Ингибитор фермента
-
Ингибиторы ферментов
- Молекулы, связывающиеся с ферментами и блокирующие их активность
- Ферменты ускоряют химические реакции, связывая субстрат с активным центром
- Ингибиторы могут связываться обратимо или необратимо
-
Типы ингибиторов
- Необратимые ингибиторы образуют химическую связь с ферментом
- Обратимые ингибиторы связываются нековалентно и могут покидать фермент
- Обратимые ингибиторы могут связываться с ферментом, комплексом фермент-субстрат или обоими компонентами
-
Роль ингибиторов
- Ингибиторы контролируют активность ферментов в клетках
- Ингибиторы предотвращают избыточную выработку метаболитов и поддерживают клеточный гомеостаз
- Ингибиторы используются в медицине для лечения заболеваний и патогенов
-
Структурные классы ингибиторов
- Низкомолекулярные ингибиторы включают первичные и вторичные метаболиты
- Белки, такие как серпины и ингибиторы рибонуклеаз, также являются ингибиторами
- Зимогены содержат аутоингибирующий пептид, блокирующий активность фермента
-
Механизм ингибирования
- Ингибиторы могут связываться с активным центром или удаленным участком фермента
- Ортостерические ингибиторы предотвращают связывание субстрата
- Аллостерические ингибиторы изменяют конформацию фермента
-
Обратимые ингибиторы
- Обратимые ингибиторы связываются с ферментом нековалентно
- Обратимые ингибиторы подразделяются на конкурентные, неконкурентоспособные, неконкурентоспособные и смешанные
- Конкурентные ингибиторы конкурируют с субстратом за активный центр
- Неконкурентоспособные ингибиторы связываются только с фермент-субстратным комплексом
- Неконкурентоспособные ингибиторы снижают активность фермента, но не влияют на связывание субстрата
- Смешанные ингибиторы сочетают конкурентное и неконкурентное ингибирование
-
Количественное описание
- Конкурентное ингибирование уменьшается с увеличением концентрации субстрата
- Неконкурентное ингибирование остается неизменным с увеличением концентрации субстрата
- Антиконкурентное ингибирование увеличивается с увеличением концентрации субстрата
-
Обратимое ингибирование ферментов
- Ингибиторы могут связываться с ферментом или комплексом фермент-субстрат.
- Конкурентные ингибиторы увеличивают Km, но не влияют на Vmax.
- Неконкурентные ингибиторы снижают как Km, так и Vmax.
- Ингибиторы смешанного типа влияют на связывание с субстратом и катализ.
-
Классификация ингибиторов
- Ингибиторы классифицируются как конкурентные, неконкурентные или смешанные.
- Разделение основано на влиянии на Km и Vmax.
-
Перестановка уравнения Михаэлиса-Ментена
- Уравнение можно переписать, чтобы учесть различные степени ингибирования.
- Включение дельта-Vmax позволяет учитывать остаточную ферментативную активность.
-
Константы диссоциации
- Ингибитор характеризуется константой диссоциации Ki.
- Ki’ — константа диссоциации для комплекса фермент-субстрат.
- Ki’ трудно измерить, но можно оценить косвенно.
-
Влияние ингибиторов на активность
- Ингибиторы могут влиять на Km и Vmax, изменяя сродство фермента к субстрату.
- Графики Лайнвивера-Бурка и другие методы помогают визуализировать влияние ингибиторов.
-
Особые случаи ингибирования
- Частично конкурентное ингибирование снижает Vmax, но не влияет на Km.
- Ингибирование субстрата или продукта может быть конкурентным, неконкурентным или смешанным.
- Медленно-тугое ингибирование требует более сложного анализа констант скорости включения и выключения.
-
Мультисубстратные аналоговые ингибиторы
- Высокоаффинные селективные ингибиторы для ферментов с несколькими субстратами
- Пример: TGDDF, ингибитор GAR TFase
- Образуются в клетках из пролекарств и лигандов
-
Примеры ингибиторов
- Ингибиторы дигидрофолатредуктазы (DHFR)
- Ингибиторы протеазы, такие как ритонавир и типранавир
- Ингибиторы переходного состояния, например, осельтамивир
-
Необратимые ингибиторы
- Ковалентно связываются с ферментом, не могут быть легко отменены
- Примеры: DFP, DFMO
- Не инактивируют все белки, действуют специфически
- Используются значения kobs/[I] для характеристики эффективности
-
Измерение необратимых ингибиторов
- Образуют обратимый комплекс с ферментом, затем ковалентный комплекс
- Скорость инактивации (kinact) зависит от времени инкубации
- Используются масс-спектрометрия и пептидный массовый фингерпринтинг
-
Медленное связывание
- Обратимые ингибиторы могут быть практически необратимыми
- Примеры: метотрексат, аллопуринол, ацикловир
-
Суицидальное ингибирование
- Фермент превращает ингибитор в реактивную форму
- Пример: DFMO, ингибитор биосинтеза полиамина
-
Необратимое ингибирование ферментов
- Ингибиторы могут связываться с ферментом более чем одним способом
- Пример: трипанотионредуктаза Trypanosoma cruzi
-
Природные ингибиторы ферментов
- Регулируют метаболические процессы
- Примеры: хинакриновая горчица, барназид
-
Искусственные ингибиторы ферментов
- Используются в медицине, инсектицидах, гербицидах
- Примеры: малатион, глифосат, триклозан
-
Регуляция обмена веществ
- Ингибирование и активация ферментов регулируют метаболические пути
- Пример: гликолитический путь
-
Физиологическое ингибирование ферментов
- Примеры: ингибитор трипсина, барназид
-
Природные яды
- Включают вторичные метаболиты, пептиды, белки
- Примеры: паклитаксел, гликоалкалоиды, атропин
-
Наркотики
- Примеры: аспирин, иматиниб, силденафил
- Используются для лечения различных заболеваний
-
Антибиотики
- Ингибируют ферменты, необходимые для выживания бактерий
- Примеры: пенициллин, ванкомицин
-
Противовирусные препараты
- Ингибируют ферменты, необходимые для репликации вирусов
- Примеры: ингибиторы протеазы, обратной транскриптазы, нейраминидазы, терминазы
-
Пестициды
- Ингибируют ацетилхолинэстеразу
- Примеры: малатион, глифосат
-
Функции ацетилхолинэстеразы
- Расщепляет нейромедиатор ацетилхолин на ацетат и холин
- Большинство нейромедиаторов поглощаются, а не расщепляются
-
Ингибиторы ацетилхолинэстеразы
- Обратимые конкурентные ингибиторы используются в медицине и сельском хозяйстве
- Фосфорорганические пестициды необратимо ингибируют ацетилхолинэстеразу
-
Гербициды и их ингибиторы
- Гербицид глифосат ингибирует 3-фосфошикимат-1-карбоксивинилтрансферазу
- Другие гербициды ингибируют ацетолактатсинтазу, необходимую для производства аминокислот с разветвленной цепью
- Гербициды также ингибируют ферменты, необходимые для биосинтеза липидов и каротиноидов
-
Открытие и дизайн ингибиторов
- Новые лекарственные препараты разрабатываются на основе открытия новых ингибиторов ферментов
- Рациональный дизайн основан на имитации переходного состояния химической реакции
- Высокопроизводительный скрининг больших библиотек соединений для идентификации молекул hit
-
Оптимизация и тестирование ингибиторов
- Компьютерные методы прогнозирования ориентации связывания и сродства ингибитора
- Кристаллографические структуры фермента в комплексе ингибитор/фермент для оптимизации связывания
- Цикл тестирования и улучшения повторяется до получения достаточно мощного ингибитора