चिकित्सा में, यौगिकों को सक्रिय रूप से विकसित और उपयोग किया जा रहा है जो चयापचय प्रतिक्रियाओं की दर को विनियमित करने और शरीर में कुछ पदार्थों के संश्लेषण को कम करने के लिए एंजाइमों की गतिविधि को बदलते हैं।

आमतौर पर एंजाइम गतिविधि का निषेध कहा जाता है निषेधहालाँकि यह हमेशा सही नहीं होता है। अवरोधक वह पदार्थ है जो कारण बनता है विशिष्टएंजाइम गतिविधि में कमी. इस प्रकार, अकार्बनिक एसिड और भारी धातुएं अवरोधक नहीं हैं, लेकिन हैं निष्क्रियकर्ता, क्योंकि वे कई एंजाइमों की गतिविधि को कम करते हैं, अर्थात। कार्य अविशिष्ट.

वैज्ञानिक गतिविधियों में, निषेध प्रक्रियाओं के अधिक सटीक विवरण के लिए, माइकलिस-मेंटेन कैनेटीक्स और इसकी शर्तों का उपयोग किया जाता है - अधिकतम गति (Vmax) और माइकलिस स्थिरांक (किमी)।

एंजाइम निषेध

निषेध की दो मुख्य दिशाओं को प्रतिष्ठित किया जा सकता है

• अवरोधक को एंजाइम के बंधन की ताकत के आधार पर, अवरोध प्रतिवर्ती या अपरिवर्तनीय हो सकता है।
• एंजाइम के सक्रिय केंद्र में अवरोधक के अनुपात के आधार पर, निषेध को प्रतिस्पर्धी और गैर-प्रतिस्पर्धी में विभाजित किया गया है।

अपरिवर्तनीय अवरोध

अपरिवर्तनीय निषेध के साथ, इसकी गतिविधि की अभिव्यक्ति के लिए आवश्यक एंजाइम के कार्यात्मक समूहों का बंधन या विनाश होता है।

उदाहरण के लिए, कोई पदार्थ डायसोप्रोपाइल फ्लोरोफॉस्फेटएंजाइम की सक्रिय साइट में सेरीन के हाइड्रॉक्सी समूह से दृढ़ता से और अपरिवर्तनीय रूप से बांधता है एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़, तंत्रिका सिनैप्स पर एसिटाइलकोलाइन को हाइड्रोलाइज़ करना। इस एंजाइम का निषेध सिनैप्टिक फांक में एसिटाइलकोलाइन के टूटने को रोकता है, जिसके परिणामस्वरूप ट्रांसमीटर अपने रिसेप्टर्स पर कार्य करना जारी रखता है, जो अनियंत्रित रूप से कोलीनर्जिक विनियमन को बढ़ाता है।

इसी तरह, डायसोप्रोपाइल फ्लोरोफॉस्फेट काइमोट्रिप्सिन और अन्य प्रोटीज को रोकता है जिनमें सक्रिय साइट (सेरीन प्रोटीज) में सेरीन होता है।

डायसोप्रोपाइल फ्लोरोफॉस्फेट एक तंत्रिका जहर है; कार्बनिक फास्फोरस पदार्थ (सरीन, सोमन) एक समान तरीके से कार्य करते हैं। इसमें पदार्थ "मैलाथियान" भी शामिल है, जो कीटनाशकों (कार्बोफॉस, डाइक्लोरवोस) में शामिल है और कीड़ों के शरीर में एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ अवरोधक में बदल जाता है, और जानवरों और मनुष्यों के शरीर में हानिरहित उत्पादों में बदल जाता है।

एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ के अपरिवर्तनीय निषेध का तंत्र

एक अन्य उदाहरण में निषेध शामिल है एसिटाइलसैलीसिलिक अम्ल(एस्पिरिन) प्रोस्टाग्लैंडिंस के संश्लेषण में प्रमुख एंजाइम - साइक्लोऑक्सीजिनेज. यह एसिड सूजन-रोधी दवाओं का हिस्सा है और इसका उपयोग सूजन संबंधी बीमारियों और बुखार की स्थितियों के लिए किया जाता है। एंजाइम के सक्रिय केंद्र में सेरीन के हाइड्रॉक्सिल समूह में एक एसिटाइल समूह के जुड़ने से बाद वाला निष्क्रिय हो जाता है और प्रोस्टाग्लैंडीन संश्लेषण बंद हो जाता है।

साइक्लोऑक्सीजिनेज के अपरिवर्तनीय निषेध का तंत्र

अपरिवर्तनीय अवरोध का तीसरा महत्वपूर्ण उदाहरण एंटीबायोटिक का प्रभाव है पेनिसिलिनएंजाइम के लिए transpeptidase, जो जीवाणु कोशिका दीवार संश्लेषण में अंतिम चरण के रूप में पेप्टिडोग्लाइकन श्रृंखलाओं को क्रॉस-लिंक करता है।

प्रतिवर्ती निषेध

प्रतिवर्ती निषेध के साथ, एंजाइम के कार्यात्मक समूहों के साथ अवरोधक का कमजोर बंधन होता है, जिसके परिणामस्वरूप एंजाइम की गतिविधि धीरे-धीरे बहाल हो जाती है।

प्रतिवर्ती अवरोधक का एक उदाहरण है प्रोजेरिन, एंजाइम से जुड़ना एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़इसके सक्रिय केंद्र पर. एन्सेफलाइटिस, मेनिनजाइटिस और केंद्रीय तंत्रिका तंत्र की चोटों के बाद मायस्थेनिया ग्रेविस के लिए कोलिनेस्टरेज़ इनहिबिटर (प्रोज़ेरिन, डिस्टिग्माइन, गैलेंटामाइन) के एक समूह का उपयोग किया जाता है।

प्रतिस्पर्धी निषेध

इस प्रकार के निषेध के साथ, अवरोधक की संरचना एंजाइम सब्सट्रेट के समान होती है। इसलिए, यह सक्रिय साइट (संपर्क साइट के लिए) के लिए सब्सट्रेट के साथ प्रतिस्पर्धा करता है, जिससे एंजाइम के लिए सब्सट्रेट के बंधन में कमी आती है और कैटेलिसिस में व्यवधान होता है। यह प्रतिस्पर्धी निषेध की एक विशेषता है - सब्सट्रेट की एकाग्रता को बदलकर निषेध को मजबूत या कमजोर करने की क्षमता। इस निषेध के साथ अधिकतम प्रतिक्रिया गति बनी रहती हैअत्यंत प्राप्तसब्सट्रेट की उच्च सांद्रता बनाते समय।

उदाहरण के लिए:

1. ट्राईकार्बोक्सिलिक एसिड चक्र एंजाइम सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज का निषेध मैलोनिक एसिड, जिसकी संरचना इस एंजाइम के सब्सट्रेट की संरचना के समान है - स्यूसिनिक एसिड (स्यूसिनेट)।

सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज का प्रतिस्पर्धी निषेध

2. प्रतिस्पर्धी अवरोधकों में एंटीमेटाबोलाइट्स या भी शामिल हैं छद्म सब्सट्रेट्स, उदाहरण के लिए, जीवाणुरोधी एजेंट sulfonamides, संरचना में पैरा-एमिनोबेंजोइक एसिड के समान, जो फोलिक एसिड का एक घटक है। जब सल्फोनामाइड्स के साथ इलाज किया जाता है, तो डायहाइड्रोफोलिक एसिड के संश्लेषण के दौरान सल्फानिलमाइड और पैरा-एमिनोबेंजोइक एसिड के बीच जीवाणु कोशिका में प्रतिस्पर्धा होती है, जो चिकित्सीय प्रभाव का कारण बनती है।

3. औषधीय प्रतिस्पर्धी अवरोधकों के अन्य उदाहरणों में शामिल हैं

• कोलेस्ट्रॉल संश्लेषण अवरोधक लवस्टैटिन, एचएमजी-एस-सीओए रिडक्टेस को विपरीत रूप से रोकना,
• ट्यूमर रोधी दवा methotrexate, अपरिवर्तनीय रूप से डायहाइड्रोफोलेट रिडक्टेस को रोकना,
• अप्रत्यक्ष थक्कारोधी डाइकुमरोल, विटामिन K का एक प्रतियोगी,
• उच्चरक्तचापरोधी दवा मिथाइल-डोपा, DOPA डिकार्बोक्सिलेज़ की गतिविधि को दबाना,
• गठिया का उपाय एलोप्यूरिनॉल, ज़ैंथिन ऑक्सीडेज को रोकना।

प्रतियोगिता का एक उदाहरण लेकिन निषेध नहीं (!), अंतःक्रिया है इथेनॉलऔर मेथनॉलअल्कोहल डिहाइड्रोजनेज की सक्रिय साइट के लिए। इस मामले में, ऐसा कोई निषेध नहीं है, लेकिन जिस अल्कोहल की सांद्रता अधिक होती है वह एंजाइम के सक्रिय केंद्र से जुड़ जाता है। इस प्रभाव का उपयोग मेथनॉल विषाक्तता वाले रोगियों में किया जाता है जिसके लिए एथिल अल्कोहल एक मारक है।

गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध

इस प्रकार का निषेध अवरोधक के सक्रिय केंद्र में नहीं, बल्कि अणु में किसी अन्य स्थान पर जुड़ाव से जुड़ा है। लेकिन साथ ही, सक्रिय केंद्र की संरचना बदल जाती है और सब्सट्रेट के साथ संचार असंभव हो जाता है। यह एलोस्टेरिक निषेध हो सकता है, जब एंजाइम की गतिविधि प्राकृतिक मॉड्यूलेटर द्वारा कम हो जाती है, या सक्रिय और एलोस्टेरिक केंद्र के बाहर किसी भी पदार्थ को एंजाइम से बांधना होता है। उदाहरण के लिए:

• हाइड्रोसायनिक एसिड(साइनाइड) श्वसन श्रृंखला एंजाइमों के हीम आयरन को बांधता है और सेलुलर श्वसन को अवरुद्ध करता है,
• आयन बाइंडिंग हैवी मेटल्स(Cu 2+, Hg 2+, Ag +) प्रोटीन के SH समूहों के साथ।

एक अन्य उदाहरण फ्रुक्टोज-1,6-बाइफॉस्फेट है, जो एडेनिलोसुसिनेट सिंथेटेज़ (प्यूरीन न्यूक्लियोटाइड्स का संश्लेषण) को रोककर, मांसपेशियों में प्यूरीन न्यूक्लियोटाइड चक्र और ग्लाइकोलाइसिस के कामकाज को सिंक्रनाइज़ करता है, जो मांसपेशियों के संकुचन के लिए ऊर्जा की आपूर्ति करता है।

एक गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधक की एक विशेषता इसकी सब्सट्रेट की परवाह किए बिना एंजाइम से बंधने की क्षमता है, अर्थात। सब्सट्रेट एकाग्रता में परिवर्तन कोई प्रभाव नहीं पड़ताएक एंजाइम-अवरोधक कॉम्प्लेक्स बनाने के लिए।

गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध

इस मामले में, अवरोधक सक्रिय स्थल पर बंध जाता है एंजाइम सब्सट्रेटजटिल। सब्सट्रेट की सांद्रता में वृद्धि, एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स की मात्रा में वृद्धि, इसके साथ अवरोधक के बंधन को भी बढ़ाती है। इस प्रकार, गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध अन्य प्रकार के अवरोधों की तुलना में अधिक जटिल है।

गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध का एक उदाहरण आमतौर पर बाइंडिंग कहा जाता है पेनिसिलिनऔर एंजाइम ट्रांसपेप्टाइडेस, जो जीवाणु कोशिका दीवार के संश्लेषण के दौरान पेप्टिडोग्लाइकन श्रृंखलाओं के क्रॉस-लिंकिंग को सुनिश्चित करता है।

पेनिसिलिन एंजाइम की सक्रिय साइट और उसके लैक्टम रिंग की नकल में एकीकृत होता है संक्रमणकालीनएंजाइम की अवस्था एंजाइम-सब्सट्रेट है। यद्यपि एक साथ कमी के कारण स्थिति प्रतिस्पर्धी निषेध के समान है वीमैक्सऔर किमीइस मामले को गैर-प्रतिस्पर्धी के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

पेनिसिलिन के उदाहरण का उपयोग करते हुए, तथाकथित आत्महत्या निषेध. इसमें, सब्सट्रेट शुरू में एंजाइम से विपरीत रूप से बंधता है और फिर सक्रिय साइट के साथ एक स्थिर सहसंयोजक यौगिक बनाता है, जिससे एंजाइम गतिविधि में अवरोध होता है।

मिश्रित निषेध

इस निषेध के साथ, अवरोधक हर जगह बंधने में सक्षम होता है - न केवल सक्रिय केंद्र में, बल्कि अणु के अन्य भागों में भी। लेकिन इसके बाद भी एंजाइम आंशिक रूप से अपनी गतिविधि बरकरार रखने में सक्षम है। इसका एक उदाहरण प्रभाव है मेरथिओलेट(ऑर्गनोमेर्क्यूरी) पर सुक्रेज़उनके विकास को दबाने के लिए माइक्रोमाइसीट कवक।

शब्द "एंजाइमी गतिविधि का निषेध" कुछ पदार्थों - अवरोधकों की उपस्थिति में उत्प्रेरक गतिविधि में कमी को संदर्भित करता है। अवरोधकों में ऐसे पदार्थ शामिल होते हैं जो एंजाइम गतिविधि में कमी का कारण बनते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सभी विकृतीकरण एजेंट प्रोटीन अणु के गैर-विशिष्ट विकृतीकरण के कारण किसी भी एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर में कमी का कारण बनते हैं, इसलिए विकृतीकरण एजेंटों को अवरोधक नहीं माना जाता है।

एंजाइमी उत्प्रेरण के तंत्र को स्पष्ट करने और शरीर के चयापचय मार्गों में व्यक्तिगत एंजाइमों की भूमिका स्थापित करने में मदद करने के लिए अवरोधक बहुत रुचि रखते हैं। कई दवाओं और जहरों की क्रिया एंजाइम गतिविधि के निषेध पर आधारित होती है, इसलिए इस प्रक्रिया के तंत्र का ज्ञान आणविक औषध विज्ञान और विष विज्ञान के लिए बेहद महत्वपूर्ण है।

अवरोधक अलग-अलग डिग्री की ताकत वाले एंजाइमों के साथ बातचीत करने में सक्षम हैं। इसके आधार पर, प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय निषेध के बीच अंतर किया जाता है। उनकी क्रिया के तंत्र के आधार पर, अवरोधकों को प्रतिस्पर्धी और गैर-प्रतिस्पर्धी में विभाजित किया गया है।

ए. प्रतिवर्ती निषेध

प्रतिवर्ती अवरोधक कमजोर गैर-सहसंयोजक बंधनों के साथ एंजाइम से जुड़ते हैं और, कुछ शर्तों के तहत, आसानी से एंजाइम से अलग हो जाते हैं। प्रतिवर्ती अवरोधक प्रतिस्पर्धी या गैर-प्रतिस्पर्धी हो सकते हैं।

प्रतिस्पर्धी निषेध

प्रतिस्पर्धात्मक निषेध एक अवरोधक के कारण होने वाली एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर में प्रतिवर्ती कमी को संदर्भित करता है जो एंजाइम की सक्रिय साइट से जुड़ता है और एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स के गठन को रोकता है। इस प्रकार का निषेध तब देखा जाता है जब अवरोधक सब्सट्रेट का एक संरचनात्मक एनालॉग होता है, जिसके परिणामस्वरूप एंजाइम के सक्रिय केंद्र में एक स्थान के लिए सब्सट्रेट और अवरोधक अणुओं के बीच प्रतिस्पर्धा होती है। इस मामले में, या तो सब्सट्रेट या अवरोधक एंजाइम के साथ संपर्क करता है, जिससे एंजाइम-सब्सट्रेट (ईएस) या एंजाइम-अवरोधक (ईआई) कॉम्प्लेक्स बनता है। जब एक एंजाइम-अवरोधक (ईआई) कॉम्प्लेक्स बनता है, तो कोई प्रतिक्रिया उत्पाद नहीं बनता है

प्रतिस्पर्धी प्रकार के निषेध के लिए, निम्नलिखित समीकरण मान्य हैं:

ई + एस ⇔ ईएस → ई + पी,

गतिज निर्भरताएँ

प्रतिस्पर्धी अवरोधक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को कम करते हैं। एक प्रतिस्पर्धी अवरोधक किसी दिए गए सब्सट्रेट के लिए K m बढ़ाता है (एंजाइम के लिए सब्सट्रेट की आत्मीयता को कम करता है)। इसका मतलब यह है कि प्रतिस्पर्धी अवरोधक की उपस्थिति में, 1/2 V अधिकतम प्राप्त करने के लिए सब्सट्रेट की उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है।

सब्सट्रेट और अवरोधक सांद्रता का अनुपात बढ़ाने से निषेध की डिग्री कम हो जाती है। काफी अधिक सब्सट्रेट सांद्रता पर, निषेध पूरा हो जाता है

निम्नलिखित एंटीमेटाबोलाइट्स का उपयोग दवाओं के रूप में किया जाता है: सल्फोनामाइड दवाएं (पैरा-एमिनोबेंजोइक एसिड एनालॉग्स) संक्रामक रोगों के इलाज के लिए उपयोग की जाती हैं, ऑन्कोलॉजिकल रोगों के उपचार के लिए न्यूक्लियोटाइड एनालॉग्स।

गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध

किसी एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया का गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध तब कहा जाता है जब अवरोधक सक्रिय साइट के अलावा किसी अन्य साइट पर एंजाइम के साथ इंटरैक्ट करता है। गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधक सब्सट्रेट के संरचनात्मक एनालॉग नहीं हैं।

एक गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधक या तो एंजाइम या एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स से जुड़ सकता है, जिससे एक निष्क्रिय कॉम्प्लेक्स बन सकता है। एक गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधक को जोड़ने से एंजाइम अणु की संरचना में इस तरह से बदलाव होता है कि एंजाइम के सक्रिय केंद्र के साथ सब्सट्रेट की बातचीत बाधित हो जाती है, जिससे एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की दर में कमी आती है।

गतिज निर्भरताएँ

इस प्रकार के अवरोध को एंजाइमी प्रतिक्रिया के Vmax में कमी और एंजाइम के लिए सब्सट्रेट की आत्मीयता में कमी की विशेषता है, अर्थात। K m बढ़ रहा है।

बी. अपरिवर्तनीय निषेध

अवरोधक अणु और एंजाइम के बीच स्थिर सहसंयोजक बंधन के गठन के मामले में अपरिवर्तनीय निषेध देखा जाता है। अक्सर, एंजाइम का सक्रिय केंद्र संशोधित हो जाता है, परिणामस्वरूप, एंजाइम उत्प्रेरक कार्य नहीं कर पाता है।

अपरिवर्तनीय अवरोधकों में भारी धातु आयन, जैसे पारा (Hg 2+), सिल्वर (Ag +) और आर्सेनिक (As 3+) शामिल हैं, जो कम सांद्रता में सक्रिय साइट के सल्फहाइड्रील समूहों को अवरुद्ध करते हैं। सब्सट्रेट रासायनिक परिवर्तन से नहीं गुजर सकता। रिएक्टिवेटर्स की उपस्थिति में, एंजाइमैटिक फ़ंक्शन बहाल हो जाता है। उच्च सांद्रता में, भारी धातु आयन एंजाइम के प्रोटीन अणु के विकृतीकरण का कारण बनते हैं, अर्थात। जिससे एंजाइम पूरी तरह से निष्क्रिय हो जाता है।

1. विशिष्ट और गैर-विशिष्ट
अवरोधकों

एंजाइमों की क्रिया के तंत्र को स्पष्ट करने के लिए अपरिवर्तनीय अवरोधकों का उपयोग बहुत रुचिकर है। इस प्रयोजन के लिए, ऐसे पदार्थों का उपयोग किया जाता है जो एंजाइमों के सक्रिय केंद्र के कुछ समूहों को अवरुद्ध करते हैं। ऐसे अवरोधकों को विशिष्ट कहा जाता है। कई यौगिक कुछ रासायनिक समूहों के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं। यदि ये समूह उत्प्रेरण में भाग लेते हैं, तो एंजाइम पूरी तरह से निष्क्रिय हो जाता है।

2. अपरिवर्तनीय एंजाइम अवरोधक जैसे
दवाएं

एक दवा का एक उदाहरण जिसकी क्रिया अपरिवर्तनीय एंजाइम निषेध पर आधारित है, व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली दवा एस्पिरिन है। एंटी-इंफ्लेमेटरी नॉनस्टेरॉइडल दवा एस्पिरिन एंजाइम साइक्लोऑक्सीजिनेज को रोककर एक औषधीय प्रभाव प्रदान करती है, जो एराकिडोनिक एसिड से प्रोस्टाग्लैंडीन के निर्माण को उत्प्रेरित करता है। एक रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, एस्पिरिन का एसिटाइल अवशेष साइक्लोऑक्सीजिनेज की एक उपइकाई के मुक्त टर्मिनल एनएच 2 समूह से जुड़ा होता है।

इससे प्रोस्टाग्लैंडीन प्रतिक्रिया उत्पादों के निर्माण में कमी आती है, जिनमें सूजन के मध्यस्थों सहित जैविक कार्यों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है।

एंजाइम गतिविधि का एलोस्टेरिक विनियमन। कोशिका चयापचय में एलोस्टेरिक एंजाइमों की भूमिका। एलोस्टेरिक प्रभावकारक और अवरोधक। एलोस्टेरिक एंजाइमों की संरचना और कार्यप्रणाली की विशेषताएं और चयापचय मार्गों में उनका स्थानीयकरण। नकारात्मक प्रतिक्रिया के सिद्धांत के अनुसार एंजाइम गतिविधि का विनियमन। उदाहरण दो।

एंजाइम गतिविधि को विनियमित करने का सबसे सूक्ष्म और व्यापक तरीका है एलोस्टेरिक विनियमन . इस मामले में, नियामक कारक एंजाइम के उत्प्रेरक केंद्र से नहीं, बल्कि उसके दूसरे भाग से बंधता है ( नियामक केंद्र), जिससे एंजाइम गतिविधि में बदलाव होता है। इस प्रकार से नियंत्रित होने वाले एन्जाइम कहलाते हैं ऐलोस्टीयरिक, वे अक्सर चयापचय में एक महत्वपूर्ण स्थान रखते हैं। वह पदार्थ जो नियामक केंद्र से बंधता है, कहलाता है प्रेरक , प्रभावकारक हो सकता है अवरोधक , शायद उत्प्रेरक . आमतौर पर, प्रभावकारक या तो बायोसिंथेटिक मार्गों (प्रतिक्रिया निषेध) के अंतिम उत्पाद होते हैं या ऐसे पदार्थ होते हैं जिनकी एकाग्रता सेलुलर चयापचय (एटीपी, एएमपी, एनएडी +, आदि) की स्थिति को दर्शाती है। एक नियम के रूप में, एलोस्टेरिक एंजाइम उन प्रतिक्रियाओं में से एक को उत्प्रेरित करते हैं जो कुछ मेटाबोलाइट के निर्माण की प्रक्रिया शुरू करती हैं। आमतौर पर यह चरण संपूर्ण प्रक्रिया की गति को सीमित कर देता है। एडीपी से एटीपी के संश्लेषण के साथ होने वाली अपचयी प्रक्रियाओं में, अंतिम उत्पाद, एटीपी, अक्सर अपचय के प्रारंभिक चरणों में से एक के एलोस्टेरिक अवरोधक के रूप में कार्य करता है। उपचय के शुरुआती चरणों में से एक का एलोस्टेरिक अवरोधक अक्सर जैवसंश्लेषण का अंतिम उत्पाद होता है, उदाहरण के लिए, कुछ अमीनो एसिड।

कुछ एलोस्टेरिक एंजाइमों की गतिविधि विशिष्ट सक्रियकर्ताओं द्वारा उत्तेजित होती है। एक एलोस्टेरिक एंजाइम जो प्रतिक्रियाओं के कैटाबोलिक अनुक्रमों में से एक को नियंत्रित करता है, उदाहरण के लिए, सकारात्मक प्रभावकों - एडीआर या एएमपी - के उत्तेजक प्रभाव और एक नकारात्मक प्रभावकारक - एटीपी के निरोधात्मक प्रभाव के अधीन हो सकता है। ऐसे मामले भी होते हैं जब एक चयापचय मार्ग का एलोस्टेरिक एंजाइम अन्य चयापचय मार्गों के मध्यवर्ती या अंतिम उत्पादों के लिए एक विशिष्ट तरीके से प्रतिक्रिया करता है। इसके लिए धन्यवाद, विभिन्न एंजाइम प्रणालियों की कार्रवाई की गति का समन्वय करना संभव है।

ऑरेनबर्ग - 2010

1.1 प्रतिवर्ती निषेध

1.1.2 गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध

1.1.3 गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध

1.2 अपरिवर्तनीय निषेध

1.3 एलोस्टेरिक निषेध

2. एक नए प्रकार का एंजाइम गतिविधि निषेध

3. एंजाइम अवरोधकों का उपयोग

निष्कर्ष

प्रयुक्त साहित्य की सूची

1. एंजाइम अवरोधक। एंजाइम गतिविधि निषेध के प्रकार

यह ज्ञात है कि विभिन्न प्रकार के प्रभावों का उपयोग करके एंजाइम गतिविधि को अपेक्षाकृत आसानी से कम किया जा सकता है। एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं की दर में इस कमी को आमतौर पर गतिविधि का निषेध, या एंजाइमों का निषेध कहा जाता है।

चित्र: 1. एंजाइम की क्रिया के सक्रियण और निषेध की योजना (यू. बी. फ़िलिपोविच के अनुसार): ए। – एंजाइम का एलोस्टेरिक केंद्र; के - उत्प्रेरक केंद्र; सी - सब्सट्रेट केंद्र

एंजाइम प्रोटीन होते हैं; तदनुसार, उनकी गतिविधि को प्रोटीन के विकृतीकरण (हीटिंग, केंद्रित एसिड, क्षार, भारी धातुओं के लवण आदि की क्रिया) के प्रभावों से कम या पूरी तरह से समाप्त किया जा सकता है। यह एंजाइम गतिविधि का एक गैर-विशिष्ट दमन है, जो एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं के अध्ययन में महत्वपूर्ण है, उनके तंत्र का अध्ययन करने के लिए विशेष रुचि नहीं है। अधिक महत्वपूर्ण उन पदार्थों का उपयोग करके निषेध का अध्ययन है जो विशेष रूप से और आमतौर पर कम मात्रा में एंजाइमों - एंजाइम अवरोधकों के साथ बातचीत करते हैं। कई जैविक प्रक्रियाओं, जैसे ग्लाइकोलाइसिस, क्रेब्स चक्र और अन्य के तंत्र को समझना, विभिन्न एंजाइमों के विशिष्ट अवरोधकों (एन.ई. कुचेरेंको, यू.डी. बेबेन्युक एट अल., 1988) के उपयोग के परिणामस्वरूप ही संभव हुआ।

कुछ एंजाइम अवरोधक पशु और मानव शरीर के लिए प्रभावी औषधीय पदार्थ हैं, अन्य घातक जहर हैं (वी.पी. कोमोव, वी.एन. श्वेदोवा, 2004)।

अवरोधक प्रोटीन के कार्यात्मक समूहों को निष्क्रिय करते हुए, एंजाइम अणु के सक्रिय केंद्रों के साथ बातचीत करते हैं। वे धातुओं के साथ बातचीत कर सकते हैं जो एंजाइम अणुओं और एंजाइम-सब्सट्रेट परिसरों का हिस्सा हैं, उन्हें निष्क्रिय कर सकते हैं। अवरोधकों की उच्च सांद्रता एंजाइम अणु की चतुर्धातुक, तृतीयक और द्वितीयक संरचनाओं को नष्ट कर देती है, जिससे इसका विकृतीकरण होता है (ए.आई. कोनोन्स्की, 1992)।

हाल ही में, एंटीएंजाइम (एंटीएंजाइम, या एंटीजाइम) की खोज की गई है, जो प्रोटीन हैं जो एंजाइम अवरोधक के रूप में कार्य करते हैं। ऐसे पदार्थों में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, सोयाबीन में पाया जाने वाला ट्रिप्सिन अवरोधक और सीरम एंटीट्रिप्सिन। एंटीएंजाइम ऑर्निथिन डिकार्बोक्सिलेज हाल ही में जानवरों के जिगर में खोजा गया था। एंटीजाइम संभवतः संबंधित एंजाइमों के साथ मुश्किल से अलग होने वाले कॉम्प्लेक्स बनाते हैं, जो उन्हें रासायनिक प्रतिक्रियाओं से बाहर कर देते हैं। कभी-कभी अवरोधक एक एंजाइम अग्रदूत का अभिन्न अंग होता है, या जटिल एंजाइम परिसरों का हिस्सा होता है। हालाँकि, यह अभी तक स्पष्ट नहीं किया गया है कि क्या ऐसे एंटीएंजाइम सच्चे अवरोधक या नियामक सबयूनिट हैं।

यदि कोई अवरोधक एंजाइम अणु की स्थानिक तृतीयक संरचना में लगातार परिवर्तन या एंजाइम के कार्यात्मक समूहों में संशोधन का कारण बनता है, तो इस प्रकार के निषेध को अपरिवर्तनीय कहा जाता है। हालाँकि, अधिक बार, प्रतिवर्ती निषेध होता है, जिसे माइकलिस-मेंटेन समीकरण का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है। प्रतिवर्ती निषेध, बदले में, प्रतिस्पर्धी और गैर-प्रतिस्पर्धी में विभाजित है

व्यवहार में, कई अवरोधक विशुद्ध रूप से प्रतिस्पर्धी या पूरी तरह से गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध के गुणों का प्रदर्शन नहीं करते हैं। अवरोधकों को वर्गीकृत करने का दूसरा तरीका उनके बंधन स्थल की प्रकृति पर आधारित है। उनमें से कुछ सब्सट्रेट के समान स्थान पर (उत्प्रेरक केंद्र में) एंजाइम से बंधते हैं, जबकि अन्य सक्रिय केंद्र से काफी दूरी पर (एलोस्टेरिक केंद्र में) बंधते हैं (आर. मरे, डी. ग्रेनेर एट अल., 1993).

1.1 प्रतिवर्ती निषेध

प्रतिवर्ती एंजाइम निषेध तीन प्रकार के होते हैं: प्रतिस्पर्धी, गैर-प्रतिस्पर्धी और गैर-प्रतिस्पर्धी, यह इस पर निर्भर करता है कि सब्सट्रेट की एकाग्रता को बढ़ाकर एंजाइमी प्रतिक्रिया के निषेध को दूर किया जा सकता है या नहीं।

1.1.1 प्रतिस्पर्धात्मक निषेध

एक प्रतिस्पर्धी अवरोधक सक्रिय साइट से जुड़ने के लिए एक सब्सट्रेट के साथ प्रतिस्पर्धा करता है, लेकिन एक सब्सट्रेट के विपरीत, एक एंजाइम-बाउंड प्रतिस्पर्धी अवरोधक एंजाइमेटिक रूपांतरण से नहीं गुजरता है। प्रतिस्पर्धी निषेध के बारे में सबसे अच्छी बात यह है कि इसे केवल सब्सट्रेट एकाग्रता को बढ़ाकर समाप्त या कम किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि सब्सट्रेट और प्रतिस्पर्धी अवरोधक की दी गई सांद्रता पर, एंजाइम गतिविधि 50% तक बाधित होती है, तो हम सब्सट्रेट की एकाग्रता को बढ़ाकर निषेध की डिग्री को कम कर सकते हैं।

अपनी त्रि-आयामी संरचना में, प्रतिस्पर्धी अवरोधक आमतौर पर किसी दिए गए एंजाइम के सब्सट्रेट से मिलते जुलते हैं। इस समानता के लिए धन्यवाद, प्रतिस्पर्धी अवरोधक एंजाइम को "धोखा" देने और उससे संपर्क करने का प्रबंधन करता है। माइकलिस-मेंटेन सिद्धांत के आधार पर प्रतिस्पर्धी निषेध का मात्रात्मक अध्ययन किया जा सकता है। प्रतिस्पर्धी अवरोधक I बस विपरीत रूप से एंजाइम ई से जुड़ जाता है, और इसके साथ एक कॉम्प्लेक्स बनाता है

सब्सट्रेट एकाग्रता पर प्रारंभिक प्रतिक्रिया दर की निर्भरता पर अवरोधक एकाग्रता के प्रभाव को निर्धारित करके प्रतिस्पर्धी निषेध को प्रयोगात्मक रूप से सबसे आसानी से पहचाना जा सकता है। इस प्रश्न को स्पष्ट करने के लिए कि किस प्रकार का - प्रतिस्पर्धी या गैर-प्रतिस्पर्धी - एंजाइम का प्रतिवर्ती निषेध होता है, दोहरे पारस्परिक विधि का उपयोग किया जाता है। दोहरे व्युत्क्रम निर्देशांक में निर्मित ग्राफ़ से, एंजाइम अवरोधक कॉम्प्लेक्स के पृथक्करण स्थिरांक का मान निर्धारित करना भी संभव है (चित्र 1 देखें) (ए. लेनिन्जर, 1985)

प्रतिस्पर्धात्मक अवरोध उन पदार्थों के कारण हो सकता है जिनकी संरचना सब्सट्रेट के समान होती है, लेकिन वास्तविक सब्सट्रेट की संरचना से थोड़ी भिन्न होती है। यह अवरोध सब्सट्रेट-बाइंडिंग (सक्रिय) साइट पर अवरोधक के बंधन पर आधारित है (चित्र 2 देखें)।

चावल। 2. प्रतिस्पर्धी निषेध का सामान्य सिद्धांत (वी.एल. क्रेटोविच के अनुसार योजना)। ई - एंजाइम; एस - सब्सट्रेट; पी 1 और पी 2 - प्रतिक्रिया उत्पाद; मैं - अवरोधक.

एक उदाहरण एक प्रतिक्रिया पर मैलोनिक एसिड का प्रभाव है जो सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज द्वारा उत्प्रेरित होता है और स्यूसिनिक एसिड के फ्यूमरिक एसिड में रूपांतरण से जुड़ा होता है। प्रतिक्रिया मिश्रण में मैलोनिक एसिड जोड़ने से एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया कम हो जाती है या पूरी तरह से बंद हो जाती है क्योंकि यह सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज का प्रतिस्पर्धी अवरोधक है। स्यूसिनिक एसिड के साथ मैलोनिक एसिड की समानता एंजाइम के साथ एक कॉम्प्लेक्स बनाने के लिए पर्याप्त है, लेकिन इस कॉम्प्लेक्स का अपघटन नहीं होता है। जब स्यूसिनिक एसिड की सांद्रता बढ़ती है, तो यह कॉम्प्लेक्स से मैलोनिक एसिड को विस्थापित कर देता है, परिणामस्वरूप, स्यूसिनेट डिहाइड्रोजनेज की गतिविधि बहाल हो जाती है।

चावल। 3. मैलोनिक एसिड के प्रभाव में स्यूसिनिक एसिड के फ्यूमरिक एसिड में रूपांतरण की प्रतिक्रिया का प्रतिस्पर्धी निषेध।

सब्सट्रेट (सक्सिनेट) और इनहिबिटर (मैलोनेट) की संरचनाएं अभी भी कुछ अलग हैं। इसलिए, वे सक्रिय साइट से जुड़ने के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं, और निषेध की डिग्री मैलोनेट और सक्सिनेट की सांद्रता के अनुपात से निर्धारित की जाएगी, न कि अवरोधक की पूर्ण एकाग्रता से। इस प्रकार, अवरोधक एंजाइम से विपरीत रूप से बंध सकता है, जिससे एक एंजाइम-अवरोधक कॉम्प्लेक्स बनता है। इस प्रकार के निषेध को कभी-कभी चयापचय विरोध निषेध कहा जाता है (चित्र 3 देखें)।

सामान्य रूप में, एक अवरोधक और एक एंजाइम के बीच प्रतिक्रिया को निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:

परिणामी कॉम्प्लेक्स, जिसे एंजाइम-अवरोधक कॉम्प्लेक्स ईआई कहा जाता है, एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स ईएस के विपरीत, प्रतिक्रिया उत्पादों को बनाने के लिए विघटित नहीं होता है।

कई दवाएं प्रतिस्पर्धात्मक रूप से मानव और पशु एंजाइमों को रोकती हैं। उदाहरण के लिए, सल्फोनामाइड दवाओं का उपयोग बैक्टीरिया से होने वाले कुछ संक्रामक रोगों के इलाज के लिए किया जाता है। यह पता चला कि ये दवाएं संरचनात्मक रूप से पैरा-एमिनोबेंजोइक एसिड के समान हैं, जिसका उपयोग जीवाणु कोशिका फोलिक एसिड को संश्लेषित करने के लिए करती है, जो जीवाणु एंजाइमों का एक अभिन्न अंग है। इस संरचनात्मक समानता के कारण, सल्फोनामाइड फोलिक एसिड को संश्लेषित करने वाले एंजाइम के साथ कॉम्प्लेक्स से पैरा-एमिनोबेंजोइक एसिड को विस्थापित करके एंजाइम की क्रिया को अवरुद्ध करता है, जिससे बैक्टीरिया के विकास में बाधा आती है।

जीवाणु कोशिका दीवार की पेप्टिडोग्लाइकन संरचना में डी-अलैनिन शामिल है, जो जानवरों और मनुष्यों के शरीर में अनुपस्थित है। कोशिका भित्ति को संश्लेषित करने के लिए, बैक्टीरिया जानवरों के एल-अलैनिन को डी रूप में परिवर्तित करने के लिए एंजाइम एलेनिन रेसमेज़ का उपयोग करते हैं। एलेनिन रेसमासेज़ बैक्टीरिया की विशेषता है और स्तनधारियों में नहीं पाया जाता है। इसलिए, यह दवा निषेध के लिए एक अच्छे लक्ष्य का प्रतिनिधित्व करता है। मिथाइल समूह के प्रोटॉन में से एक को फ्लोरीन के साथ प्रतिस्थापित करने से फ्लोरोएलानिन उत्पन्न होता है, जिससे एलेनिन रेसमासेज़ बंध जाता है, जिसके परिणामस्वरूप इसका निषेध होता है।

शरीर में होने वाली सभी जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं विशिष्ट नियंत्रण के अधीन होती हैं, जो नियामक एंजाइमों पर सक्रिय या निरोधात्मक प्रभाव के माध्यम से की जाती हैं। उत्तरार्द्ध आमतौर पर चयापचय परिवर्तनों की श्रृंखला की शुरुआत में होते हैं और या तो एक बहु-चरण प्रक्रिया शुरू करते हैं या इसे रोकते हैं। कुछ व्यक्तिगत प्रतिक्रियाएँ भी विनियमन के अधीन हैं। एंजाइमों की उत्प्रेरक गतिविधि को नियंत्रित करने के लिए प्रतिस्पर्धी निषेध मुख्य तंत्रों में से एक है।

निषेध क्या है?

एंजाइमेटिक कटैलिसीस का तंत्र एक सब्सट्रेट अणु (ईएस कॉम्प्लेक्स) के साथ एंजाइम के सक्रिय केंद्र के बंधन पर आधारित है, जिसके परिणामस्वरूप उत्पाद के गठन और रिलीज के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है (ई+एस = ईएस = ईपी = ई+ पी)।

एंजाइम अवरोधन उत्प्रेरण प्रक्रिया की दर में कमी या पूर्ण समाप्ति है। संकीर्ण अर्थ में, इस शब्द का अर्थ सब्सट्रेट के लिए सक्रिय केंद्र की आत्मीयता में कमी है, जो एंजाइम अणुओं को अवरोधक पदार्थों से बांधकर प्राप्त किया जाता है। उत्तरार्द्ध विभिन्न तरीकों से कार्य कर सकते हैं, जिसके आधार पर उन्हें कई प्रकारों में विभाजित किया जाता है, जो समान निषेध तंत्र के अनुरूप होते हैं।

निषेध के मुख्य प्रकार

प्रक्रिया की प्रकृति के आधार पर, अवरोध दो प्रकार का हो सकता है:

• अचल- एंजाइम अणु में लगातार परिवर्तन का कारण बनता है, इसे कार्यात्मक गतिविधि से वंचित करता है (बाद वाले को बहाल नहीं किया जा सकता है)। यह विशिष्ट और गैर-विशिष्ट दोनों हो सकता है। अवरोधक सहसंयोजक अंतःक्रिया के माध्यम से एंजाइम से मजबूती से बंध जाता है।
• प्रतिवर्ती- एंजाइमों के नकारात्मक विनियमन का मुख्य प्रकार। यह कमजोर गैर-सहसंयोजक बंधों द्वारा एंजाइम प्रोटीन के प्रति अवरोधक के प्रतिवर्ती विशिष्ट लगाव के कारण किया जाता है, जो माइकलिस-मेंटेन समीकरण के अनुसार गतिज विवरण के लिए उत्तरदायी है (अपवाद एलोस्टेरिक विनियमन है)।

प्रतिवर्ती एंजाइम निषेध के दो मुख्य प्रकार हैं: प्रतिस्पर्धी (सब्सट्रेट की सांद्रता बढ़ाकर कमजोर किया जा सकता है) और गैर-प्रतिस्पर्धी। बाद के मामले में, उत्प्रेरण की अधिकतम संभव दर कम हो जाती है।

प्रतिस्पर्धी और गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध के बीच मुख्य अंतर वह है जहां नियामक पदार्थ एंजाइम से जुड़ता है। पहले मामले में, अवरोधक सीधे सक्रिय साइट से जुड़ जाता है, और दूसरे में, एंजाइम के दूसरे भाग से, या एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स से जुड़ जाता है।

एक मिश्रित प्रकार का निषेध भी है, जिसमें किसी अवरोधक से बंधने से ईएस के गठन को नहीं रोका जा सकता है, लेकिन उत्प्रेरक धीमा हो जाता है। इस मामले में, नियामक पदार्थ डबल या टर्नरी कॉम्प्लेक्स (ईआई और ईआईएस) का हिस्सा है। गैर-प्रतिस्पर्धी प्रकार में, एंजाइम केवल ईएस से बंधता है।

प्रतिवर्ती प्रतिस्पर्धी एंजाइम निषेध की विशेषताएं

निषेध का प्रतिस्पर्धी तंत्र सब्सट्रेट के नियामक पदार्थ की संरचनात्मक समानता पर आधारित है। परिणामस्वरूप, अवरोधक के साथ सक्रिय केंद्र का एक परिसर बनता है, जिसे पारंपरिक रूप से ईआई के रूप में नामित किया जाता है।

प्रतिवर्ती प्रतिस्पर्धी निषेध में निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

• अवरोधक से बंधन सक्रिय स्थल पर होता है;
• एंजाइम अणु की निष्क्रियता प्रतिवर्ती है;
• सब्सट्रेट एकाग्रता को बढ़ाकर निरोधात्मक प्रभाव को कम किया जा सकता है;
• अवरोधक एंजाइमेटिक कटैलिसीस की अधिकतम दर को प्रभावित नहीं करता है;
• ईआई कॉम्प्लेक्स विघटित हो सकता है, जो संबंधित पृथक्करण स्थिरांक द्वारा विशेषता है।

इस प्रकार के विनियमन के साथ, अवरोधक और सब्सट्रेट सक्रिय केंद्र में एक स्थान के लिए एक दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा (प्रतिस्पर्धा) करते प्रतीत होते हैं, जहां से प्रक्रिया का नाम आता है।

परिणामस्वरूप, प्रतिस्पर्धी निषेध को अवरोधक पदार्थ के लिए सक्रिय केंद्र की विशिष्ट आत्मीयता के आधार पर, एंजाइमेटिक कटैलिसीस के निषेध की एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया के रूप में परिभाषित किया जा सकता है।

कार्रवाई की प्रणाली

अवरोधक को सक्रिय स्थल से बांधना उत्प्रेरण के लिए आवश्यक एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स के गठन को रोकता है। परिणामस्वरूप, एंजाइम अणु निष्क्रिय हो जाता है। हालाँकि, उत्प्रेरक केंद्र न केवल अवरोधक, बल्कि सब्सट्रेट से भी संपर्क कर सकता है। किसी विशेष परिसर के बनने की संभावना सांद्रता अनुपात पर निर्भर करती है। यदि सब्सट्रेट अणु काफी अधिक हैं, तो एंजाइम अवरोधक की तुलना में उनके साथ अधिक बार प्रतिक्रिया करेगा।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर पर प्रभाव

प्रतिस्पर्धी निषेध के दौरान उत्प्रेरण के निषेध की डिग्री एंजाइम की मात्रा से निर्धारित होती है जो ईआई कॉम्प्लेक्स बनाएगी। इस मामले में, सब्सट्रेट की सांद्रता को इस हद तक बढ़ाना संभव है कि अवरोधक की भूमिका विस्थापित हो जाएगी, और उत्प्रेरण की दर माइकलिस के अनुसार वी अधिकतम के मूल्य के अनुरूप अधिकतम संभव मूल्य तक पहुंच जाएगी। -मेंटेन समीकरण.

इस घटना को अवरोधक के मजबूत कमजोर पड़ने से समझाया गया है। परिणामस्वरूप, एंजाइम अणुओं के इससे जुड़ने की संभावना शून्य हो जाती है, और सक्रिय केंद्र केवल सब्सट्रेट के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।

एक प्रतिस्पर्धी अवरोधक की भागीदारी के साथ एक एंजाइमेटिक प्रतिक्रिया की गतिज निर्भरता

प्रतिस्पर्धात्मक निषेध माइकलिस स्थिरांक (K m) को बढ़ाता है, जो प्रतिक्रिया की शुरुआत में उत्प्रेरक की अधिकतम दर ½ प्राप्त करने के लिए आवश्यक सब्सट्रेट एकाग्रता के बराबर है। सब्सट्रेट से संपर्क करने में सक्षम एंजाइम की मात्रा स्थिर रहती है, और वास्तव में गठित ईएस कॉम्प्लेक्स की संख्या केवल बाद की एकाग्रता पर निर्भर करती है (ईआई कॉम्प्लेक्स स्थिर नहीं होते हैं और सब्सट्रेट द्वारा विस्थापित हो सकते हैं)।

विभिन्न सब्सट्रेट सांद्रता के लिए प्लॉट किए गए गतिज निर्भरता ग्राफ़ से एंजाइमों के प्रतिस्पर्धी निषेध को आसानी से निर्धारित किया जा सकता है। इस स्थिति में, K m का मान बदल जाएगा, लेकिन V अधिकतम स्थिर रहेगा।

गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध के साथ, विपरीत सच है: अवरोधक सक्रिय साइट के बाहर बांधता है और सब्सट्रेट की उपस्थिति इसे किसी भी तरह से प्रभावित नहीं कर सकती है। परिणामस्वरूप, कुछ एंजाइम अणु उत्प्रेरण से "बंद" हो जाते हैं, और अधिकतम संभव गति कम हो जाती है। फिर भी, सक्रिय एंजाइम अणु कम और उच्च दोनों सांद्रता पर सब्सट्रेट से स्वतंत्र रूप से बंध सकते हैं। इसलिए, माइकलिस स्थिरांक स्थिर रहता है।

दोहरे व्युत्क्रम निर्देशांक की प्रणाली में प्रतिस्पर्धी निषेध के ग्राफ़ बिंदु 1/V अधिकतम पर कोटि अक्ष को प्रतिच्छेद करने वाली कई सीधी रेखाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। प्रत्येक सीधी रेखा एक निश्चित सब्सट्रेट सांद्रता से मेल खाती है। एक्स-अक्ष (1/[एस]) के साथ प्रतिच्छेदन के विभिन्न बिंदु माइकलिस स्थिरांक में बदलाव का संकेत देते हैं।

मैलोनेट के उदाहरण का उपयोग करके प्रतिस्पर्धी अवरोधक का प्रभाव

प्रतिस्पर्धात्मक निषेध का एक विशिष्ट उदाहरण सक्सिनेट डीहाइड्रोजिनेज की गतिविधि को कम करने की प्रक्रिया है, एक एंजाइम जो स्यूसिनेट एसिड (सक्सिनेट) के ऑक्सीकरण को फ्यूमरिक एसिड में उत्प्रेरित करता है। मैलोनेट, जो संरचनात्मक रूप से सक्सिनेट के समान है, यहां अवरोधक के रूप में कार्य करता है।

माध्यम में एक अवरोधक जोड़ने से सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज के साथ मैलोनेट के परिसरों का निर्माण होता है। ऐसा बंधन सक्रिय केंद्र को नुकसान नहीं पहुंचाता है, लेकिन स्यूसिनिक एसिड तक इसकी पहुंच को अवरुद्ध कर देता है। सक्सिनेट की सांद्रता बढ़ाने से निरोधात्मक प्रभाव कम हो जाता है।

औषधि में प्रयोग करें

प्रतिस्पर्धी निषेध का तंत्र कई दवाओं की कार्रवाई का आधार है, जो कुछ चयापचय मार्गों के सब्सट्रेट्स के संरचनात्मक एनालॉग हैं, जिनका निषेध रोगों के उपचार का एक आवश्यक हिस्सा है।

उदाहरण के लिए, मस्कुलर डिस्ट्रॉफी में तंत्रिका आवेगों के संचालन में सुधार के लिए एसिटाइलकोलाइन के स्तर को बढ़ाना आवश्यक है। यह एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ की गतिविधि को रोककर प्राप्त किया जाता है जो इसे हाइड्रोलाइज़ करता है। चतुर्धातुक अमोनियम आधार जो दवाओं का हिस्सा हैं (प्रोरेज़िन, एंड्रोफ़ोनियम, आदि) अवरोधक के रूप में कार्य करते हैं।

एक विशेष समूह में एंटीमेटाबोलाइट्स शामिल हैं, जो अपने निरोधात्मक प्रभाव के अलावा, एक स्यूडोसब्सट्रेट के गुणों को प्रदर्शित करते हैं। इस मामले में, ईआई कॉम्प्लेक्स के गठन से जैविक रूप से निष्क्रिय विसंगतिपूर्ण उत्पाद का निर्माण होता है। एंटीमेटाबोलाइट्स में सल्फोनामाइड्स (जीवाणु संक्रमण के उपचार में प्रयुक्त), न्यूक्लियोटाइड एनालॉग्स (कैंसर वाले ट्यूमर की कोशिका वृद्धि को रोकने के लिए प्रयुक्त) आदि शामिल हैं।

एंजाइमी गतिविधि के अवरोधकों के दो बड़े वर्ग हैं - प्रतिस्पर्धी और गैर-प्रतिस्पर्धी - यह इस पर आधारित है कि सब्सट्रेट एकाग्रता में वृद्धि के साथ उनका निरोधात्मक प्रभाव कमजोर हो गया है (प्रतिस्पर्धी निषेध) या कमजोर नहीं हुआ है (गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध)। व्यवहार में, कई अवरोधक विशुद्ध रूप से प्रतिस्पर्धी या पूरी तरह से गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध के गुणों का प्रदर्शन नहीं करते हैं। अवरोधकों को वर्गीकृत करने का दूसरा तरीका उनके बंधन स्थल की प्रकृति पर आधारित है। उनमें से कुछ सब्सट्रेट (उत्प्रेरक केंद्र में) के समान स्थान पर एंजाइम से बंधते हैं, जबकि अन्य सक्रिय केंद्र (वैलोस्टेरिक केंद्र) से काफी दूरी पर बंधते हैं।

सब्सट्रेट एनालॉग्स द्वारा प्रतिस्पर्धी निषेध

शास्त्रीय प्रतिस्पर्धी निषेध सब्सट्रेट-बाइंडिंग (उत्प्रेरक) साइट पर अवरोधक के बंधन पर आधारित है। अवरोधक (I) के रूप में कार्य करने वाले सब्सट्रेट एनालॉग की रासायनिक संरचना आमतौर पर सब्सट्रेट (S) की संरचना के समान होती है। इसलिए, अवरोधक एंजाइम से विपरीत रूप से बंध सकता है, इसके बजाय एक कॉम्प्लेक्स बना सकता है यानी। एंजाइम-अवरोधक कॉम्प्लेक्स। जब एक सब्सट्रेट और किसी दिए गए प्रकार का अवरोधक दोनों एक ही समय में प्रतिक्रिया मिश्रण में मौजूद होते हैं, तो वे एंजाइम की सतह पर एक ही बाध्यकारी साइट के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं। प्रतिस्पर्धी निषेध के सबसे व्यापक रूप से अध्ययन किए गए उदाहरणों में से एक मैलोनेट (आई) द्वारा सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज का निषेध है, जो सब्सट्रेट सक्सिनेट के साथ एक ही साइट के लिए प्रतिस्पर्धा करता है।

सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज, सक्सिनेट के दो α-कार्बन परमाणुओं में से प्रत्येक से एक हाइड्रोजन परमाणु के निष्कर्षण द्वारा फ्यूमरेट के निर्माण को उत्प्रेरित करता है (चित्र 8.19)। मैलोनेट डिहाइड्रोजनेज से बंधने में सक्षम है, जिससे एक कॉम्प्लेक्स बनता है। सागोम मैलोनेट से हाइड्रोजन परमाणु को हटाया नहीं जा सकता है। कॉम्प्लेक्स केवल एक मुक्त एंजाइम और एक अवरोधक में विघटित हो सकता है। इस प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया के लिए

संतुलन स्थिरांक K के बराबर है

चावल। 8.19. सक्सिनेट डिहाइड्रोजनेज प्रतिक्रिया।

प्रतिस्पर्धी अवरोधकों की क्रिया को निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं के रूप में दर्शाया जा सकता है:

उत्पाद निर्माण की दर - जो आमतौर पर माप की वस्तु होती है - केवल परिसर की सांद्रता पर निर्भर करती है। आइए मान लें कि मैं माला एंजाइम से बहुत मजबूती से बंधा हुआ है)। तब मुक्त एंजाइम की मात्रा जो एस को संलग्न कर सकती है, एक कॉम्प्लेक्स बना सकती है, और फिर, बहुत छोटी होगी। इस प्रकार, प्रतिक्रिया की दर (पी का गठन) कम होगी। समान कारणों से, कमजोर रूप से बांधने वाले अवरोधक (एल बड़ा है) की समान सांद्रता पर, उत्प्रेरित प्रतिक्रिया महत्वपूर्ण रूप से धीमी नहीं होगी। अब मान लीजिए कि, अवरोधक 1 की एक निश्चित सांद्रता पर, अधिक से अधिक सब्सट्रेट एस जोड़ा जाता है, इससे जटिल की तुलना में जटिल गठन की संभावना बढ़ जाती है। जैसे-जैसे अनुपात बढ़ेगा, प्रतिक्रिया की गति भी बढ़ेगी। एस की पर्याप्त उच्च सांद्रता पर, कॉम्प्लेक्स की सांद्रता गायब हो जाएगी। लेकिन तब उत्प्रेरित प्रतिक्रिया की दर वही होगी जो I की अनुपस्थिति में होती है (चित्र 8.20)।

चावल। 8.20. शास्त्रीय प्रतिस्पर्धी निषेध के मामले के लिए लाइनवीवर-बर्क प्लॉट। उच्च [एस] मान (निम्न मान (1/[एस]) पर निरोधात्मक प्रभाव की पूर्ण कमी पर ध्यान दें।

प्रतिस्पर्धी निषेध स्थिरांक का चित्रमय मूल्यांकन

चित्र में. चित्र 8.20 प्रतिस्पर्धात्मक निषेध का एक विशिष्ट मामला दिखाता है, जिसे लाइनवीवर-बर्क प्लॉट के रूप में प्रस्तुत किया गया है। प्रतिक्रिया दर को विभिन्न एस सांद्रता और एक निश्चित अवरोधक एकाग्रता पर मापा जाता है। प्रयोगात्मक बिंदुओं से होकर खींची गई सीधी रेखाएँ y-अक्ष पर एक ही बिंदु पर प्रतिच्छेद करती हैं। y-अक्ष से काटे गए खंड की लंबाई इसके बराबर है, जिसका अर्थ है कि असीम रूप से उच्च सांद्रता पर यह अवरोधक की अनुपस्थिति के समान होगा। हालाँकि, अक्ष से कटे हुए खंड की लंबाई (यह मान मूल्य निर्धारित करता है) एक अवरोधक की उपस्थिति में कम हो जाती है, इस प्रकार, एक प्रतिस्पर्धी अवरोधक सब्सट्रेट के लिए स्पष्ट मूल्य बढ़ाता है। सरल प्रतिस्पर्धी निषेध के लिए, अक्ष से कटे हुए खंड की लंबाई बराबर होगी

I की अनुपस्थिति में निर्धारित करने के बाद, कोई इस समीकरण से पता लगा सकता है कि यदि अतिरिक्त 1 की सांद्रता एंजाइम की सांद्रता से काफी अधिक है, तो [I] को अतिरिक्त अवरोधक की सांद्रता के बराबर माना जा सकता है। K मान ​​कई सब्सट्रेट एनालॉग्स (प्रतिस्पर्धी अवरोधक) के लिए यह दर्शाता है कि उनमें से कौन सा सबसे प्रभावी है। सबसे छोटे अवरोधक, यहां तक ​​कि कम सांद्रता पर भी, एक मजबूत निरोधात्मक प्रभाव डाल सकते हैं।

क्लिनिक में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली कई दवाएं बहुत महत्वपूर्ण एंजाइमों के प्रतिस्पर्धी अवरोधक के रूप में कार्य करती हैं जो माइक्रोबियल और पशु कोशिकाओं दोनों में कार्य करती हैं।

प्रतिवर्ती गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध

जैसा कि नाम से ही पता चलता है, इस मामले में S और I के बीच कोई प्रतिस्पर्धा नहीं है। इस मामले में, अवरोधक आमतौर पर किसी भी तरह से एस जैसा नहीं होता है और, जैसा कि माना जा सकता है, एंजाइम की किसी अन्य साइट से जुड़ जाता है। प्रतिवर्ती गैर-प्रतिस्पर्धी अवरोधक एंजाइम की एक निश्चित मात्रा के साथ प्राप्त होने वाली अधिकतम दर को कम कर देते हैं (वे कम करते हैं लेकिन, एक नियम के रूप में, प्रभावित नहीं करते हैं क्योंकि I और S अलग-अलग केंद्रों से जुड़ते हैं, एक कॉम्प्लेक्स और एक कॉम्प्लेक्स दोनों का निर्माण संभव है। कॉम्प्लेक्स भी एक उत्पाद बनाने के लिए विघटित होता है, लेकिन कम दर पर, इसलिए प्रतिक्रिया धीमी हो जाएगी, लेकिन बंद नहीं होगी।

निम्नलिखित प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रियाएँ:

चित्र में. चित्र 8.21 एक अवरोधक की उपस्थिति और अनुपस्थिति पर निर्भरता को दर्शाता है (यह माना जाता है कि I के बंधन से सक्रिय साइट के कामकाज में महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं होते हैं)।

अपरिवर्तनीय अप्रतिस्पर्धी निषेध

एंजाइम गतिविधि को कई "जहर" की उपस्थिति में कम किया जा सकता है, जैसे कि आयोडोएसिटामाइड, भारी धातु आयन, ऑक्सीकरण एजेंट, आदि। एक या अधिक सबस्ट्रेट्स या उत्पादों की उपस्थिति में, एंजाइम निष्क्रियता की दर कम हो सकती है। यहां चर्चा की गई गतिज विश्लेषण गैर-प्रतिस्पर्धी प्रतिवर्ती अवरोधकों की कार्रवाई से एंजाइम जहर की कार्रवाई को अलग करने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता है। प्रतिवर्ती अप्रतिस्पर्धी निषेध अपेक्षाकृत दुर्लभ है। दुर्भाग्य से, इसका हमेशा पता नहीं चलता है, क्योंकि प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध दोनों को समान गतिकी की विशेषता होती है।

चावल। 8.21. प्रतिवर्ती अप्रतिस्पर्धी निषेध के मामले के लिए लाइनवीवर-बर्क प्लॉट।