Использование ингибиторов ферментов в качестве лекарственных средств

При воспаление поджелудочной железы панкреатите происходит преждевременная активация протеолотических ферментов, в частности трипсина. Активный трипсин вызывает протеолиз белков ткани поджелудочной железы и пронизывающих ее сосудов (самопереваривание). Одна из мер защиты поджелудочной железы от протеолитических действия синтезируемых ею ферментов присутствие в секрете железы небольшого белка пакреатическиго ингибитора трипсина(используют апротинин, является конкурентным ингибитором трипсина)

При миастении мышечная слабость используется препарат прзерин представляющий собой структурный аналог ацетилхолина. Мышечная миастения является аутоиммунным заболеванием, при котором у больных снижается количество рецепторов ацетилхолина на постсинаптической мембране и нарушается проведение нервного имульса. Прозеринвызывает временное обратимое ингибирование ацетилхолинэстеразы. Введение прозерина больным снижает скорость гидролиза ацетилхолина, повышает его концентрацию в синаптической щели, улучшает проведение нервного импульса и состояние больных. Концентрация ацетилхолина постепенно возрастает, и он как истинный субстрат вытесняет конкурентый ингибитор (прозерин) из активного центра фермента.

Вопрос № 18

Аллостерическая регуляция.Во многих строго биосинтетических реак-

циях основным типом регуляции скорости многоступенчатого фермента-

тивного процесса является ингибирование по принципу обратной

связи. Это означает, что конечный продукт биосинтетической цепи подав-

ляет активность фермента, катализирующего первую стадию синтеза,

которая является ключевой для данной цепи реакции. Поскольку конечный

продукт структурно отличается от субстрата, он связывается с аллостери-

ческим (некаталитическим) центром молекулы фермента, вызывая ингиби-

рование всей цепи синтетической реакции.

Предположим, что в клетках осуществляется многоступенчатый био-

синтетический процесс, каждая стадия которого катализируется собст-

венным ферментом:

Скорость подобной суммарной последовательности реакций в значи-

тельной степени определяется концентрацией конечного продукта Р,

накопление которого выше допустимого уровня оказывает мощное инги-

бирующее действие на первую стадию процесса и соответственно на

фермент E1.

Впервые существование подобного механизма контроля активности

ферментов метаболитами было обнаружено у Е.coli при исследовании

синтеза изолейцина и ЦТФ. Оказалось, что изолейцин, являющийся

конечным продуктом синтеза, избирательно подавляет активность треонин-

дегидратазы, катализирующей первую стадию последовательного процесса

превращения треонина в изолейцин, насчитывающего пять ферментативных

реакций:

Аналогично ЦТФ как конечный продукт биосинтетического пути оказы-

вает ингибирующий эффект на первый фермент (аспартаткарбамоилтран-

сферазу), регулируя тем самым свой собственный синтез (см. главу 13).

Этот тип ингибирования получил название ингибирования по принципу

обратной связи, или ретроингибирования. Существование его доказано

во всех живых организмах. В настоящее время он рассматривается как один

из ведущих типов регуляции активности ферментов и клеточного мета-

болизма в целом *.

существование регуляции как по типу ретроингибирования, так и макроэрги-

ческими соединениями – индикаторами энергетического состояния клетки.

Для амфиболических процессов уникальным типом регуляции, свойствен-

ным только им, является, кроме того, активация предшественником,

когда первый метаболит в многоступенчатом пути активирует фермент,

катализирующий последнюю стадию. Так, доказано активирующее влияние

глюкозо-6-фосфата, являющегося предшественником гликогена, на фермент

гликогенсинтазу.

Подобные типы ингибирования конечным продуктом и активирования

первым продуктом свойственны аллостерическим (регуляторным) фермен-

там, когда эффектор, модулятор, структурно отличаясь от субстрата,

связывается в особом (аллостерическом) центре молекулы фермента, прост-

ранственно удаленном от активного центра. Следует, однако, иметь в виду,

что модуляторами аллостерических ферментов могут быть как активаторы,

так и ингибиторы. Часто оказывается, что сам субстрат оказывает активи-

рующий эффект. Ферменты, для которых и субстрат, и модулятор пред-

ставлены идентичными структурами, носят название гомотропных в от-

личие от гетеротропных ферментов, для которых модулятор имеет

отличную от субстрата структуру. Взаимопревращение активного и неак-

тивного аллостерических ферментов в упрощенной форме, а также конфор-

мационные изменения, наблюдаемые при присоединении субстрата и эф-

фекторов, представлены на рис. 4.25. Присоединение отрицательного эф-

фектора к аллостерическому центру вызывает значительные изменения

конфигурации активного центра молекулы фермента, в результате чего

фермент теряет сродство к своему субстрату (образование неактивного

комплекса).

Это означает, что связывание одной молекулы субстрата облегчает связы-

вание второй молекулы в активном центре, способствуя тем самым увели-

чению скорости реакции. Кроме того, для аллостерических регуляторных

ферментов характерна нелинейная зависимость скорости реакции от кон-

центрации субстрата.

Другие типы регуляции активности ферментов.Абсолютное количество

присутствующего в клетке фермента регулируется временем его синтеза

и распада. К регуляторным механизмам могут быть отнесены также

конкуренция ферментов за общий субстрат, выключение активности одного

из изоферментов (у множественных форм ферментов), влияние концентра-

ций кофакторов и явление компартментализации. Механизм компарт-

ментализации метаболических процессов играет, по-видимому, важную

биологическую роль, пространственно разъединяя с помощью биомембран

ферменты со своими субстратами (например, лизосомальные ферменты:

протеиназы, фосфатазы, рибонуклеазы и другие гидролитические фермен-

ты – с цитоплазматическими веществами, на которые они действуют). Кро-

ме того, облегчая независимую регуляцию, этот механизм позволяет

разделить несовместимые в одном и том же месте (и, возможно, в одно и то

же время) метаболические процессы. Примером последних могут быть пути

синтеза высших жирных кислот, протекающие в основном в растворимой

фракции цитоплазмы, и пути распада (окисления) жирных кислот, сосре-

доточенные в митохондриях. Необходимо указать, однако, что при ком-

партментализации возникает проблема транспорта как метаболитов, так

и восстановительных эквивалентов через биомембраны субклеточных ор-

ганелл. Эту задачу решает так называемый челночный механизм, позво-

ляющий перевод метаболитов в формы, способные переходить через

мембраны, и обеспечивающий внутриклеточный гомеостаз.

В состав ферментов кроме активного центра может входить иной центр — аллостерический, к которому мо­гут присоединяться низкомолекулярные вещества и из­менять активность ферментов. Аллостерический (или регуляторный) центр — участок молекулы фермента, с которым связываются низкомолекулярные вещества-эффек­торы (активаторы или ингибиторы). Их структура отлич­на от структуры субстрата. Присоединяясь к аллостерическому центру, эти вещества (эффекторы) могут изме­нять третичную или четвертичную структуры молекулы фермента и соответственно структуру активного центра, вызывая увеличение или уменьшение его активности. Та­ким образом, связывание фермента с эффектором в одном участке белка вызывает изменение структуры и, следова­тельно, активности — в другом. Активаторы увеличивают активность ферментов, а ингибиторы уменьшают. Часто биохимический процесс состоит из нескольких стадий, которые катализируются своими ферментами. В таких системах есть хотя бы один фермент — регуляторный, который определяет скорость всей последовательности реакций. Регуляторные фермен­ты под действием эффекторов способны включать и вы­ключать целые цепи реакций метаболизма. Соединения, действующие как ингибиторы этих ферментов, обычно являются конечными продуктами всей цепи реакций. Систему регуляции этого типа, когда избыток продукта одной из последовательных реакций биохимического пути ингибирует активность фермента одной из ранних ста­дий, блокируя эту и все последующие стадии, называют ингибированием по типу обратной связи. Таким образом, накопление избытка продукта ведет к торможению его биосинтеза.

Вопрос № 19 Ковалентная модификация путём фосфорилирования и дефосфорилирования ,значение для регуляции актиности ферментов. Способы фосфорилирования белков .Значение протеинкиназ .        

 Протеинкиназы- группа ферментов, катализирующих перенос остатка фосфорной кислоты с АТФ на специфические ОН-группы аминокислотных остатков белков (вызывают фосфорилирование белков). Механизмы активации различных протеинкиназ неодинаковы. В качестве примера регуляции каталитической активности ферментов ассоциацией или диссоциацией протомеров можно привести регуляцию активности фермента ПротеинкиназыПротеинкиназа А (цАМФ-зависимая) состоит из 4 субъединиц 2 типов: 2 регуляторных (R) и 2 каталитических (С). Такой тетрамер не обладает каталитической активностью. Регуляторные субъединицы имеют участки связывания для циклического 3',5'-АМФ (цАМФ), по 2 на каждую субъединицу. Присоединение 4 молекул цАМФ к 2 регуляторным субъединицам приводит к изменению конформации регуляторных протомеров и к диссоциации тетрамерного комплекса, при этом высвобождаются 2 активные каталитические субъединицы.Такой механизм регуляции обратим. Отщепление молекул цАМФ от регуляторных субъединиц приведёт к ассоциации регуляторных и каталитических субъединиц протеинкиназы А с образованием неактивного комплекса

Вопрос № 20

Вопрос № 21