Semua tindak balas biokimia yang berlaku di dalam badan adalah tertakluk kepada kawalan khusus, yang dijalankan melalui kesan pengaktifan atau perencatan pada enzim pengawalseliaan. Yang terakhir ini biasanya terletak pada permulaan rantaian transformasi metabolik dan sama ada memulakan proses pelbagai peringkat atau memperlahankannya. Beberapa tindak balas tunggal juga tertakluk kepada peraturan. Perencatan kompetitif ialah salah satu mekanisme utama untuk mengawal aktiviti pemangkin enzim.
Apakah itu perencatan?
Mekanisme pemangkinan enzimatik adalah berdasarkan pengikatan tapak aktif enzim kepada molekul substrat (kompleks ES), mengakibatkan tindak balas kimia dengan pembentukan dan pembebasan produk (E+S=ES=EP=E+P).
Rencatan enzim ialah pengurangan kadar atau penghentian sepenuhnya proses pemangkinan. Dalam lebih sempitpengertian, istilah ini bermaksud penurunan dalam pertalian pusat aktif untuk substrat, yang dicapai dengan mengikat molekul enzim kepada bahan perencat. Yang terakhir boleh bertindak dalam pelbagai cara, berdasarkannya ia dibahagikan kepada beberapa jenis, yang sepadan dengan mekanisme perencatan dengan nama yang sama.
Jenis perencatan utama
Menurut sifat proses, perencatan boleh terdiri daripada dua jenis:
- Tidak dapat dipulihkan - menyebabkan perubahan berterusan dalam molekul enzim, menghalangnya daripada aktiviti berfungsi (yang terakhir tidak dapat dipulihkan). Ia boleh sama ada khusus atau tidak khusus. Perencat mengikat kuat pada enzim melalui interaksi kovalen.
- Boleh Balik - jenis utama pengawalan negatif enzim. Ia dijalankan disebabkan oleh perlekatan khusus perencat yang boleh diterbalikkan kepada protein enzim oleh ikatan bukan kovalen yang lemah, boleh diterima oleh keterangan kinetik mengikut persamaan Michaelis-Menten (dengan pengecualian peraturan alosterik).
Terdapat dua jenis utama perencatan enzim boleh balik: kompetitif (mungkin dilemahkan dengan meningkatkan kepekatan substrat) dan tidak kompetitif. Dalam kes kedua, kadar pemangkinan maksimum yang mungkin berkurangan.
Perbezaan utama antara perencatan berdaya saing dan tidak berdaya saing terletak pada tempat melekatnya bahan pengawalselia kepada enzim. Dalam kes pertama, perencat mengikat terus ke tapak aktif, dan dalam kes kedua, ke tapak lain enzim, atau ke kompleks enzim-substrat.
Terdapat juga jenis perencatan campuran, di mana pengikatan kepada perencat tidak menghalang pembentukan ES, tetapi melambatkan pemangkinan. Dalam kes ini, bahan pengawal selia adalah dalam komposisi kompleks berganda atau tiga kali ganda (EI dan EIS). Dalam jenis yang tidak kompetitif, enzim hanya mengikat ES.
Ciri perencatan kompetitif boleh balik enzim
Mekanisme perencatan persaingan adalah berdasarkan persamaan struktur bahan pengawalseliaan dengan substrat. Akibatnya, kompleks pusat aktif dengan perencat terbentuk, secara konvensional ditetapkan sebagai EI.
Rencatan persaingan boleh balik mempunyai ciri berikut:
- mengikat kepada perencat berlaku di tapak aktif;
- penyahaktifan molekul enzim boleh diterbalikkan;
- kesan perencatan boleh dikurangkan dengan meningkatkan kepekatan substrat;
- perencat tidak menjejaskan kadar maksimum pemangkinan enzimatik;
- kompleks EI boleh terurai, yang dicirikan oleh pemalar pemisahan yang sepadan.
Dengan jenis peraturan ini, perencat dan substrat nampaknya bersaing (bersaing) antara satu sama lain untuk mendapatkan tempat di pusat aktif, maka nama proses itu.
Akibatnya, perencatan kompetitif boleh ditakrifkan sebagai proses perencatan boleh balik pemangkinan enzimatik, berdasarkan pertalian khusus tapak aktif untuk bahan perencat.
Mekanisme tindakan
Penambatanperencat dengan tapak aktif menghalang pembentukan kompleks enzim-substrat yang diperlukan untuk pemangkinan. Akibatnya, molekul enzim menjadi tidak aktif. Walau bagaimanapun, pusat pemangkin boleh mengikat bukan sahaja kepada perencat, tetapi juga kepada substrat. Kebarangkalian pembentukan satu atau kompleks lain bergantung kepada nisbah kepekatan. Jika terdapat lebih banyak molekul substrat dengan ketara, maka enzim akan bertindak balas dengannya lebih kerap berbanding dengan perencat.
Pengaruh pada kadar tindak balas kimia
Tahap perencatan pemangkinan semasa perencatan kompetitif ditentukan oleh berapa banyak enzim akan membentuk kompleks EI. Dalam kes ini, adalah mungkin untuk meningkatkan kepekatan substrat sehingga ke tahap yang peranan perencat akan diganti, dan kadar pemangkinan akan mencapai nilai maksimum yang mungkin sepadan dengan nilai Vmaksmengikut persamaan Michaelis-Menten.
Fenomena ini disebabkan oleh pencairan kuat perencat. Akibatnya, kebarangkalian molekul enzim mengikatnya berkurangan kepada sifar, dan pusat aktif bertindak balas hanya dengan substrat.
Kebergantungan kinetik tindak balas enzim yang melibatkan perencat kompetitif
Rencatan kompetitif meningkatkan pemalar Michaelis (Km), yang sama dengan kepekatan substrat yang diperlukan untuk mencapai ½ kadar pemangkinan maksimum pada permulaan tindak balas. Jumlah enzim yang secara hipotesis mampu mengikat substrat kekal malar, manakala bilangan ES-kompleks bergantung hanya pada kepekatan yang terakhir (kompleks EI tidak tetap dan boleh disesarkan oleh substrat).
Rencatan kompetitif enzim mudah ditentukan daripada graf pergantungan kinetik yang dibina untuk kepekatan substrat yang berbeza. Dalam kes ini, nilai Km akan berubah, manakala Vmaks akan kekal malar.
Dengan perencatan bukan persaingan, sebaliknya adalah benar: perencat mengikat di luar pusat aktif dan kehadiran substrat tidak boleh menjejaskan ini dalam apa cara sekalipun. Akibatnya, beberapa molekul enzim "dimatikan" daripada pemangkinan, dan kadar maksimum yang mungkin berkurangan. Walau bagaimanapun, molekul enzim aktif boleh dengan mudah mengikat substrat pada kedua-dua kepekatan rendah dan tinggi substrat. Oleh itu, pemalar Michaelis kekal malar.
Graf perencatan kompetitif dalam sistem koordinat songsang berganda ialah beberapa garis lurus yang bersilang dengan paksi-y pada titik 1/Vmaks. Setiap garis lurus sepadan dengan kepekatan substrat tertentu. Titik persilangan yang berbeza dengan paksi absis (1/[S]) menunjukkan perubahan dalam pemalar Michaelis.
Tindakan perencat kompetitif pada contoh malonat
Contoh tipikal perencatan kompetitif ialah proses mengurangkan aktiviti suksinat dehidrogenase, enzim yang memangkinkan pengoksidaan asid suksinik (suksinat) kepada asid fumarik. Di sini sebagai perencatbertindak malonat, mempunyai persamaan struktur dengan suksinat.
Menambahkan perencat pada medium menyebabkan pembentukan kompleks malonat dengan suksinat dehidrogenase. Ikatan sedemikian tidak menyebabkan kerosakan pada tapak aktif, tetapi menghalang kebolehcapaiannya kepada asid suksinik. Meningkatkan kepekatan suksinat mengurangkan kesan perencatan.
Penggunaan perubatan
Tindakan banyak ubat, yang merupakan analog struktur substrat beberapa laluan metabolik, perencatan yang merupakan bahagian penting dalam rawatan penyakit, adalah berdasarkan mekanisme perencatan kompetitif.
Sebagai contoh, untuk meningkatkan pengaliran impuls saraf dalam distrofi otot, ia diperlukan untuk meningkatkan tahap asetilkolin. Ini dicapai dengan menghalang aktiviti hidrolisis asetilkolinesterasenya. Inhibitor ialah bes ammonium kuaterner yang merupakan sebahagian daripada ubat (proresin, endrophonium, dll.).
Antimetabolit dibezakan kepada kumpulan khas, yang, sebagai tambahan kepada kesan perencatan, mempamerkan sifat-sifat pseudosubstrat. Dalam kes ini, pembentukan kompleks EI membawa kepada pembentukan produk anomali lengai biologi. Antimetabolit termasuk sulfonamides (digunakan dalam rawatan jangkitan bakteria), analog nukleotida (digunakan untuk menghentikan pertumbuhan sel tumor kanser), dsb.
