Nekompetitivní inhibice
Nekompetitivní inhibice je druh inhibice, při které se inhibitor váže na enzym stejně silně, ať už je nebo není vázaný na substrát;[1] tím se liší od kompetitivní inhibice, kdy se schopnost substrátu navázat se na enzym za přítomnosti inhibitoru snižuje.
Inhibitor se může navázat při navázaném i nenavázaném substrátu; pokud má přitom k jednomu ze stavů enzymu vyšší afinitu než v jiném, jedná se o smíšenou inhibici.[1]
Historie
Leonor Michaelis během své práce jako lékař získal laboratoř a v následujících pěti letech vydal přes 100 článků, kde jako první zkoumal různé druhy inhibice; konkrétně používal fruktózu a glukózu jako inhibitory maltázy, enzymu štěpícího molekulu maltózy na dvě molekuly glukózy; na základě výsledků svých experimentů rozlišil nekompetitivní a kompetitivní inhibici. Zjistil, že inhibice nastává po navázání inhibitoru na enzym.[2]
Podobně jako řada dalších vědců té doby zkoumali Leonor Michaelis a Maud Menten reakci rozkládající sacharózu na fruktózu a glukózu;[2] enzymem zapojeným do této reakce je sacharáza.Při snaze o určení rychlosti zkoumané reakce odvodili rovnici, která ji popisuje jako závislou hlavně na koncentraci enzymu, závislost na koncentraci substrátu je slabší.[2][3] Základy pro tyto objevy vytvořili Adrian John Brown a Victor Henri.[4] Brown teoreticky popsal mechanismus enzymatických reakcí, ale neměl příslušná kvantitativní data.[4] Victor Henri výrazně přispěl k porozumění kinetice enzymů ve své doktorské práci, ale nezmínil důležitost koncentrace vodíkových iontů a mutarotaci glukózy. Cílem Henriho práce bylo porovnat své znalosti enzymatických reakcí se známými pravidly fyzikální chemie.[2] Henri jako první odvodil rovnici později známou jako rovnice Michaelise-Mentenové. Pomocí glukózy a fruktózy v reakcích řízených maltázou a sacharázou dokázal Leonor Michaelis jako první rozlišit různé druhy inhibice, a to s využitím pH, které v Henriho době nebylo známo.[2]
V průběhu své práce na určení rychlosti reakce prozkoumal Michaelis Henriho zjištění, že použité enzymy mohou mít určitou afinitu k oběma produktům reakce, fruktóze i glukóze.[2][3] Pomocí Henriho metod Michaelis a Menten jeho model zdokonalili. Zjistili, že při nekompetitivní (smíšené) inhibici se mění hodnota kcat (aktivity katalyzátoru), zatímco u kompetitivní se mění rychlost (V).[2] Experimenty byly silně zaměřené na vliv pH.[2] Sacharáza se nachází v kvasinkách a katalyzuje hydrolýzu sacharózy na glukózu a fruktózu; tento enzym byl použit, protože je snadno dostupný a experimenty s ním lze provádět rychle. Sacharóza v polarimetru vykazuje optickou otáčivost doprava, zatímco vzniklý invertní cukr je levotočivá, což zkoumání reakce usnadňuje. Zjistili i, že α-D-glukóza vzniklá při reakcích katalyzovaných sacharázou je nestálá a samovolně se přeměňuje na β-D-glukózu,[4] čímž objevili mutarotaci.
Názvosloví
Zatímco všechny nekompetitivní inhibitory se navazují na alosterická místa enzymů (tedy mimo aktivní místa), tak ne všechny inhibitory vázající se na alosterická místa jsou nekompetitivní;[1] alosterické inhibitory mohou být kompetitivní, nekompetitivní, nebo akompetitivní.[1]
Mechanismus
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/55/Non-competitive_inhibition.svg/220px-Non-competitive_inhibition.svg.png)
Při nekompetitivní inhibici se v daném okamžiku na enzym může navázat jak substrát, tak i inhibitor. Při navázání inhibitoru a substrátu se ze vzniklého komplexu enzym-substrát-inhibitor nemůže vytvořit produkt a může dojít pouze k přeměně na komplex enzym-substrát nebo enzym-inhibitor. Od smíšené inhibice se nekompetitivní liší tím, že inhibitor má stejnou afinitu k volnému enzymu jako ke komplexu enzym-substrát.
Jednou z reakcí glykolýzy je přeměna pyruvátu na fosfoenolpyruvát katalyzovaná pyruvátkinázou. Z pyruvátu také vzniká aminokyselina alanin. která rovněž dokáže inhibovat pyruvátkinázu. Alanin je nekompetitivní inhibitor, navazuje se mimo aktivní místo.[5]
Dalším případem je inhibice hexokinázy v mozku glukóza-6-fosfátem. Uhlíky 2 a 4 v glukóza-6-fosfátu mají hydroxylové skupiny, které se navazují na enzym společně s fosfátem na 6. uhlíku. Substrát se navazuje jinými skupinami. Schopnost glukóza-6-fosfátu navázat se ve stejné době na jiné místo dz něj činí nekompetitivní inhibitor.[6]
Nejčastější mechanismus nekompetitivní inhibice je založen na vratném navázání inhibitoru na alosterické místo, ale vyskytují se i jiné, například přímá vazba na aktivní místo, kdy ale, na rozdíl od kompetitivní inhibice, navázání inhibitoru neznemožňuje navázání substrátu (a naopak), ale pouze po určitý čas brání vzniku produktu.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/aa/Lineweaver-Burke_plot_non-competitive_inhibition.svg/220px-Lineweaver-Burke_plot_non-competitive_inhibition.svg.png)
Tento druh inhibice snižuje maximální rychlost reakce bez patrné změny afinity substrátu k enzymu (Kmapp). Po přidání nekompetitivního inhibitoru se změní Vmax, ale hodnota Km zůstane stejná. Podle Lineweaverova-Burkova grafu se za přítomnosti nekompetitivního inhibitoru Vmax sníží, což se v grafu projeví změnou sklonu i polohy průsečíku s osou y.[7]
Hlavním rozdílem mezi kompetitivní a nekompetitivní inhibicí je, že kompetitivní inhibice ovlivňuje schopnost navázání substátu navázáním inhibitoru místo něj. Při nekompetitivní inhibici se inhibitor naváže na alosterické místo a zabrání přeměně komplexu enzym-substrát na konečný produkt, což nezmění Km (afinitu) enzymu vůči substrátu. Od akompetitivní inhibice se nekompetitivní odlišuje tím, že stále umožňuje vázání substrátu na komplex enzym-inhibitor za tvorby komplexu enzym-substrát-inhibitor, což u akompetitivní inhibice nenastává, protože je při ní napojení substrátu znemožněno změnami konformace po navázání inhibitoru.
Rovnice
Za přítomnosti nekompetitivního inhibitou je zdánlivá afinita enzymu rovna skutečné, K app
m = Km. Tento stav je důsledkem Le Chatelierova principu, protože inhibitor je na enzym a komplex enzym-substrát navázán rovnoměrně a je tak udržována rovnováha. Protože je však části enzymu znemožněno se přeměňovat substrát na produkt, tak se účinná koncentrace enzymu snižuje.
Platí že:
Reference
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Non-competitive inhibition na anglické Wikipedii.
- ↑ a b c d J. Strelow; W. Dewe; P. W. Iversen; H. B. Brooks; J. A. Radding; J. McGee; J. Weidner. Assay Guidance Manual. [s.l.]: Eli Lilly & Company and the National Center for Advancing Translational Sciences, 2004. Dostupné online. PMID 22553872. Kapitola Mechanism of Action Assays for Enzymes.
- ↑ a b c d e f g h A. Cornish-Bowden. One hundred years of Michaelis–Menten kinetics. Perspectives in Science. 2015, s. 3-9. DOI 10.1016/j.pisc.2014.12.002.
- ↑ a b L. Michaelis; M. M. Menten. The kinetics of invertin action. 1913. FEBS Letters. 2013, s. 2712-2720. DOI 10.1016/j.febslet.2013.07.015. PMID 23867202.
- ↑ a b c A. Cornish-Bowden. The origins of enzyme kinetics. FEBS Letters. 2013, s. 2725-2730. DOI 10.1016/j.febslet.2013.06.009. PMID 23791665.
- ↑ J. M. Berg; J. L. Tymoczko; L. Stryer. The Glycolytic Pathway Is Tightly Controlled. Biochemistry. 2002. Dostupné online.
- ↑ R. K. Crane; A. Sols. The non-competitive inhibition of brain hexokinase by glucose-6-phosphate and related compounds. Journal of Biological Chemistry. 1954, s. 597-606. Dostupné online. DOI 10.1016/S0021-9258(18)65385-2. PMID 13211596.
- ↑ G. L. Waldrop. A qualitative approach to enzyme inhibition. Biochemistry and Molecular Biology Education. 2009, s. 11-15. DOI 10.1002/bmb.20243. PMID 21567682.