присутствия ингибитора:

. (5.50)

Уравнение Михаэлиса – Ментена в присутствии ингибитора в этом случае имеет вид:

, (5.51)

где

, (5.52)

эффективная константа, зависящая от и .

Если и , то скорость реакции ингибирования будет равна .

Выражение для константы ингибирования выразим из (5.52):

. (5.53)

Таким образом, для определения К_I , кроме ,необходимо знать эффективную константу реакции в присутствии ингибитора и константу Михаэлиса в его отсутствие. и можно найти, решая задачу графическим методом, например в координатах Лайнуивера – Берга ( ) для случая процесса с ингибитором и без ингибитора. Константу ингибирования можно рассчитать по уравнению (5.53) или определить непосредственно из графика, так как отношение тангенсов угла наклона прямых в точке пересечения с осью ординат равно .

2. Ингибитор не конкурирует с субстратом за активный центр, так как присоединяется к другой части молекулы белка с образованием неактивных комплексов (EI и ESI), имеющих константы равновесия:

(5.54)

Наличие ингибитора в этом случае приводит к снижению активности фермента, но не изменяет его сродство к субстрату.

Если достигается обратимость ингибирования, то есть восстановление активности фермента под действием отличных от субстрата веществ, такое ингибирование называется неконкурентным.

Если оба комплекса (EI и ESI) неактивны, то есть не дают продукта, а константы их диссоциации близки между собой ( ), то это равносильно дополнительному условию: ингибитор не мешает взаимодействию субстрата с ферментом, но уменьшает скорость реакции из-за неактивности образующихся комплексов на поверхности фермента.

В этом случае константа Михаэлиса остается постоянной величиной, а изменяется максимальная скорость процесса:

(5.55)

Уравнение Михаэлиса – Ментена в этом случае запишется как

. (5.56)

Если и , то скорость реакции ингибирования будет равна .

Выражение для константы ингибирования получим из (5.55):

. (5.57)

Линеаризация уравнения (5.56) и обработка экспериментальных данных для неконкурентного ингибирования в координатах позволяет определить и зная .

3. При бесконкурентном ингибировании образуется один не активированный комплекс (ESI) с константой равновесия

. (5.58)

Уравнение Михаэлиса – Ментена в этом случае запишется как

, (5.59)

где

. (5.60)

В этом случае эффективная константа отличается от значения для конкурентного ингибирования, но эффективная скорость выражается уравнением, аналогичным для не конкурентного ингибирования.

Линеаризация уравнения (5.59) и обработка экспериментальных данных для неконкурентного ингибирования в координатах позволяет определить постоянные и зная c_I⁰.