Конкурентное ингибирование аналогами субстрата

Классический вариант конкуретного ингибирования проявляется при взаимодействии ингибитора с активным центром фермента. Струк­тура аналога субстрата, действующего как ингиби­тор – I, обычно сходна со структурой самого субстрата. Поэтому ингибитор может обратимо связываться с ферментом, образуя вместо комплекса [ ES ] фермент-ингибиторный комплекс [ EI ]. Если в реакционной смеси одновременно присутствуют субстрат и ингибитор указанного типа, они конку­рируют за один и тот же центр связывания в активном центре фермента. Один из наиболее подробно изученных примеров конкурентного ингибирова­ния –ингибирование сукцинат-дегидрогеназы малоновой кислотой, которая конкурирует с субстратом фермента – сукцинатом (^–ООС–СН₂–СН₂–СОО^–) за один и тот же активный центр.

Сукцинат-дегидрогеназа катализирует образова­ние фумаровой кислоты за счет отщепления атомов водо­рода от каждого из двух a-углеродных атомов сукцината. Малоновая кислота (^–ООС–СН₂–СОО^–), выступающая в роли ингибитора способна связываться с ферментом, образуя комплекс [ EI ]. От единственного С_a-атома малоната отщепле­ние атома водорода невозможно. Поэтому образующийся комплекс [ EI ] может только распадаться на свободный фермент и ингибитор.

Для этой обратимой реакции связывания ингибитора с ферментом:

константа диссоциации (константа ингибирования) комплекса фермент-ингибитор, К_I, равна:

Действие конкурентных ингибиторов можно представить в виде следующей схемы:

Как упоминалось выше, скорость образования продукта зависит только от концентрации комплекса [ ES ]. Пред­положим, что I очень прочно связывается с фермен­том (величина K_I мала). Тогда количество свободного фермен­та [ E ], который мог бы связывать S, образуя комплекс [ ES ] с распадом последнего на E + Р, будет весьма мало. Таким образом, скорость реакции, т.е. скорость образова­ния Р будет мала. При той же концентрации слабо связывающегося ингиби­тора (величина K_I велика) катализируемая реакция существен­но не замедлится. Предположим теперь, что при фиксированной концентрации ингибитора, I, концентрация субстрата растет. Это по­вышает вероятность образования комплекса [ ES ] по сравнению с концентрацией комплекса [ EI ]. С увеличением отно­шения [ ES ]/[ EI ] будет расти и скорость ре­акции. При достаточно высокой концентрации S концентрация комплекса [ EI ] станет исчезающе малой. Но тогда скорость катализируемой реакции будет такой же, как и в отсутствие I.