Бие махбодид тохиолддог бүх биохимийн урвалууд нь зохицуулах ферментийг идэвхжүүлэх эсвэл дарангуйлах нөлөөгөөр тодорхой хяналтанд байдаг. Сүүлийнх нь ихэвчлэн бодисын солилцооны гинжин хэлхээний эхэнд байрладаг бөгөөд олон үе шаттай үйл явцыг эхлүүлж эсвэл удаашруулдаг. Зарим нэг хариу үйлдэл нь мөн зохицуулалтад хамаарна. Өрсөлдөөнт дарангуйлал нь ферментийн катализаторын үйл ажиллагааг зохицуулах гол механизмуудын нэг юм.
Дарангуйлах гэж юу вэ?
Ферментийн катализын механизм нь ферментийн идэвхтэй хэсгийг субстратын молекул (ES цогцолбор)-той холбоход суурилдаг бөгөөд үүний үр дүнд бүтээгдэхүүн үүсэх, ялгарах (E+S=ES) бүхий химийн урвал явагдана.=EP=E+P).
Ферментийн үйл ажиллагааг дарангуйлах нь хурдыг бууруулах эсвэл катализын үйл явцыг бүрэн зогсоох явдал юм. Илүү нарийханЭнэ нэр томъёо нь ферментийн молекулуудыг дарангуйлагч бодисуудтай холбох замаар олж авдаг субстраттай идэвхтэй төвийн ойр дотно байдал буурах гэсэн үг юм. Сүүлийнх нь янз бүрийн аргаар үйлчилж болох бөгөөд үүний үндсэн дээр ижил нэртэй дарангуйлах механизмд тохирсон хэд хэдэн төрөлд хуваагддаг.
Дарангуйллын үндсэн төрлүүд
Үйл явцын шинж чанараар дарангуйлал нь хоёр төрлийн байж болно:
- Эргэшгүй - ферментийн молекулын байнгын өөрчлөлтийг үүсгэж, түүний функциональ үйл ажиллагааг алдагдуулдаг (сүүлийнх нь сэргээгдэх боломжгүй). Энэ нь тодорхой эсвэл өвөрмөц бус байж болно. Дарангуйлагч нь ковалент харилцан үйлчлэлээр ферменттэй хүчтэй холбогддог.
- Урвах боломжтой - ферментийн сөрөг зохицуулалтын үндсэн төрөл. Энэ нь Михаэлис-Ментенийн тэгшитгэлийн дагуу кинетикийн тодорхойлолтод нийцэхуйц сул ковалент бус холбоогоор ферментийн уурагтай ингибиторыг буцаах өвөрмөц хавсралтаар гүйцэтгэдэг (аллостерийн зохицуулалтаас бусад).
Урвуу ферментийг дарангуйлах хоёр үндсэн төрөл байдаг: өрсөлдөх чадвартай (субстратын концентрацийг нэмэгдүүлснээр сулардаг) ба өрсөлдөх чадваргүй. Сүүлчийн тохиолдолд катализын хамгийн дээд хурд буурна.
Өрсөлдөөнт ба өрсөлдөөнгүй дарангуйллын гол ялгаа нь зохицуулах бодисыг ферменттэй холбосон газарт оршдог. Эхний тохиолдолд дарангуйлагч нь идэвхтэй газартай шууд холбогддог бол хоёр дахь тохиолдолд ферментийн өөр газар эсвэл фермент-субстратын цогцолбортой холбогддог.
Дарангуйлагчтай холбогдох нь ES үүсэхээс сэргийлдэггүй, харин катализыг удаашруулдаг холимог төрлийн дарангуйлал байдаг. Энэ тохиолдолд зохицуулагч бодис нь давхар буюу гурвалсан цогцолборын (EI ба EIS) найрлагад байдаг. Өрсөлдөх чадваргүй төрөлд фермент нь зөвхөн ES-тэй холбогддог.
Ферментийн урвуу өрсөлдөөнт дарангуйллын онцлог
Дарангуйлах өрсөлдөөнт механизм нь зохицуулалтын бодис нь субстраттай бүтцийн ижил төстэй байдалд суурилдаг. Үүний үр дүнд дарангуйлагчтай идэвхтэй төвийн цогцолбор үүсдэг бөгөөд үүнийг уламжлалт ёсоор EI гэж нэрлэдэг.
Урвуу өрсөлдөөнт дарангуйлал нь дараах онцлогтой:
- дарангуйлагчтай холбогдох нь идэвхтэй хэсэгт үүсдэг;
- ферментийн молекул идэвхгүй болох нь буцах боломжтой;
- субстратын концентрацийг нэмэгдүүлэх замаар дарангуйлах нөлөөг бууруулж болно;
- ингибитор нь ферментийн катализын дээд хурдад нөлөөлдөггүй;
- EI цогцолбор задрах боломжтой бөгөөд энэ нь харгалзах диссоциацийн тогтмолоор тодорхойлогддог.
Ийм төрлийн зохицуулалтаар дарангуйлагч болон субстрат нь идэвхтэй төвд байрлахын төлөө бие биетэйгээ өрсөлдөж (өрсөлдөж) байгаа нь процессын нэр болсон юм.
Үүний үр дүнд өрсөлдөөнт дарангуйллыг дарангуйлагч бодистой идэвхтэй сайтын өвөрмөц хамааралд үндэслэн ферментийн катализыг дарангуйлах урвуу үйл явц гэж тодорхойлж болно.
Үйл ажиллагааны механизм
Тетерингидэвхтэй сайттай дарангуйлагч нь катализ хийхэд шаардлагатай фермент-субстратын цогцолбор үүсэхээс сэргийлдэг. Үүний үр дүнд ферментийн молекул идэвхгүй болдог. Гэсэн хэдий ч катализаторын төв нь зөвхөн дарангуйлагч төдийгүй субстраттай холбогдож чаддаг. Нэг буюу өөр цогцолбор үүсэх магадлал нь концентрацийн харьцаанаас хамаарна. Хэрэв илүү олон субстратын молекул байгаа бол фермент нь дарангуйлагчтай харьцуулахад илүү олон удаа урвалд орох болно.
Химийн урвалын хурдад үзүүлэх нөлөө
Өрсөлдөөнт дарангуйлах үед катализыг дарангуйлах зэрэг нь ферментийн хэр их хэмжээгээр EI-цогцолбор үүсгэхээс хамаарна. Энэ тохиолдолд дарангуйлагчийн үүрэг солигдохоор субстратын концентрацийг нэмэгдүүлэх боломжтой бөгөөд катализийн хурд нь Vmax утгатай тохирч болох хамгийн дээд хэмжээнд хүрнэ. Майклис-Ментенийн тэгшитгэлийн дагуу.
Энэ үзэгдэл нь дарангуйлагчийг хүчтэй шингэрүүлсэнтэй холбоотой. Үүний үр дүнд ферментийн молекулууд түүнтэй холбогдох магадлал тэг болж буурч, идэвхтэй төвүүд зөвхөн субстраттай урвалд ордог.
Өрсөлдөгч дарангуйлагчтай холбоотой ферментийн урвалын кинетик хамаарал
Өрсөлдөөнт дарангуйлал нь Майклисын тогтмолыг (Km) ихэсгэдэг бөгөөд энэ нь урвалын эхэн үед катализын дээд хурдыг ½ болгоход шаардагдах субстратын концентрацтай тэнцүү юм. Субстраттай холбогдох боломжтой ферментийн хэмжээ тогтмол хэвээр байхад ES-ийн тооцогцолборууд нь зөвхөн сүүлчийнх нь концентрацаас хамаарна (EI цогцолборууд нь тогтмол биш бөгөөд субстратаар нүүлгэж болно).
Ферментийн өрсөлдөөнт дарангуйллыг субстратын янз бүрийн концентрацид зориулан бүтээсэн кинетик хамаарлын графикаас тодорхойлоход хялбар байдаг. Энэ тохиолдолд Km утга өөрчлөгдөх ба Vmax тогтмол хэвээр байх болно.
Өрсөлдөөнгүй дарангуйлах үед эсрэгээрээ: дарангуйлагч нь идэвхтэй төвөөс гадуур холбогддог ба субстрат байгаа нь үүнд ямар ч байдлаар нөлөөлөхгүй. Үүний үр дүнд ферментийн зарим молекулууд катализаас "унтрааж", боломжит хурд нь буурдаг. Гэсэн хэдий ч идэвхтэй фермент молекулууд нь субстратыг бага ба өндөр концентрацид амархан холбож чаддаг. Тиймээс Михаэлийн тогтмол нь тогтмол хэвээр байна.
Давхар урвуу координатын систем дэх өрсөлдөөнт дарангуйллын графикууд нь у тэнхлэгийг 1/Vmax цэгт огтолж буй хэд хэдэн шулуун шугамууд юм. Шулуун шугам бүр нь субстратын тодорхой концентрацид тохирно. Абсцисса тэнхлэгтэй огтлолцох өөр цэгүүд (1/[S]) нь Михаэлис тогтмолын өөрчлөлтийг харуулж байна.
Малонатын жишээн дээр өрсөлдөх чадвартай дарангуйлагчийн үйлдэл
Өрсөлдөөнт дарангуйллын ердийн жишээ бол сукциний хүчил (сукцинат) -ийг фумарины хүчилд исэлдүүлдэг фермент болох сукцинатдегидрогеназын идэвхийг бууруулах үйл явц юм. Энд дарангуйлагч болносукцинаттай бүтцийн хувьд ижил төстэй малонатын үйлдэл.
Орчинд дарангуйлагч нэмэхэд сукцинатдегидрогеназатай малонатын нэгдэл үүсдэг. Ийм холбоо нь идэвхтэй сайтыг гэмтээхгүй, харин сукцины хүчилд нэвтрэх боломжийг хаадаг. Сукцинатын концентрацийг нэмэгдүүлэх нь дарангуйлах нөлөөг бууруулдаг.
Эмнэлгийн хэрэглээ
Бодисын солилцооны зарим замуудын субстратын бүтцийн аналог болох олон эмийн үйлдэл нь өвчний эмчилгээний зайлшгүй хэсэг болох дарангуйлал нь өрсөлдөөнийг дарангуйлах механизм дээр суурилдаг.
Жишээ нь, булчингийн эмгэгийн үед мэдрэлийн импульсийн дамжуулалтыг сайжруулахын тулд ацетилхолины түвшинг нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Энэ нь түүний гидролизийн ацетилхолинэстеразын үйл ажиллагааг дарангуйлснаар хүрдэг. Дарангуйлагчид нь эмийн нэг хэсэг болох дөрөвдөгч аммонийн суурь юм (прорезин, эндрофони гэх мэт).
Антиметаболитууд нь дарангуйлах нөлөөнөөс гадна псевдосубстратын шинж чанарыг харуулдаг тусгай бүлэгт хуваагддаг. Энэ тохиолдолд ОҮ-ийн цогцолбор үүсэх нь биологийн идэвхгүй хэвийн бус бүтээгдэхүүн үүсэхэд хүргэдэг. Метаболитийн эсрэг бодисуудад сульфаниламидууд (нянгийн халдварыг эмчлэхэд ашигладаг), нуклеотидын аналогууд (хорт хавдрын эсийн өсөлтийг зогсооход ашигладаг) гэх мэт орно.
