7. Enzim moduláció. Irreverzibilis inhibíció. Reverzibilis inhibíciók. Szubsztrát inhibíció. Flashcards
Mi az enzimmoduláció
Kémiai anyagok (modulátor vagy effektor) az enzimhez kötődve megváltoztatják a katalítikus aktivitását:
- -> aktivátor: kat. sebesség növekszik, foka: epsilon: Ea = va - v0/v0
- -> inhibítor: csökkenti az enzimaktivitást, foka Ei = v0 - vi/v0
Milyen lehet a létrejött EI vagy EA kapcsolat?
reverzibilis,
részlegesen reverzibilis,
irreverzibilis
Az enzim aktivitást befolyásolhatja még..
- fémionok (ionos és kelát (= egy központi atomhoz több ligandum kapcsolódik kötéssel) formában)
- Modulátor molekulák (inhibítor, aktivátor)
- Fehérje kovalens módosítása:
- - foszforilezés
- - glikozilálás
- - proteolízis
Irreverzibilis inhibíció enzimmérgei
- nehézfémek (Hg –> SH csoportok jelenlétének bizonyítására is használják) és cianid ionok
- idegmérgek (pl.: sarin)
–> vagy: malathion, ethyl parathion (szerves foszfát peszticidek)
Irreverzibilis inhibíció, sémája (egyenlete) és diagramja
EI < E + I + S <> ES > E + P
mintha E mennyisége csökkenne
diagram az irreverzibilis és reverzibilis inhibícióról
Reverzibilis inhibíció
Az inhibítor dinamikus komplexet képez az enzimmel
Fajtái:
Kompetitív –> vmax - Km nő
Nem-kompetitív –> vmax csökken Km -
Unkompetitív –> vmax csökken Km csökken
Kevert –> vmax csökken Km nő
Komplett és Parciális (részleges) inhibíció
- Komplett inhibíció: lineáris –> teljes aktivitás vesztés (Dixon féle ábrázolás)
- Részleges: hiperbolikus inhibíció –> aktivitás egy része megmarad
- Kompetitív inhibíció inhibítorai, fajtái
Inhibítorok lehetnek: az enzim által nem átalakítható –> szubsztrátanalógok, szubsztrátszármazékok, alternatív szubsztrátok, enzim termékei
vagy szerkezetileg sem hasonlít a S-ra
inhibíció fajtái:
- klasszikus: szerkezeti hasonlóság az S és inhibítor között
- Sztérikus gátlás: az inhibítor lefedi a szubsztrát kötő helyet
- Sztérikus gátlás: Közös kötőhelyért versengenek S és I
- Átlapolás
- Kompetitív feedback inhibíció: végtermék gátlás, a termék kötődik az enzimhez –> konformációváltozást okoz
Kompetitív inhibíció egyenlete
E + P’ < EI <> E + I + S <> ES > E + P
k(ap) az alternatív termék keletkezésnél
ha k(ap) > 0 –> keletkezik alternatív termék, és I így egy alternatív szubsztrát
ha k(ap) = 0 –> dead end kompetitív inhibíció
rapid ekvilibrium mintára (mint a Michaelis-Menten egyenleteknél) felírhatunk egy egyenletet
A kompetitív inhibíció V-S ábrázolása, Kmi látszólagos Michaelis-állandóval
Kompetitív inhibíció Lineweaver-Burk-ábrázolása
Kompetitív inhibíció másodlagos ábrázolása: tg alfa - I
Mekkora I duplázza meg az inhibitor nélküli L-B egyenes meredekségét?
Adott S-nél melyik az az I, amelyik 50%-os inhibíciót okoz?
Kompetitív inhibíció példák
Alternatív szubsztrátok –> pl.: glükóz és fruktóz, az enzim hexokináz, hexóz-6-foszfát keletkezik mindkét esetben
S analógok: gyógyszerek –> D-alanin, cikloszerin (antibiotikum)
p-amino-benzoesav és szulfonamid (gyógyszer)
mindkét esetben a gyógyszer hatóanyaga verseng a S-al és kiszorítja azt, így a mikroba nem tud átalakulni, elpusztul
–> enzim: szukcinát-dehidrogenáz
szubsztrát: borostyánkősav (COOH)2 (CH2)2, inhibítor: malonsav (COOH)2 CH2
itt a termék: fumársav (COOH)2 (CH)2 is inhibítorrá válik
Kompetitív inhibíciók analóg egyenletei
- Kompetitív termékinhibíció
- Alternatív versengő szubsztrátok
Nem kompetitív inhibíció egyenletei
I máshova kötődik, mint S, nem befolyásolja, a S enzimhez való affinitását nem befolyásolja
rapid ekvilibrium körülményei között létezik Ks=Km
Nem kompetitív inhibíció példák
- Kimotripszin és H+ –> itt az aktív centrumban egy protonakceptor hely van, ez inhibiálható H+ ionokkal, (de a pH máshogy is befolyásolhatja a fehérjét)
- nehézfémek (-SH reagensek), cianidok –> bár ezek gyakran irreverzibilisek
- Almaszelet levegőn megbarnul –> enzim: katekin oxidáz –> a katekint oxidálja, o-kinonná
kompetitív inhibítor: p-hidroxi-benzoesav
nem kompetitív inhibítor: feniltiokarbamid –> rézionhoz kötődik, ami szükséges az enzimműködéshez
Unkompetitív inhibíció
Az enzimen csak az S bekötődése után alakul ki az I számára kötőhely –> I bekötődése konformációváltozással jár, ESI komplex stabil, nem keletkezik P
Unkompetitív inhibícióra példa
Nagyon ritka a természetben, mert nagyon erőteljes a hatása
–> Növények aromás aminosav előállításának gátlása:
enzim: ESPS-szintáz (5-enol-piruvilsikimát-3-foszfát-szintáz) –> sikiminsavból 5-enol-piruvilsikimát-3-foszfátot képez –> korizminsav képződne ebből
az inhibítor: Glyphosate (herbicid: gyomirtó növényvédőszer)
Kevert típusú inhibíció
Keq
Mint a nemkompetitív
I jelenléte módosítja S disszociációját az ESI komplexről
az eredő folyamat egyensúlyi állandója: Keq = 1/Ki*(alfa*Ks) = 1/Ks*(alfa*Ki)
Dixon-ábrázolás
1/v - I
Szubsztrát inhibíció esetei
- Egy S-nak legalább 2 vagy több helyen kell egy enzimhez kötődnie, hogy megfelelő termék jöjjön létre –> nagy S koncentráció esetén, két S kapcsolódhat egy egy kötőhelyhez –> inaktív komplex
pl. : szukcinát dehidrogenáz enzim –> borostyánkősavból nem tud így fumársav keletkezni - S olyan helyen kapcsolódik E-hez, ami nem az aktív hely része (nemkompetitív vagy unkompetitív i.)
- Az aktivátort S elvonhatja, ha kötést tud vele létesíteni
- 2 S-os reakciónál inaktív komplex, ha S1>>S2 esetén S1 bekötődik S2 helyére is
- Nagy S koncentráció aspecifikus módon gátolja a reakciót, növeli az ionerősséget
A szubsztrát inhibíció diagramjai
A Lineweaver–Burk-ábrázolás görbéje egy egyenes (nem inhibeált reakció) és egy hiperbola (inhibeált reakció) szuperpozíciója, amely kis szubsztrát-koncentrációknál átmegy a normális egyenesbe, tehát meghosszabbítása a neminhibeált esetnek megfelelő 1/Vmax értéket adja.
Szubsztrát inhibíció együttható ás állandó (a, b, c)
disszociációs állandók: b, c
kölcsönhatási együttható: a
Szubsztrát inhibíció miként értelmezhető?
Értelmezhető az unkompetitív inhibíció speciális eseteként is
Szubsztrát inhibíció kis és nagy S koncentrációnál
Kis S –> S/Ks tart 0-hoz –> M-M egyenletet kapjuk
Nagy S –> Ks elhanyagolható –> vmax hiperbolikusan csökken
Összefoglalás
- Mi az enzimmoduláció
- Milyen lehet az EI vagy EA kapcsolat (reverzibilis, irreverzibilis, részlegesen reverzibilis)
- Az enzim aktivitást befolyásolhatja (fémion, enzimmodulátor (aktivátor, inhibítor), fehérjemódosítás (proteolízis, foszforilezés, glikozilálás))
- Irreverzibilis inhibíció enzimmérgei (nehézfémek (Hg), cianidok, idegmérgek (sarin - acetilkolin-észterázt inaktiválja))
- v-E0 diagram az irreverzibilis, reverzibilis inhibícióról és kontrollról (inhibíció nélküli reakció)
- Reverzibilis inhibíció (dinamikus komplex E és I között) - kompetitív, nemkompetitív, unkompetitív, kevert
- Komplett (lineáris-Dixon féle) és Parciális (hiperbolikus) inhibíció
- Kompetitív inhibíció fajták (Sanalóg, alternatívS, Sszármazék, Etermék), kapcsolódási fajták
- Kompetitív inhibíció: alternatív termék keletkezik, k(ap) lehet nagyobb mint 0 vagy egyenlő (dead end)
- Kompetitív inhibíció ábrázolások: V-S, L-B, másodlagos ábrázolás (tg alfa - I),
számolások: egyenes meredekség megduplázása az inhibítor nélküli esethez képest, 50%-os inhibíció (vi/v) ezzel nem egyenlő
példák
analóg egyenletek (termék i., alternatív S)
- Nemkompetitív: rapid ekvilibrium körülményei között létezik, kétszeres meredekségnél, és 50%os inhibíciónál is I=Ki
példák
- Unkompetitív inhibíció: egyenlet formailag hasonló a kompetitív és nemkompetitívhez is
példák
- Kevert inhibíció: mint nemkompetitív, csak I az affinitást is befolyásolja, Km nő –> alfa bevezetése –> Keq = 1/alfa*Ks*Ki
szinte mindegyik másik levezethető ebből
- Dixon-féle ábrázolás (1/v-I)
- Szubsztrát inhibíció esetei
- b, c: disszociációs állandó, a: kölcsönhatási együttható
értelmezhető az unkompetitív inhibíciónak egy speciális eseteként is
kis S-nél –> M-M egyenlet és nagy S-nél –> vmax hiperbolikusan csökken
