Miitikio yote ya kibiokemikali inayotokea katika mwili inaweza kudhibitiwa mahususi, ambayo hufanywa kupitia kuwezesha au kuzuia vimeng'enya vinavyodhibiti. Hizi za mwisho kawaida ziko mwanzoni mwa minyororo ya mabadiliko ya kimetaboliki na ama kuanza mchakato wa hatua nyingi au polepole. Baadhi ya miitikio moja pia iko chini ya udhibiti. Kizuizi cha ushindani ni mojawapo ya njia kuu za kudhibiti shughuli ya kichocheo ya vimeng'enya.
Kizuizi ni nini?
Utaratibu wa kichocheo cha enzymatic unatokana na kuunganishwa kwa tovuti hai ya kimeng'enya kwenye molekuli ya substrate (ES complex), kusababisha mmenyuko wa kemikali na uundaji na kutolewa kwa bidhaa (E+S=ES=EP=E+P).
Uzuiaji wa kimeng'enya ni kupunguza kasi au kukoma kabisa kwa mchakato wa kichocheo. Katika nyembambamaana, neno hili linamaanisha kupungua kwa mshikamano wa kituo cha kazi cha substrate, ambayo hupatikana kwa kumfunga molekuli za enzyme kwa vitu vya kuzuia. Mwisho unaweza kutenda kwa njia mbalimbali, kwa misingi ambayo wamegawanywa katika aina kadhaa, ambazo zinalingana na taratibu za kuzuia za jina moja.
Aina kuu za kizuizi
Kwa asili ya mchakato, kizuizi kinaweza kuwa cha aina mbili:
- Haiwezi kutenduliwa - husababisha mabadiliko yanayoendelea katika molekuli ya kimeng'enya, na kuinyima shughuli ya utendaji (ya mwisho haiwezi kurejeshwa). Inaweza kuwa maalum au isiyo maalum. Kizuizi hufunga kwa nguvu kwa kimeng'enya kupitia mwingiliano wa ushirikiano.
- Inaweza kutenduliwa - aina kuu ya udhibiti hasi wa vimeng'enya. Inafanywa kwa sababu ya kiambatisho mahususi kinachoweza kutenduliwa cha kizuizi kwa protini ya kimeng'enya kwa vifungo dhaifu visivyo na mshikamano, vinavyowezekana kwa maelezo ya kinetiki kulingana na mlinganyo wa Michaelis-Menten (isipokuwa udhibiti wa allosteric).
Kuna aina mbili kuu za kizuizi cha kimeng'enya kinachoweza kutenduliwa: ushindani (unaweza kupunguzwa kwa kuongezeka kwa mkusanyiko wa substrate) na isiyo ya ushindani. Katika kesi ya mwisho, kiwango cha juu iwezekanavyo cha catalysis hupungua.
Tofauti kuu kati ya kizuizi cha ushindani na kisicho na ushindani iko katika tovuti ya kuambatishwa kwa dutu ya udhibiti kwenye kimeng'enya. Katika kesi ya kwanza, kizuia hufunga moja kwa moja kwenye tovuti inayofanya kazi, na katika kesi ya pili, kwa tovuti nyingine ya kimeng'enya, au kwa changamano cha enzyme-substrate.
Pia kuna aina mchanganyiko ya kizuizi, ambapo kumfunga kizuizi hakuzuii uundaji wa ES, lakini hupunguza kasi ya catalysis. Katika kesi hii, dutu ya mdhibiti iko katika muundo wa complexes mbili au tatu (EI na EIS). Katika aina isiyo na ushindani, kimeng'enya hujifunga kwa ES pekee.
Vipengele vya kizuizi cha shindano kinachoweza kutenduliwa cha vimeng'enya
Mfumo wa ushindani wa kuzuia unatokana na mfanano wa kimuundo wa dutu ya udhibiti na substrate. Kwa sababu hiyo, changamano cha kituo amilifu chenye kizuizi huundwa, kinachojulikana kama EI.
Kizuizi cha ushindani kinachoweza kutenduliwa kina vipengele vifuatavyo:
- kumfunga kwa kizuizi hutokea kwenye tovuti inayotumika;
- kuzima kwa molekuli ya kimeng'enya kunaweza kutenduliwa;
- athari ya kuzuia inaweza kupunguzwa kwa kuongeza mkusanyiko wa mkatetaka;
- kizuizi hakiathiri kiwango cha juu zaidi cha catalysis ya enzymatic;
- kiwanda cha EI kinaweza kuoza, ambacho kina sifa ya utengano wa mara kwa mara.
Kwa aina hii ya udhibiti, kizuizi na substrate inaonekana kushindana (kushindana) kwa nafasi katika kituo kinachofanya kazi, hivyo basi jina la mchakato.
Kutokana na hayo, kizuizi cha ushindani kinaweza kufafanuliwa kuwa mchakato unaoweza kutenduliwa wa kuzuia kichocheo cha enzymatic, kwa kuzingatia mshikamano mahususi wa tovuti amilifu ya dutu ya kizuizi.
Mbinu ya utendaji
Kuunganishakizuizi kilicho na tovuti hai huzuia uundaji wa tata ya enzyme-substrate muhimu kwa kichocheo. Kama matokeo, molekuli ya enzyme inakuwa haifanyi kazi. Hata hivyo, kituo cha kichocheo kinaweza kumfunga sio tu kwa kizuizi, bali pia kwa substrate. Uwezekano wa malezi ya tata moja au nyingine inategemea uwiano wa viwango. Ikiwa kuna molekuli nyingi zaidi za substrate, basi kimeng'enya kitaitikia nazo mara nyingi zaidi kuliko kwa kizuizi.
Ushawishi kwenye kasi ya mmenyuko wa kemikali
Kiwango cha kizuizi cha kichocheo wakati wa uzuiaji wa ushindani hubainishwa na ni kiasi gani kimeng'enya kitakachounda EI-changamano. Katika kesi hii, inawezekana kuongeza mkusanyiko wa substrate kwa kiasi kwamba jukumu la kizuizi litabadilishwa, na kiwango cha catalysis kitafikia thamani ya juu iwezekanavyo inayolingana na thamani Vmax.kulingana na mlinganyo wa Michaelis-Menten.
Hali hii inatokana na kuyeyushwa sana kwa kizuizi. Kwa sababu hiyo, uwezekano wa molekuli za kimeng'enya kujifunga kwayo hupunguzwa hadi sufuri, na vituo amilifu hutenda kwa sehemu ndogo pekee.
Utegemezi wa kinetic wa mmenyuko wa enzymatic unaohusisha kizuizi cha ushindani
Kizuizi cha ushindani huongeza kiwango cha Michaelis (Km), ambacho ni sawa na ukoleziaji wa substrate inayohitajika ili kufikia ½ kiwango cha juu zaidi cha kichocheo mwanzoni mwa majibu. Kiasi cha kimeng'enya ambacho kina uwezo wa kushikamana na mkatetaka kinabaki thabiti, wakati idadi ya ES-changamano hutegemea tu msongamano wa mwisho (maumbo ya EI hayabadiliki na yanaweza kuhamishwa na substrate).
Kizuizi cha ushindani cha vimeng'enya ni rahisi kubainishwa kutoka kwa grafu za utegemezi wa kinetiki ulioundwa kwa viwango tofauti vya substrate. Katika hali hii, thamani ya Km itabadilika, ilhali Vmax itasalia thabiti.
Kwa kizuizi kisicho na ushindani, kinyume chake ni kweli: kizuizi hufunga nje ya kituo kinachofanya kazi na uwepo wa substrate hauwezi kuathiri hii kwa njia yoyote. Matokeo yake, baadhi ya molekuli za enzyme "zimezimwa" kutoka kwa kichocheo, na kiwango cha juu kinachowezekana kinapungua. Hata hivyo, molekuli za kimeng'enya zinazofanya kazi zinaweza kujifunga kwa urahisi kwa substrate katika viwango vya chini na vya juu vya mwisho. Kwa hivyo, Michaelis inabaki bila kubadilika.
Grafu za vizuizi vya ushindani katika mfumo wa viwianishi vyenye kinyume maradufu ni mistari kadhaa iliyonyooka inayokatiza mhimili wa y katika hatua ya 1/Vmax. Kila mstari wa moja kwa moja unafanana na mkusanyiko fulani wa substrate. Pointi tofauti za makutano na mhimili wa abscissa (1/[S]) zinaonyesha mabadiliko katika michaili isiyobadilika.
Kitendo cha kizuia ushindani kwa mfano wa malonate
Mfano wa kawaida wa kizuizi cha ushindani ni mchakato wa kupunguza shughuli ya succinate dehydrogenase, kimeng'enya ambacho huchochea uoksidishaji wa asidi suksiniki (succinate) hadi asidi ya fumaric. Hapa kama kizuizivitendo vya malonate, kuwa na mfanano wa kimuundo wa kunyonya.
Kuongeza kizuia kati husababisha uundaji wa changamano za malonate yenye dehydrogenase succinate. Dhamana hiyo haina kusababisha uharibifu wa tovuti ya kazi, lakini huzuia upatikanaji wake kwa asidi ya succinic. Kuongeza mkusanyiko wa succinate hupunguza athari ya kuzuia.
Matumizi ya kimatibabu
Kitendo cha dawa nyingi, ambazo ni mlinganisho wa kimuundo wa substrates za baadhi ya njia za kimetaboliki, kizuizi chake ambacho ni sehemu muhimu ya matibabu ya magonjwa, inategemea utaratibu wa kuzuia ushindani.
Kwa mfano, ili kuboresha upitishaji wa msukumo wa neva katika dystrophies ya misuli, inahitajika kuongeza kiwango cha asetilikolini. Hii inafanikiwa kwa kuzuia shughuli ya acetylcholinesterase yake ya hidrolisisi. Vizuizi ni besi za amonia za quaternary ambazo ni sehemu ya dawa (proresin, endrophonium, n.k.).
Antimetabolites hutofautishwa katika kundi maalum, ambalo, pamoja na athari ya kuzuia, linaonyesha sifa za pseudosubstrate. Katika kesi hii, malezi ya tata ya EI husababisha kuundwa kwa bidhaa isiyo ya kawaida ya kibaolojia. Antimetabolites ni pamoja na sulfonamides (hutumika kutibu maambukizi ya bakteria), analogi za nyukleotidi (zinazotumika kuzuia ukuaji wa seli za uvimbe wa saratani), n.k.
