Proteine - Inhibarea enzimelor Britannica
Unele molecule foarte asemănătoare cu substratul unei enzime pot fi legate de situsul activ, dar nu pot reacționa. Astfel de molecule acoperă situsul activ și astfel împiedică legarea substratului propriu-zis la situs. Această inhibare a acțiunii enzimei este de natură competitivă, deoarece molecula inhibitorului concurează de fapt cu substratul pentru situsul activ. Inhibitorul sulfanilamidei, de exemplu, este suficient de similar cu un substrat (acid p-aminobenzoic) al unei enzime implicate în metabolismul acidului folic pe care îl leagă de enzimă, dar nu poate reacționa. Acoperă situl activ și previne legarea acidului p-aminobenzoic. Această enzimă este esențială în anumite bacterii cauzatoare de boli, dar nu este esențială pentru oameni; prin urmare, cantități mari de sulfanilamidă distrug microorganismul, dar nu dăunează oamenilor. Inhibitori precum sulfanilamida sunt numiți antimetaboliți. Sulfanilamida și compuși similari care distrug un agent patogen fără a-i afecta gazda sunt utilizate pe scară largă în chimioterapie.
Unii inhibitori împiedică sau blochează acțiunea enzimatică prin reacția cu grupuri la locul activ. Fluorofosfatul diizopropil gazos nervos, de exemplu, reacționează cu serina la locul activ al acetilcolinesterazei pentru a forma o legătură covalentă. Molecula de gaz nervos implicată în formarea legăturilor împiedică situl activ să lege substratul, acetilcolina, blocând astfel cataliza și acțiunea nervoasă. Acidul iodoacetic blochează în mod similar o enzimă cheie în acțiunea musculară prin formarea unei grupări voluminoase pe aminoacidul cisteină, care se găsește la locul activ al enzimei. Acest proces se numește inhibiție ireversibilă.
Unii inhibitori modifică aminoacizii, în afară de cei de la situsul activ, rezultând pierderea activității enzimatice. Inhibitorul provoacă modificări ale formei situsului activ. Unii aminoacizi, în afară de cei de la situsul activ, pot fi însă modificați fără a afecta structura situsului activ; în aceste cazuri, acțiunea enzimatică nu este afectată.
Astfel de modificări chimice sunt paralele cu mutații naturale. Bolile moștenite rezultă frecvent dintr-o modificare a unui aminoacid la locul activ al unei enzime, făcând astfel enzima defectă. În unele cazuri, o modificare a aminoacizilor modifică forma situsului activ în măsura în care acesta nu mai poate reacționa; astfel de boli sunt de obicei fatale. Cu toate acestea, la altele se formează o enzimă parțial defectă, iar un individ poate fi foarte bolnav, dar poate trăi.
Efectele temperaturii
Enzimele funcționează cel mai eficient într-un interval de temperatură fiziologică. Deoarece enzimele sunt molecule de proteine, ele pot fi distruse de temperaturi ridicate. Un exemplu de astfel de distrugere, denumită denaturarea proteinelor, este coagularea laptelui la fierbere. Creșterea temperaturii are două efecte asupra unei enzime: în primul rând, viteza reacției crește oarecum, deoarece viteza reacțiilor chimice tinde să crească odată cu temperatura; și, în al doilea rând, enzima este din ce în ce mai denaturată. Creșterea temperaturii crește astfel rata metabolică numai într-un interval limitat. Dacă temperatura devine prea ridicată, denaturarea enzimei distruge viața. Temperaturile scăzute modifică și formele enzimelor. Cu enzimele sensibile la frig, schimbarea determină pierderea activității. Atât frigul cât și căldura excesivă sunt, prin urmare, dăunătoare enzimelor.
Gradul de aciditate sau basicitate al unei soluții, care este exprimat ca pH, afectează și enzimele. Pe măsură ce aciditatea unei soluții se schimbă - adică, pH-ul este modificat - apare un punct de aciditate optimă, la care enzima acționează cel mai eficient. Deși acest pH optim variază în funcție de temperatură și este influențat de alți constituenți ai soluției care conține enzima, este o proprietate caracteristică a enzimelor. Deoarece enzimele sunt sensibile la schimbările de aciditate, majoritatea sistemelor vii sunt foarte tamponate; adică au mecanisme care le permit să mențină o aciditate constantă. Acest nivel de aciditate, sau pH, este de aproximativ 7 în majoritatea organismelor. Unele bacterii funcționează în condiții de aciditate moderată sau bazice; iar enzima digestivă pepsină acționează în mediul acid al stomacului.
Flexibilitate enzimatică și control alosteric
Teoria adaptării induse
Ipoteza blocării cheii (a se vedea mai sus Natura reacțiilor catalizate de enzime) nu ține cont în totalitate de acțiunea enzimatică; adică, anumite proprietăți ale enzimelor nu pot fi explicate de relația simplă dintre enzimă și substrat propusă de ipoteza blocării cheii. O teorie numită teorie a ajustării induse păstrează ideea cheie-blocare a unei potriviri a substratului la situl activ, dar postulează în plus că substratul trebuie să facă mai mult decât să se încadreze pur și simplu în forma deja preformată a unui sit activ. Mai degrabă, afirmă teoria, legarea substratului la enzimă trebuie să provoace o schimbare a formei enzimei care are ca rezultat alinierea corectă a grupurilor catalitice pe suprafața sa. Acest concept a fost asemănat cu potrivirea unei mâini într-o mănușă, mâna (substratul) inducând o schimbare a formei mănușii (enzimă). Deși unele enzime par să funcționeze în conformitate cu vechea ipoteză de blocare a cheii, cel mai aparent funcționează în conformitate cu teoria inducerii.