تخضع جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في الجسم لرقابة محددة ، والتي تتم من خلال التأثير التنشيطي أو المثبط على الإنزيمات التنظيمية. عادةً ما توجد الأخيرة في بداية سلاسل التحولات الأيضية وإما أن تبدأ عملية متعددة المراحل أو تبطئها. بعض ردود الفعل الفردية تخضع أيضًا للتنظيم. التثبيط التنافسي هو أحد الآليات الرئيسية للتحكم في النشاط التحفيزي للإنزيمات.
ما هو النهي؟
تعتمد آلية التحفيز الإنزيمي على ارتباط الموقع النشط للإنزيم بجزيء الركيزة (مجمع ES) ، مما يؤدي إلى تفاعل كيميائي مع تكوين وإطلاق المنتج (E + S=ES=EP=E + P)
تثبيط إنزيم هو انخفاض في معدل أو توقف كامل لعملية التحفيز. في أضيقبمعنى ، هذا المصطلح يعني انخفاض في ألفة المركز النشط للركيزة ، والذي يتحقق عن طريق ربط جزيئات الإنزيم بالمواد المثبطة. يمكن أن تعمل الأخيرة بطرق مختلفة ، والتي على أساسها تنقسم إلى عدة أنواع ، والتي تتوافق مع آليات التثبيط التي تحمل الاسم نفسه.
الأنواع الرئيسية للمثبط
حسب طبيعة العملية ، يمكن أن يكون التثبيط من نوعين:
- لا رجعة فيه - يسبب تغييرات مستمرة في جزيء الإنزيم ، مما يحرمه من النشاط الوظيفي (لا يمكن استعادة الأخير). يمكن أن تكون محددة أو غير محددة. المانع يرتبط بقوة بالإنزيم من خلال التفاعل التساهمي.
- قابل للعكس - النوع الرئيسي للتنظيم السلبي للأنزيمات. يتم إجراؤه بسبب الارتباط المحدد القابل للانعكاس للمثبط ببروتين الإنزيم بواسطة روابط ضعيفة غير تساهمية ، قابلة للوصف الحركي وفقًا لمعادلة Michaelis-Menten (باستثناء التنظيم الخيفي).
هناك نوعان رئيسيان من تثبيط الإنزيم العكسي: تنافسي (يمكن تخفيفه بزيادة تركيز الركيزة) وغير تنافسي. في الحالة الأخيرة ، ينخفض الحد الأقصى لمعدل الحفز.
يكمن الاختلاف الرئيسي بين التثبيط التنافسي وغير التنافسي في موقع ارتباط المادة التنظيمية بالإنزيم. في الحالة الأولى ، يرتبط المثبط مباشرة بالموقع النشط ، وفي الحالة الثانية ، إلى موقع آخر من الإنزيم ، أو بمركب الركيزة الإنزيمية.
هناك أيضًا نوع مختلط من التثبيط ، حيث لا يمنع الارتباط بالمثبط تكوين ES ، ولكنه يبطئ عملية التحفيز. في هذه الحالة ، تكون المادة المنظمة في تكوين مجمعات مزدوجة أو ثلاثية (EI و EIS). في النوع غير التنافسي ، يرتبط الإنزيم بـ ES فقط.
ميزات التثبيط التنافسي العكسي للإنزيمات
تعتمد الآلية التنافسية للتثبيط على التشابه الهيكلي للمادة التنظيمية مع الركيزة. نتيجة لذلك ، يتم تكوين معقد من المركز النشط مع المانع ، والذي يُشار إليه تقليديًا باسم EI.
التثبيط التنافسي العكسي يحتوي على الميزات التالية:
- يحدث الارتباط بالمثبط في الموقع النشط ؛
- تعطيل جزيء الإنزيم قابل للعكس ؛
- يمكن تقليل التأثير المثبط عن طريق زيادة تركيز الركيزة ؛
- لا يؤثر المانع على الحد الأقصى لمعدل التحفيز الأنزيمي ؛
- يمكن أن يتحلل مجمع EI ، والذي يتميز بثابت التفكك المقابل.
مع هذا النوع من التنظيم ، يبدو أن المانع والركيزة يتنافسان (يتنافسان) مع بعضهما البعض للحصول على مكان في المركز النشط ، ومن هنا جاء اسم العملية.
نتيجة لذلك ، يمكن تعريف التثبيط التنافسي على أنه عملية عكسية لتثبيط التحفيز الإنزيمي ، بناءً على التقارب المحدد للموقع النشط للمادة المثبطة.
آلية العمل
الربطيمنع المثبط ذو الموقع النشط تكوين مركب ركيزة إنزيم ضروري للحفز. نتيجة لذلك ، يصبح جزيء الإنزيم غير نشط. ومع ذلك ، يمكن أن يرتبط المركز الحفاز ليس فقط بالمثبط ، ولكن أيضًا بالركيزة. يعتمد احتمال تكوين مركب أو آخر على نسبة التركيزات. إذا كان هناك عدد أكبر بكثير من جزيئات الركيزة ، فإن الإنزيم سيتفاعل معها أكثر من المانع.
التأثير على معدل التفاعل الكيميائي
يتم تحديد درجة تثبيط الحفز أثناء التثبيط التنافسي من خلال مقدار الإنزيم الذي سيشكل معقدات EI. في هذه الحالة ، من الممكن زيادة تركيز الركيزة إلى الحد الذي يتم فيه استبدال دور المثبط ، وسيصل معدل التحفيز إلى أقصى قيمة ممكنة تقابل القيمة Vmaxوفقًا لمعادلة Michaelis-Menten.
ترجع هذه الظاهرة إلى التخفيف القوي للمثبط. نتيجة لذلك ، يتم تقليل احتمال ارتباط جزيئات الإنزيم به إلى الصفر ، وتتفاعل المراكز النشطة فقط مع الركيزة.
الاعتماد الحركي للتفاعل الأنزيمي الذي يتضمن مثبطًا تنافسيًا
يزيد التثبيط التنافسي من ثابت ميكايليس (Km) ، والذي يساوي تركيز الركيزة المطلوب لتحقيق ½ أقصى معدل للحفز في بداية التفاعل. تظل كمية الإنزيم القادر افتراضيًا على الارتباط بالركيزة ثابتة ، بينما يظل عدد ES-تعتمد المجمعات فقط على تركيز الأخير (مجمعات EI ليست ثابتة ويمكن إزاحتها بواسطة الركيزة).
من السهل تحديد التثبيط التنافسي للإنزيمات من الرسوم البيانية للاعتماد الحركي المصمم لتركيزات مختلفة من الركيزة. في هذه الحالة ، ستتغير قيمة Km، بينما ستبقى قيمة Vmaxثابتة.
مع التثبيط غير التنافسي ، يكون العكس هو الصحيح: يرتبط المثبط خارج المركز النشط ولا يمكن أن يؤثر وجود الركيزة على ذلك بأي شكل من الأشكال. نتيجة لذلك ، يتم "إيقاف" بعض جزيئات الإنزيم من التحفيز ، وينخفض الحد الأقصى للمعدل الممكن. ومع ذلك ، يمكن لجزيئات الإنزيم النشط أن ترتبط بسهولة بالركيزة بتركيزات منخفضة وعالية من الأخيرة. لذلك ، يظل ثابت ميكايليس ثابتًا.
الرسوم البيانية للتثبيط التنافسي في نظام الإحداثيات العكسية المزدوجة هي عدة خطوط مستقيمة تتقاطع مع المحور y عند النقطة 1 / Vmax. كل خط مستقيم يتوافق مع تركيز معين من الركيزة. نقاط التقاطع المختلفة مع محور الإحداثيات (1 / [S]) تشير إلى تغيير في ثابت ميكايليس.
عمل المانع التنافسي على مثال malonate
المثال النموذجي للتثبيط التنافسي هو عملية تقليل نشاط نازعة هيدروجين السكسينات ، وهو إنزيم يحفز أكسدة حمض السكسينيك (سكسينات) إلى حمض الفوماريك. هنا كمثبطأفعال malonate ، لها تشابه بنيوي مع السكسينات.
تؤدي إضافة مثبط إلى الوسط إلى تكوين مجمعات من malonate مع نازعة هيدروجين السكسينات. مثل هذه الرابطة لا تسبب ضررًا للموقع النشط ، ولكنها تمنع وصوله إلى حمض السكسينيك. زيادة تركيز السكسينات يقلل من التأثير المثبط.
الاستخدام الطبي
عمل العديد من الأدوية ، وهي نظائر بنيوية لركائز بعض المسارات الأيضية ، والتثبيط جزء ضروري من علاج الأمراض ، يقوم على آلية التثبيط التنافسي.
على سبيل المثال ، لتحسين توصيل النبضات العصبية في حالات الضمور العضلي ، من الضروري زيادة مستوى أستيل كولين. يتم تحقيق ذلك عن طريق تثبيط نشاط التحلل المائي لأسيتيل كولينستراز. المثبطات هي قواعد الأمونيوم الرباعية التي تشكل جزءًا من الأدوية (proresin ، endrophonium ، إلخ).
يتم تمييز Antimetabolites في مجموعة خاصة ، والتي ، بالإضافة إلى التأثير المثبط ، تظهر خصائص الركيزة الكاذبة. في هذه الحالة ، يؤدي تكوين مركب EI إلى تكوين منتج شاذ خامل بيولوجيًا. تشمل مضادات الأيض السلفوناميدات (المستخدمة في علاج الالتهابات البكتيرية) ، نظائر النيوكليوتيدات (تستخدم لوقف نمو الخلايا للورم السرطاني) ، إلخ.
