ما هو دور مثبطات الإنزيم في نشاط الإنزيم ؟

Question

صف دور مثبطات الإنزيم في نشاط الإنزيم ، أعط مثالاً لدعم وصفك؟

Answer 1

أنواع مثبطات الإنزيم Types of Enzyme inhibitors

(1) المثبط التنافسي Competitive inhibitor

- يحدث التثبيط التنافسي عندما يتنافس المثبط (I) مع المادة الأساس (S) على الاتحاد مع الموقع الفعال للأنزيم.

- يكون هذا النوع من التثبيط عكسياً ، إذ أن المثبطات العكسية هي التى تتحد مع الإنزيم مباشرة ويمكن إزالتها بعملية الفرز الغشائي Dialysis أو بالتخفيف وبهذا تسترجع الفعالية الإنزيمية.

- يعتمد هذا الثبيط التنافسي العكسي على تركيز المثبط والمادة الأساس والألفة النسبية بين المثبط والمادة الأساس.

- فبزيادة تركيز المادة الأساس يمكن تقليل نسبة التثبيط الذي يكون تركيبه (المثبط) فى الغالب مشابهاُ لتركيب مادة الأساس.

- مثلاُ المالونيت ^-OOCCH₂COO^- مثبط تنافسي لإنزيم سكسنيت ديهيدروجينيز Succinate dehydrogenase الذي يعمل على تحويل السكسنيت إلى الفيوماريت ، إذ أن للمانوليت مجموعتا كربوكسيل كالمادة الأساس الطبيعية للأنزيم (سكسنيت) وبهذا تتمكن المالونيت من ملء موقع أرتباط السكسنيت على الأنزيم مع عدم قابلية تحولها إلى الفيوماريت Fumarate

- باستعمال الرسم البياني لمعادلة لانيويفر- برك أو عدم وجود المثبط التنافسي يمكن استخلاص المعلومات الآتية:

(1) تبقى السرعة القصوى V_max ثابتة.

(2) تزداد قيمة K_m  بمعنى تنخفض ألفة الإنزيم لمادة الأساس.

(3) يمكن التغلب على التثبيط بزيادة تركيز المادة الأساس.

(2) المثبط غير التنافسي Noncompetitive Inhibitor

- في هذا النوع من التثبيط يكون تركيب المثبط لا يشابه تركيب المادة الأساس أو قد يشابهه قليلاُ.

- يرتبط المثبط غير التنافسي عادة مع الإنزيم في موقع آخر يختلف عن الموقع الفعال أى لا يوجد أى تنافس بين المثبط والمادة الأساس على الأتحاد مع الموقع الفعال للإنزيم لذا فأن زيادة تركيز مادة الأساس لا يلغي تأثير عمل هذه المثبطات.

- يقسم المثبط غير التنافسي إلى نوعين:

(أ) المثبط غير التنافسي العكسي Reversible noncompetitive inhibitor

(ب) المثبط غير التنافسي غير العكسي Irreversible noncompetitive inhibitor

وسوف نشرح كلأُ منهما

(أ) المثبط غير التنافسي العكسي 

- يتكون معقدان بوجود المثبط وهما EI (معقد الإنزيم - المثبط) و EIS ( معقد الإنزيم - المثبط - المادة الأساس).

أن المعقد EIS يمكن أن يتحلل ليعطى الناتج ولكن بمعدل سرعة أقل مما هو عليه لتحلل ES وبهذا يكون التفاعل الإنزيمي أبطأ مما هو عليه بغياب هذا النوع من المثبطات.

(ب)  المثبط غير التنافسي غير العكسي

- يرتبط المثبط مع وحدة الحمض الأميني للأنزيم بوساطة آصرة تساهمية بحيث لا يمكن فصل المثبط عن الإنزيم بوساطة التخفيف أو الديلزة (الفرز الغشائي). والتى تسمى فى هذة الحالة في بعض الأحيان تسمم الإنزيم Poison enzyme.

- إن هذا الارتباط يعمل على تحوير الإنزيم وخفض فعاليته ثم توقفها كلياً لذلك يقال عن الإنزيم بأنه تسمم بالمثبط.

- يمكن توضيح إتحاد المثبط غير التنافسي غير العكسي بالإنزيم بالشكل أدناه:

- ومن الأمثلة على هذا النوع من التثبيط أيونات المعادن الثقيلة مثل (الرصاص والزئبق والفضة) التى لها القابلية على الارتباط بقوة مع مجاميع الثايول لبعض الإنزيمات فضلاُ عن غاز الاعصاب ثنائي إيزوبروبيل فلوروفوسفات Diisopropyl flurophosphate (DIPF) الذي يعمل على تثبيط إنزيم أسيتايل كولين إستريز بارتباطه مع مجموعة الهيدروكسيل لوحدات السيرين في الأنزيم.

- باستعمال الرسم البياني لمعادلة لانيويفر- برك أو عدم وجود المثبط الغيرالتنافسي( العكسي أو غير العكسي) يمكن استخلاص المعلومات الآتية:

(1) تنخفض السرعة القصوى V_max.

(2) تبقى قيمة K_m  ثابتة (  لأن زيادة تركيز المادة الأساس ليس لها تأثير في تقليل التثبيط فتبقى ألفة الأنزيم لمادة الأساس ثابتة أيضاَ)

(3) لا يمكن التغلب على التثبيط بزيادة تركيز المادة الأساس.

(3) التثبيط اللاتنافسي Uncompetitive Inhibitor

- يعد المثبط اللاتنافسي جزءاُ من المثبط غير التنافسي العكسي إذ كلاهما يحتويان على المعقد EIS فالمثبط اللاتنافسي يتحد مع المعقد ES فقط ليكون EIS.

- إن المثبط اللاتنافسي يرتبط بموقع يختلف عن موقع ارتباط مادة الأساس بالأنزيم.

- باستعمال الرسم البياني لمعادلة لانيويفر- برك بوجود المثبط اللاتنافسي أو عدم وجودة يمكن استخلاص المعلومات الآتية:

(1) أنخفاض قيمة السرعة القصوى V_max.

(2) انخفاض قيمة K_m 

(3) لا يمكن التغلب على التثبيط بزيادة تركيز المادة الأساس.

هناك حالات واضحة لكن قليلة من التثبيط اللاتنافسي للتفاعلات الإنزيمية التى تشارك فيها مادة أساس واحدة.

- يمكن عدً أيون الهيدروجين أحد أبسط الأمثلة على ذلك فبعض الإنزيمات ومنها الكيموتريسين يثبط عملها بزيادة تركيز أيون الهيدروجين ( لأن موقعها الفعال يتضمن استقبال البروتونات).

المصادر والمراجع

(1) الكيمياء الحيوية / تأليف طرق يونس على - لؤي عبد علي الهلالي / الجزء الأول / جامعة الموصل / العراق/ 2010 

(2) الكيمياء الحيوية 100كيح / قسم تقنية البيئة / حماية البيئة وسلامة الأغذية / المؤسسة العامة للتعليم الفني والتدريب المهني / السعودية.

Answer 2

تثبيط الإنزيم Enzyme inhibition

- المثبطات هي مركبات كيميائية ( قد تكون أيونات معدنية أو مركبات جزيئية عضوية صغيرة) تخفض من معدل سرعة التفاعل الأنزيمي او توقفه من خلال:

(1)  تأثيرها على عامل واحد أو أكثر من العوامل التى تكون في تركيب الأنزيم أو مرافق الأنزيم وهي كالأتي:

(أ) الموقع الفعال. 

(ب) الجزء البروتيني من الأنزيم والمسمى أبو انزيم (الأنزيم المجرد) Apoenzyme.

(جـ) المرافق الأنزيمي (أيونات معدنية أو جزيئات عضوية).

(د) المجموعة الرابطة في الأنزيم prosthetic.

(2) التغيير فى درجة الحرارة.

(3) التغيير في الأس الهيدروجيني الأمثل للإنزيم. 

(4) أضافة أحد عوامل مرسبات البروتين المختلفة.

أهمية مثبطات الإنزيم

استخدمت المثبطات في العديد من التفاعلات الإنزيمية وذلك:

(1) معرفة ودراسة المسارات الايضية المختلفة فى الجسم.

(2) دراسة تأثير بعض العقاقير والمواد السامة على التفاعلات الإنزيمية في الجسم.