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Inibitori

Inibizione degli enzimi

Gli inibitori enzimatici sono molecole che diminuiscono l'attività degli enzimi, e la conoscenza degli inibitori può, per esempio, essere usata nello sviluppo di farmaci o nello studio delle vie biochimiche, perché gli inibitori forniscono un modo per interferire con queste vie. Gli inibitori enzimatici possono essere irreversibili o reversibili; gli inibitori irreversibili diminuiscono l'attività enzimatica distruggendo l'enzima attraverso vari meccanismi, mentre gli inibitori reversibili mantengono l'enzima funzionale. Gli inibitori che studieremo qui sono inibitori reversibili [1].

Tipi di inibizione

I meccanismi degli inibitori enzimatici possono essere classificati in 3 gruppi principali: Inibitori competitivi, inibitori non competitivi e inibitori misti. Gli inibitori competitivi funzionano legandosi al sito attivo dell'enzima in competizione con il substrato; gli inibitori non competitivi si legano al complesso enzima-substrato in un sito distinto dal sito attivo, ma non possono legarsi solo all'enzima, e gli inibitori misti possono legarsi sia all'enzima che al complesso enzima-substrato in un sito distinto dal sito attivo [1].

I meccanismi di inibizione enzimatica possono essere pensati come un'estensione del meccanismo di Michaelis-Menten e l'inibizione competitiva e non competitiva può essere considerata come un caso speciale di inibizione mista (vedi Figura 1.a), dove KI e K'I sono le costanti di dissociazione del complesso EI e ESI, rispettivamente. Usando lo stesso approccio usato per derivare l'equazione di Michaelis-Menten (per una derivazione dettagliata, vedi [2]), si può ottenere la seguente equazione per l'inibizione mista:

V0 = Vmax•[S] / Km•α+[S]•α’

dove α = 1+[I]/KI e α’ = 1+[I]/K’I

Proprio come l'equazione di Michealis-Menten, questa equazione può essere riorganizzata per adattarsi a un grafico a doppia reciprocità:

1/V0 = α’/Vmax + Km•α/Vmax • 1/[S]

Se α > 1 e α’ > 1, l'inibizione è mista; per l'inibizione competitiva, α' = 1; per l'inibizione non competitiva, α = 1. Così, si ottengono 3 equazioni diverse per i 3 diversi tipi di inibizione, e un grafico Lineweaver-Burk dei dati cinetici può rivelare il tipo di inibizione che l'inibitore effettua (vedi Figura 1.b, 1.c, e 1.d)[1,2].

In alto c'è la figura 1.a che illustra la reazione enzimatica complessiva e i meccanismi di inibizione dell'enzima come estensione di questa. La reazione enzimatica è composta da diversi passi illustrati nella reazione da sinistra a destra, con la formazione di enzima-substrato come primo passo nella reazione complessiva. Questo passo va in entrambi i sensi, illustrato con una freccia bidirezionale, con la reazione inversa che è la dissociazione dell'enzima-substrato in enzima e substrato. Il passo successivo è la dissociazione dell'enzima-substrato in enzima e prodotto. Viene anche illustrata l'aggiunta di inibitori all'enzima e al complesso enzima-substrato nella reazione enzimatica complessiva, dove K I e K' I sono le costanti di dissociazione del complesso enzima-inibitore e enzima-substrato-inibitore, rispettivamente. Oltre a questa reazione c'è il meccanismo di inibizione dell'enzima che è illustrato sotto la reazione complessiva. Questa reazione è la formazione del complesso enzima-substrato-inibitore, creato dal complesso enzima-inibitore e dal substrato. Anche questa reazione va in entrambi i sensi, illustrata con una freccia bidirezionale, con la reazione inversa che è la dissociazione del complesso enzima-inibitore-substrato in complesso enzima-inibitore e substrato. Sotto questa illustrazione ci sono le figure 1.b, 1.c, e 1.d. Queste figure mostrano tre diversi diagrammi Lineweaver-Burk che mostrano i 3 principali tipi di inibizione. La figura 1.b illustra l'inibizione competitiva, la figura 1.c illustra l'inibizione mista e la figura 1.d illustra l'inibizione non competitiva. Tutti i grafici hanno 1 diviso per V sull'asse y e 1 diviso per la concentrazione del substrato sull'asse x. La figura 1.b è un grafico con tre linee diverse che rappresentano diverse serie di dati con diverse concentrazioni di inibitore e, quindi, hanno pendenze diverse. Tutte e tre le linee si intersecano nello stesso punto dell'asse y. Accanto a questo grafico c'è la figura 1.c che è un altro grafico che mostra l'inibizione mista come tre linee diverse. Queste linee rappresentano diverse serie di dati con diverse concentrazioni di inibitore e le linee hanno tutte diverse pendenze e diverse intercette y. Accanto a questo grafico c'è la figura 1.d che è un grafico che mostra l'inibizione non competitiva come tre linee diverse. Queste linee rappresentano diverse serie di dati con diverse concentrazioni di inibitori non competitivi e le linee hanno le stesse pendenze. Tuttavia, le tre linee si intersecano in punti diversi dell'asse y)

Figure 1: Figura 1.a; La reazione enzimatica complessiva e l'estensione del meccanismo di inibizione dell'enzima. Figura 1b, c, e d; diagrammi Lineweaver-Burk che mostrano i 3 principali tipi di inibizione. Se l'intersezione y è la stessa, ma le pendenze differiscono, l'inibitore è competitivo. Se sia le pendenze che le intersezioni y differiscono, l'inibitore è misto. Se le pendenze sono le stesse, ma le intersezioni delle y differiscono, l'inibitore non è competitivo.

Intossicazione da metanolo

L'enzima alcol deidrogenasi non è completamente specifico per l'etanolo; catalizza anche la formazione di aldeidi da altri alcoli. Uno di questi alcoli è il metanolo, che viene metabolizzato in formaldeide e altri composti tossici che possono causare cecità o morte [3]. L'avvelenamento da metanolo è abbastanza comune e può essere causato dall'ingestione di alcol fatto in casa. Il metanolo e l'etanolo sono quindi substrati competitivi, e l'etanolo è effettivamente usato per prevenire l'avvelenamento dopo l'ingestione di metanolo, perché inibisce l'ADH nel catalizzare l'ossidazione di questo composto [4].

Calcolo dei parametri cinetici

Vedi le pagine seguenti per i dettagli su come calcolare i parametri cinetici per diversi inibitori:

Inibizione competitiva

Inibizione non competitiva

Inibizione mista/non competitiva

Fonti

  1. Lehninger, Albert L.; Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2008). Principles of Biochemistry (5th ed.). New York, NY: W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-7108-1.

  2. Atkins, Peter W.; de Paula, Julio; Friedman, Ronald (2009). Quanta, Matter, and Change: A molecular approach to physical chemistry. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-920606-3.

  3. Beatty, L., Green, R., Magee, K. and Zed, P. (2013) A Systematic Review of Ethanol and Fomepizole Use in Toxic Alcohol Ingestions. Emerg. Med. Int. 2013, 638057.

Panoramica della teoria

Referred from:

Articolo
Saggio di cinetica enzimatica