Общая характеристика процесса
В отличие от обратимых процессов, при необратимом ингибировании молекула ингибитора связывается с ферментом намертво. Образуется прочный комплекс, описываемый простым уравнением:
`E + I → E-I`
Главная особенность этого взаимодействия заключается в том, что каталитическая активность фермента уже не восстанавливается. Белок выходит из строя окончательно. В зависимости от того, куда именно присоединяется блокирующее вещество, выделяют два типа необратимых ингибиторов: специфические и неспецифические.
Специфические необратимые ингибиторы
Эти вещества действуют максимально прицельно: они блокируют строго определенные функциональные группы, которые находятся исключительно в активном центре фермента.
Классическим примером такого вещества является диизопропилфторфосфат (ДФФ). Он относится к группе специфических ингибиторов так называемых «сериновых» ферментов, ярким представителем которых служит химотрипсин.
Механизм действия ДФФ:
- Ингибитор проникает в активный центр фермента.
- Находит там гидроксильную группу (-OH), принадлежащую аминокислоте серину (именно этот остаток принимает непосредственное участие в катализе).
- Образует с ней прочную ковалентную связь, выделяя фтороводород.
Схема реакции выглядит следующим образом: > Фермент-CH₂-OH + ДФФ → Фермент-ДФФ + HF
В результате образуется неактивный диизопропилфторфосфат-химотрипсин. Каталитическая активность фермента падает до нуля, так как ключевой участник реакции — серин — надежно заблокирован.
Неспецифические необратимые ингибиторы
В отличие от специфических агентов, неспецифические ингибиторы не ограничиваются активным центром. Они образуют ковалентные связи с определенными химическими группами в любом участке белковой молекулы.
Типичный представитель этой группы — ацетат йода (йодацетат). Его мишенью служат сульфгидрильные группы (-SH), принадлежащие остаткам цистеина.
Механизм действия йодацетата:
- Реагент атакует любые доступные SH-группы белков, независимо от того, находятся они в активном центре или на периферии молекулы.
- Происходит ковалентная модификация (S-алкилирование), сопровождающаяся выделением йодоводорода.
- Массовое изменение структуры боковых радикалов приводит к нарушению конформации всей молекулы фермента.
Схема реакции: > Фермент-CH₂-SH + Йодацетат → Ацетилированный фермент (S-связанный) + HI
Изменение пространственной структуры молекулы неминуемо влечет за собой деформацию активного центра. Как следствие, сродство к субстрату может падать, а итоговым результатом становится выраженное снижение каталитической активности фермента.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие известные лекарственные препараты действуют по механизму необратимого ингибирования?
К известным лекарственным препаратам, действующим по механизму необратимого ингибирования, относятся аспирин и ниаламид.
- Аспирин — необратимо ингибирует фермент циклооксигеназу путем ацетилирования остатка серина в ее активном центре, что блокирует образование простагландинов и тромбоксанов.
- Ниаламид — вызывает необратимое ингибирование моноаминоксидазы, образуя прочные ковалентные связи с функциональными группами активного центра фермента.
К какой группе ядов относится диизопропилфторфосфат и какие симптомы вызывает его отравление?
Диизопропилфторфосфат относится к группе фосфорорганических ингибиторов и классифицируется как специфический ингибитор «сериновых» ферментов. При отравлении это вещество образует ковалентные связи с ацетилхолинэстеразой, необратимо блокируя ее активность. Это приводит к увеличению количества ацетилхолина в синаптической щели, поскольку он перестает разрушаться. Физиологически такой избыток медиатора вызывает повышенное сокращение гладких мышц, что проявляется в виде спазма.
Какие тяжелые металлы могут выступать в роли неспецифических необратимых ингибиторов?
В роли неспецифических необратимых ингибиторов могут выступать катионы тяжелых металлов, таких как ртуть, свинец и медь. Они инактивируют практически любой фермент, вызывая денатурацию белка. Ионы этих металлов (в частности, свинца и ртути) взаимодействуют с сульфгидрильными группами ферментов, образуя устойчивые соединения, что ведет к химической модификации и потере каталитической активности, а в итоге — к блокаде различных ферментных систем организма.
Специфический ДФФ бьёт точно в цель (ОН-группу серина в активном центре), а неспецифический йодацетат «стреляет» по всем доступным SH-группам цистеина в молекуле.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему необратимое ингибирование нельзя отменить?
Потому что между ингибитором и функциональными группами фермента образуется прочная ковалентная связь, которую невозможно разорвать в обычных физиологических условиях.
Чем специфический ингибитор отличается от неспецифического?
Специфический связывается строго с определенными группами в активном центре фермента. Неспецифический взаимодействует с подходящими группами (например, SH-группами) по всей поверхности белковой молекулы.
Какой фермент ингибируется диизопропилфторфосфатом (ДФФ)?
ДФФ ингибирует «сериновые» ферменты, например, химотрипсин. Он связывается с ОН-группой серина в активном центре.
Что ещё разобрать по теме
- Структура и механизм действия химотрипсина
- Особенности строения активного центра сериновых протеаз
- Роль сульфгидрильных (SH) групп цистеина в третичной структуре белков
- Влияние конформационных изменений на активность фермента
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Необратимое ингибирование ферментов» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Энзимология»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.