Активаторы и ингибиторы
Каталитическая функция ферментов зависит от влияния различных веществ, одни из которых повышают скорость реакций, а другие – понижают. В соответствии с воздействием на фермент все вещества можно разделить на активаторы и ингибиторы.
Активаторы – вещества, повышающие активность ферментов. Они способны защищать ферменты от агрессивных химических воздействий. В ряде случаев, например, свободный цистеин защищает сульфгидрильные (SH-) группы цистеиновых остатков фермента от окисления. Mg2+ - активирует реакции с участием АДФ и АТФ.
Ингибиторы – вещества, угнетающие действие ферментов. Механизм их действия состоит в том что ингибитор вступает в соединение с ферментом, образуя неактивный ингибитор-фермент комплекс вместо комплекса фермент-субстрат, что приводит к блокированию фермента.
Ингибирование может быть неспецифическим и специфическим.
При неспецифическом ингибировании наблюдается действие солей тяжелых металлов (Pb2+; Hg2+; Cd2+), тонина; CCl3COOH на белковые молекулы, которые образуют с белками нерастворимые осадки, вызывая их осаждение. Его могут вызывать также концентрированные кислоты и щелочи, органические растворители.
Действие специфических ингибиторов основано на специфическом связывании с определенными группами в активном центре фермента. Например, СО (окись углерода) специфически ингибирует ряд окислительных ферментов, соединенных в активном центре Fe или Cu. Они вступают во взаимодействие с металлами, блокируют активный центр.
Ингибирование может быть обратимым и необратимым.
При необратимом ингибировании ингибитор ковалентно соединяется с ферментом или связывается очень прочно. Примером может служить действие нервно-паралитических газов на ацетилхолинэстеразу, играющую важную роль в пердаче нервных импульсов. При этом ингибитор приводит к необратимому изменению структуры фермента и его инактивации, являясь денатурирующим агентом. Необратимые ингибиторы - это сильные кислоты, щелочи, спирт, цианиды и т.д.
Примером обратимого ингибирования служит конкурентное ингибирование. В качестве конкурентных ингибиторов могут выступать соединения близкие по структуре к субстрату, обладающие иногда большим сродством к ферменту, чем субстрат. Они занимают место в активном центре фермента, блокируя его. Этот тип ингибирования является обратимым. Чем выше концентрация субстрата, тем меньше сказывается действие ингибитора. Например, малоновая кислота COOH-CH2-COOH – конкурентный ингибитор сукцинатдегидрогеназы, субстратом которой является янтарная кислота (сукцинат) COOH- CH2 -CH2-COOH.
Частным случаем конкурентного ингибирования является субстратное ингибирование. Оно наблюдается при слишком высоких концентрациях субстрата. В этом случае активный центр фермента блокируется за счет того, что одновременно несколько молекул пытаются с ним связаться.
Неконкурентное ингибирование. В этом случае ингибитор соединяется с ферментом не по активному центру, при этом меняется конфигурация всей молекулы фермента, в том числе и активного центра, ингибируя его (снижая его активность). Например, HCN действует на железосодержащие ферменты, осуществляющие перенос электронов при окислительно-восстановительных реакциях. Тяжелые металлы действуют путем присоединения по тиоловым группам ферментов. Их действие не снимается добавлением субстрата.
Часто активаторы и ингибиторы называют эффекторами.
Эффекторы – химические соединения, влияющие на ход ферментативных реакций. Они могут быть активаторами («+» эффекторами) или ингибиторами («-» эффекторами).