Кіріспе
Энзимді ингибитор - энзимге қосылып, оның белсенділігін тежейтін молекула. Ферменттер - бұл тіршілік үшін қажетті химиялық реакцияларды жылдамдатып, субстрат молекулаларын өнімдерге айналдыратын ақуыздар. Фермент субстратты белсенді нүктесіне, ферменттің ең күрделі сатысын жылдамдатып, арнайы аймағына байлау арқылы белгілі бір химиялық реакцияны жеңілдетеді. Фермент ингибиторы бұл процесті тоқтатады (" ингибирует ") ферменттің белсенді орнына байлану арқылы (осылайша субстраттың өзіне байлануға жол бермейді) немесе ферменттің басқа орнына байлану арқылы ферменттің реакцияны катализдеуін бұғаттау арқылы. Фермент ингибиторлары кері немесе кері емес байланыста болуы мүмкін. Қайталанбайтын ингибиторлар ферментпен химиялық байланыс жасайды, сондықтан фермент химиялық байланыс бұзылғанға дейін ингибицияланады. Керісінше, кері бұрылатын ингибиторлар ковалентті емес байланыста болады және ферменттен өздігінен кетіп, ферменттің жұмысын қайта бастауына мүмкіндік береді. Қайта қалпына келтірілетін ингибиторлар ферментке, фермент субстраты кешеніне немесе екеуіне де байланысты әр түрлі ингибиция түрлерін тудырады. Фермент ингибиторлары барлық жасушаларда маңызды рөл атқарады, өйткені олар әдетте бір ферментке тән және ферменттің белсенділігін бақылауға қызмет етеді. Мысалы, зат алмасу жолындағы ферменттер жолдың кейінгі кезеңінде өндірілетін молекулалар арқылы тежелуі мүмкін, осылайша енді қажет емес молекулалардың өндірісін қысқарту. Жағымсыз кері байланыс клеткадағы тепе-теңдікті сақтаудың маңызды жолы болып табылады. Кішкентай молекулалардан басқа кейбір ақуыздар ферменттерді тежеуші ретінде әрекет етеді. Ең танымал мысал - серпиндер (серин протеаза ингибиторлары), оларды жануарлар ферменттердің дұрыс емес белсендірілуінен қорғау үшін және өсімдіктер жыртқыштарды болдырмау үшін өндіреді. Ингибиторлы ақуыздардың тағы бір класы - рибонуклеаза ингибиторлары, олар белгілі ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесулерінің ең тығыз түрлерінің бірі болып табылатын рибонуклеазаларға байланады. Белсенді ферменттердің ингибиторларының ерекше түрі - автоингибиторлық N терминалды пептидті қамтитын цимогендер, ол ферменттің белсенді орнына байланады, бұл оның молекулалық белсенділігін бақылаусыз катализге қарсы қорғаныс тетігі ретінде блоктайды. Nterminal пептиді активті ферментті босату үшін басқа ферментпен зимоген ферментінің прекурсорынан бөлініп (бөлініп) алынады. Ингибиторлардың ферментке байлану орны көбінесе фермент субстратын байлайтын орынға тең. Бұл белсенді ингибиторлар ортостериялық (" тұрақты " бағдар) ингибиторлар деп аталады. Ортостериялық ингибициялау механизмі тікелей бәсекелестік арқылы ферментке субстраттың байлануына жол бермеу болып табылады, бұл өз кезегінде ферменттің субстраттардың өнімге айналуын катализациялауына жол бермейді. Немесе ингибитор ферменттің белсенді орнынан алыс орналасқан жерге байлануы мүмкін. Бұлар аллостерик (" баламалы " бағдар) ингибиторлары деп аталады. немесе субстраттың ферментке байланысуын тұрақтандыру, бірақ ферментті каталитикалық белсенділігі жойылған конформацияға бұғаттау.
An enzyme inhibitor is a molecule that binds to an enzyme and blocks its activity. Enzymes are proteins that speed up chemical reactions necessary for life, in which substrate molecules are converted into products. An enzyme facilitates a specific chemical reaction by binding the substrate to its active site, a specialized area on the enzyme that accelerates the most difficult step of the reaction. An enzyme inhibitor stops ("inhibits") this process, either by binding to the enzyme's active site (thus preventing the substrate itself from binding) or by binding to another site on the enzyme such that the enzyme's catalysis of the reaction is blocked. Enzyme inhibitors may bind reversibly or irreversibly. Irreversible inhibitors form a chemical bond with the enzyme such that the enzyme is inhibited until the chemical bond is broken. By contrast, reversible inhibitors bind non covalently and may spontaneously leave the enzyme, allowing the enzyme to resume its function. Reversible inhibitors produce different types of inhibition depending on whether they bind to the enzyme, the enzyme substrate complex, or both. Enzyme inhibitors play an important role in all cells, since they are generally specific to one enzyme each and serve to control that enzyme's activity. For example, enzymes in a metabolic pathway may be inhibited by molecules produced later in the pathway, thus curtailing the production of molecules that are no longer needed. This type of negative feedback is an important way to maintain balance in a cell. In addition to small molecules, some proteins act as enzyme inhibitors. The most prominent example are serpins (serine protease inhibitors) which are produced by animals to protect against inappropriate enzyme activation and by plants to prevent predation. Another class of inhibitor proteins is the ribonuclease inhibitors, which bind to ribonucleases in one of the tightest known protein–protein interactions. A special case of protein enzyme inhibitors are zymogens that contain an autoinhibitory N terminal peptide that binds to the active site of enzyme that intramolecularly blocks its activity as a protective mechanism against uncontrolled catalysis. The Nterminal peptide is cleaved (split) from the zymogen enzyme precursor by another enzyme to release an active enzyme. The binding site of inhibitors on enzymes is most commonly the same site that binds the substrate of the enzyme. These active site inhibitors are known as orthosteric ("regular" orientation) inhibitors. The mechanism of orthosteric inhibition is simply to prevent substrate binding to the enzyme through direct competition which in turn prevents the enzyme from catalysing the conversion of substrates into products. Alternatively, the inhibitor can bind to a site remote from the enzyme active site. These are known as allosteric ("alternative" orientation) inhibitors. or alternatively stabilise binding of substrate to the enzyme but lock the enzyme in a conformation which is no longer catalytically active.
Қайта қалпына келтірілетін ингибиторлар
Қайта қалпына келтірілетін ингибиторлар сутекті байланыстар, гидрофобтық өзара әрекеттесулер және иондық байланыстар сияқты ковалентті емес өзара әрекеттесулер бар ферменттерге қосылады. Ингибитор мен ферменттің белсенді орны арасындағы бірнеше әлсіз байланыстар бірігіп, мықты және ерекше байланысты тудырады. Қайталанатын ингибиторлардан айырмашылығы, қайталанатын ингибиторлар ферментке байланған кезде химиялық реакцияларға ұшырамайды және оларды сұйыту немесе диализ арқылы оңай алып тастауға болады. Ерекше жағдай - ферментпен химиялық байланыс құрайтын ковалентті кері бұрылатын ингибиторлар, бірақ ингибиция толық кері бұрылатындай, буынды байланыс болуы мүмкін. Керілістегі ингибиторлар, әдетте, 1963 жылы Cleland енгізген төрт түрге бөлінеді. Олар ингибитордың Vmax (фермент катализациялаған реакцияның ең жоғары жылдамдығы) және Km (фермент белсенділігінің жартысын қамтамасыз ететін субстрат концентрациясы) әсеріне сәйкес жіктеледі, өйткені фермент субстраттарының концентрациясы әр түрлі болады.
Бәсекеге қабілетті
Конкуренттік ингибициялау кезінде субстрат пен ингибитор бір уақытта ферментке байлана алмайды. Бұл әдетте ингибитордың субстратты байлайтын ферменттің белсенді орнына аффинитеті болуынан туындайды; субстрат пен ингибитор ферменттің белсенді орнына кіру үшін бәсекелеседі. Ингибитордың бұл түрін субстраттың жеткілікті жоғары концентрациясы (Vmax тұрақты болып қалады) арқылы, яғни ингибитормен бәсекелесу арқылы жеңуге болады.
Бәсекеге қабілетті емес
Конкуренттік емес ингибициялау кезінде ингибитордың ферментке байланысуы оның белсенділігін төмендетеді, бірақ субстраттың байланысуына әсер етпейді.
Аралас
Аралас ингибициялау кезінде ингибитор субстраттың ензимге байлануына қарамастан, ензимге байлануы мүмкін. Осылайша аралас тежеу бәсекеге қабілетті және бәсекеге қабілетті емес тежеудің комбинациясы болып табылады. Ингибитордың осы төрт түрін субстрат концентрациясының [S] артуы ингибитордың берілген мөлшерінің әсерінен болатын ингибитор дәрежесіне әсері бойынша да ажыратуға болады. Бәсекеге қабілетті тежеу үшін тежеу дәрежесі [S] ұлғаюымен төмендейді, бәсекеге қабілетті емес тежеу үшін тежеу дәрежесі өзгермейді, ал бәсекеге қабілетті емес (басқаша аталатын) тежеу үшін тежеу дәрежесі [S] ұлғаяды.
Субстрат немесе өнім
Субстратты немесе өнімді ингибициялау - фермент субстратты немесе өнімді ингибитор ретінде әрекет етуі. Бұл тежеу бәсекелестік, бәсекелестік емес немесе аралас үлгілерге сәйкес келуі мүмкін. Субстратты ингибициялау кезінде жоғары концентрациядағы активтіліктің төмендеуі байқалады, бұл екі бәсекелесетін субстратты байлайтын орындары бар ферменттен болуы мүмкін. Төмен субстратта жоғары аффинділік орны орналасады және қалыпты кинетика сақталады. Алайда, жоғары концентрацияларда екінші ингибиторлық орынды басып, ферментті ингибициялайды. Өндірістің ингибициясы (ферменттің өз өнімдері немесе ферментке оның метаболистік жолынан төмен қарай келетін өнім) көбінесе метаболизмдегі реттеуші белгі болып табылады және кері байланыс түрі болуы мүмкін.
Баяу тығыз
Баяу тығыз ингибициялау бастапқы фермент-ингибитор кешені EI конформациялық изомеризмге (форманың өзгеруіне) екінші, тығыз ұсталған кешенге, EI *, ұшыраған кезде пайда болады, бірақ жалпы ингибициялау процесі кері айналады. Бұл ферменттердің баяу ингибициялануының өсуімен көрінеді. Осы жағдайларда дәстүрлі Михаэлис-Ментен кинетикасы уақытқа тәуелді Ки үшін жалған мән береді. Ки-нің шынайы мәнін ингибитордың кері қайтарылмайтын ингибицияға ұқсас кинетикамен байланысы үшін қосылу (кон) және сөндіру (кофф) жылдамдық константаларын күрделі талдау арқылы алуға болады. Мысалы, пурин биосинтезінің формальді трансфер реакцияларында ГАР субстраты мен N 10 формальді тетрагидрофоллат кофакторының аналогтарын біріктіру арқылы синтетикалық жолмен тиоглицинамид рибонуклеотид дидезафолат (TGDDF) немесе ферменттік жолмен табиғи ГАР субстратынан ГДДФ алу үшін синтетикалық жолмен ГРРФ- ге күшті МРСА ингибиторын (МАИ) дайындады. Бұл жерде TGDDF-тің субнаномолярлық диссоциация тұрақтысы (KD) болжалғаннан жоғары болды, бұл, мүмкін, алынған энтропиялық артықшылықтарға және/немесе компоненттерді байланыстыратын атомдар арқылы алынған оң өзара әсерлесулерге байланысты. Сондай- ақ, МАИ- лар клеткаларда пропрепараттардың, мысалы, изониязидтің немесе фермент тежегіш лигандтардың (мысалы, PTC124) клеткалық кофакторлармен, мысалы, никотинамид аденоин динуклеотиді (NADH) және аденозин трифосфаты (ATP) реакциялары арқылы да пайда болатыны байқалды.
Мысалдар
Ферменттер субстраттарын тығыз байлау үшін эволюцияланғандықтан және ең көп кері бұрылатын ингибиторлар ферменттердің белсенді орнында байланады, сондықтан бұл ингибиторлардың кейбіреулерінің құрылымы олардың нысаналарының субстраттарына өте ұқсас екендігі таңқаларлық емес. Дигидрофолат редуктазаның ингибиторлары (DHFR) - бұл көрнекті мысалдар. Бұл субстратты имитациялаудың басқа мысалдары - ВИЧ/ СПИД-ті емдеуде қолданылатын терапиялық тиімді антиретровирустық препараттар тобы - протеаза ингибиторлары. Жоғарыда көрсетілген " бәсекелестік ингибициялау " суретте көрсетілгендей, үш пептидті байланыстар бар пептидомиметикалық (пептидті имитациялау) протеаза ингибиторы ритонавирдің құрылымы. Бұл препарат ВИЧ протеазасының субстраты болып табылатын пептидке ұқсағандықтан, ферменттің белсенді орнындағы субстратымен бәсекелеседі. Энзим ингибиторлары көбінесе фермент катализацияланған реакцияның өтпелі күйін немесе аралық түрін еліктеуге арналған. Алайда барлық ингибиторлар субстрат құрылымына негізделген емес. Мысалы, басқа бір ВИЧ протеаза ингибиторы типранавирдің құрылымы пептидке негізделмеген және оның белок субстратына ешқандай айқын құрылымдық ұқсастығы жоқ. Бұл пептидтік емес ингибиторлар пептидтік байланыстардан тұратын ингибиторларға қарағанда тұрақты болуы мүмкін, өйткені олар пептидазалар үшін субстрат болмайды және олардың ыдырау ықтималдығы төмен. Дәрілік заттарды жобалау кезінде мақсатты ферменттер әсер ететін субстраттардың концентрациясын ескеру маңызды. Мысалы, кейбір белок киназасының ингибиторлары химиялық құрылымымен осы ферменттердің субстраттарының бірі АТФ-ға ұқсас. Алайда, қарапайым бәсекелестік ингибиторлар дәрі-дәрмектер клеткадағы АТФ жоғары концентрациясымен бәсекелесуге мәжбүр болады. Белсенді киназалар сондай-ақ киназалар субстрат ақуыздарымен өзара әрекеттесетін байлау орындарында бәсекелестік арқылы тежелуі мүмкін, ал көптеген ақуыздар жасушалар ішінде АТФ-ның концентрациясынан әлдеқайда төмен концентрацияда болады. Нәтижесінде, егер екі протеинкиназа ингибиторы бірдей аффинитетпен белсенді сайтқа байланса, бірақ тек біреуі АТФ- мен бәсекелесе алса, онда протеинге байлану орнындағы бәсекелестік ингибитор ферментті тиімдірек тежейді.
Түрлері
Қайталанбайтын ингибиторлар ферментпен ковалентті түрде байланысады, сондықтан ингибицияның бұл түрі оңай қайтарылмайды. Қайталанбайтын ингибиторларда көбінесе азот қышалары, альдегидтер, галоалкандар, алкендер, Михаэль акцепторлары, фенил сульфонаттары немесе флюорофосфонаттар сияқты реактивті функционалдық топтар болады. Бұл электрофильді топтар ковалентті аддуктарды қалыптастыру үшін амин қышқылдарының бүйірлік тізбектерімен әрекеттеседі. Қайталанбайтын ингибициялау қайталанбайтын ферменттерді инактивациялаудан ерекшеленеді. Қайталанбайтын ингибиторлар әдетте ферменттердің бір класына тән және барлық ақуыздарды белсенділігін жоғалтпайды; олар ақуыз құрылымын жоя отырып емес, олардың белсенді нүктесін нақты өзгертіп жұмыс істейді. Мысалы, рН-нің немесе температураның экстремалды деңгейі әдетте барлық ақуыз құрылымының денатюрациясына әкеледі, бірақ бұл ерекше емес әсер. Сол сияқты кейбір ерекше емес химиялық өңдеулер ақуыздың құрылымын бұзады: мысалы, концентрацияланған тұз қышқылында қыздыру ақуыздарды біріктіретін пептидтік байланыстарды гидролиздеп, еркін амин қышқылдарын босатады. Қайталанбайтын ингибиторлар уақытқа тәуелді ингибицияны көрсетеді, сондықтан олардың әсері IC50 мәндерімен сипаттала алмайды. Себебі, қайтарымсыз ингибитордың берілген концентрациясындағы белсенді ферменттің мөлшері ингибитордың ферментпен қанша уақыт инкубацияланғанына байланысты әртүрлі болады. Оның орнына kobs/[I] мәндері қолданылады, мұнда kobs - байқалатын псевдо бірінші реттік инактивация жылдамдығы (% белсенділіктің уақытқа қатысты логарифмін сызу арқылы алынады) және [I] - ингибитордың концентрациясы. Кобс/[I] параметрі ингибитор ферментпен байлануды қанықтырмаған жағдайда (осы жағдайда kobs = кинакт) жарамды, мұнда кинакт - инактивация жылдамдығы.
Өлшеу
Қайталанбайтын ингибиторлар ең алдымен ферментпен қайталанатын ковалентті емес кешенді (EI немесе ESI) құрайды. Кейіннен фермент пен ингибитор арасында химиялық реакция болып, ковалентті модификацияланған "бұғалсыз кешен" EI* (қайталанбайтын ковалентті кешен) пайда болады. EI* қалыптасатын жылдамдықты инактивация жылдамдығы немесе кинакт деп атайды. Бұл талдауларда кеңінен қолданылатын тағы бір әдіс - массалық спектрометрия. Мұнда модификацияланбаған ензимнің және инактивацияланған ферменттің массасын дәл өлшеу ингибитормен реакциядан пайда болған массаның артуын береді және реакцияның стехиометриясын көрсетеді. Бұл әдетте MALDI TOF массалық спектрометрі арқылы жасалады. Қосымша әдіспен пептидтік массалық саусақ ізін алуда жергілікті және модификацияланған белоктарды трипсин сияқты протеазамен қорытуды қамтиды. Бұл массалық спектрометр арқылы талдауға болатын пептидтер жиынтығын шығарады. Ингибитормен реакциядан кейін массасы өзгерген пептид өзгеру орнын қамтиды.
Баяу байлау
Барлық кері қайтарылмайтын ингибиторлар фермент нысаналарымен ковалентті аддукттер жасамайды. Кейбір кері бұрылатын ингибиторлар мақсатты ферментпен тығыз байланысады, сондықтан олар кері бұрылмауы мүмкін. Бұл тығыз байлану ингибиторлары ковалентті қайтарымсыз ингибиторларға ұқсас кинетиканы көрсете алады. Бұл жағдайларда кейбір ингибиторлар ферментке төмен аффинді EI кешенінде тез байланады, ал бұл өте тығыз байланған EI* кешеніне баяу қайта орналасады (қараңыз "қайталанбайтын ингибициялау механизмі" диаграммасы). Бұл кинетикалық мінез-құлық баяу байланысу деп аталады. Байланыстан кейінгі бұл баяу қайта реттеу көбінесе фермент ингибитор молекуласының айналасына "жапсырылатын" кезде конформациялық өзгерісті қамтиды. Баяу байлану ингибиторларының мысалдары ретінде кейбір маңызды препараттар, мысалы метотрексат, аллопуринол және ацикловирдің белсендірілген түрі.
Кейбір мысалдар
Диизопропилфторфосфат (ДФФ) - кері қайтарылмайтын протеаза ингибиторларының бірі (ҚҚ реакциясы диаграммасын қараңыз). Фермент фосфор- фтор байланысын гидролиздейді, бірақ фосфат қалдықтары белсенді сайттағы серинге байланып, оны өшіреді. Дәл осылай, DFP нейрондардың синапстарындағы ацетилхолин эстеразасының белсенді орнымен реакцияға түседі, сондықтан ол 100 мг- дан аз өлтіретін дозасы бар күшті нейротоксин болып табылады. Өзін- өзі ингибициялау - ингибиторды фермент белсенді орнында реактивті түрге айналдыратын қайталанбайтын ингибицияның ерекше түрі. Мысалы, полиамин биосинтезінің ингибиторы α дифлюорометилорнитин (DFMO) - амин қышқылы орнитиннің аналогы, ол африкалық трипаносомозды (ұйқы ауруын) емдеуде қолданылады. Орнитин декарбоксилазасы орнитиннің орнына DFMO декарбоксиллануын катализдей алады ("DFMO ингибиторының механизмі" диаграммасын қараңыз). Декарбоксилдендіру реакциясынан кейін фтор атомы шығарылады, бұл каталитикалық аралық зат конъюгацияланған иминге, жоғары электрофилді түрге айналады. Бұл реактивті DFMO түрі белсенді сайттағы цистеин немесе лизин қалдықтарымен әрекеттесіп, ферментті кері қайтарымсыз инактивациялайды.
Қолданбалар
Фермент ингибиторлары табиғатта кездеседі, сонымен қатар олар зертханада жасанды түрде өндіріледі. Табиғи түрде кездесетін фермент ингибиторлары көптеген зат алмасу процестерін реттейді және тіршілік үшін өте қажет. Бұл табиғи токсиндер белгілі ең улы заттардың бірі болып табылады. Жасанды ингибиторлар көбінесе дәрі ретінде қолданылады, бірақ олар малатион сияқты инсектицидтер, глифосат сияқты гербицидтер немесе триклозан сияқты дезинфекциялау құралдары болуы мүмкін. Басқа да жасанды фермент тежегіштер ацетилхолинестеразаны, ацетилхолинді ыдырататын ферментті, бөгеп, химиялық соғыста жүйке заттары ретінде қолданылады.
Метаболизмді реттеу
Ферменттерді ингибициялау - жасушалардағы метаболистік жолды бақылаудың жалпы белгісі. Бұл катаболикалық жол глюкозаны тұтынады және АТФ, НАДГ және пируватты өндіреді. Гликолизді реттеудің негізгі кезеңі - фосфофруктокиназа1 (PFK1) катализациялайтын жолдағы ерте реакция. АТФ деңгейі көтерілгенде, АТФ фермент реакциясының жылдамдығын төмендету үшін PFK1- дегі аллостерикалық сайтқа байланады; гликолиз ингибицияланады және АТФ өндірісі төмендейді. Бұл теріс кері байланыс бақылау клеткада АТФ тұрақты концентрациясын сақтауға көмектеседі. Алайда, метаболизм жолдары тек тежеу арқылы ғана реттелмейді, өйткені ферменттерді белсендіру де маңызды. PFK1- ге қатысты фруктоза 2, 6 бифосфат пен АДФ аллостерикалық активаторлардың метаболиттерінің мысалдары болып табылады. Физиологиялық ферменттерді ингибициялауды арнайы белок ингибиторлары да туғыза алады. Бұл механизм сірелі қабықшада пайда болады, ол зимогендер деп аталатын көптеген ас қорыту прекурсорлық ферменттерін синтездейді. Олардың көпшілігі трипсин протеазасымен белсендіріледі, сондықтан ағзаның өзін-өзі қорытуын болдырмау үшін трипсиннің белсенділігін без без безінде тежеу маңызды. Трипсиннің белсенділігін бақылаудың бір жолы - бұл без без безінде спецификалық және күшті трипсин ингибиторы ақуызын өндіру. Бұл ингибитор трипсинге қатты байланады, бұл трипсиннің ағзаға зиянды әсерін болдырмайды. Трипсин ингибиторы ақуыз болса да, ол суды трипсиннің белсенді орнынан алып тастау және ауысу күйін тұрақсыздандыру арқылы протеазаның субстрат ретінде гидролизденуінен аулақ болады. Физиологиялық ферменттердің ингибитор ақуыздарының басқа мысалдары бактериялық рибонуклеаза барназасының барстар ингибиторы.
Табиғи улы заттар
Жануарлар мен өсімдіктер улы заттардың кең ауқымын синтездеу үшін эволюция жасады, соның ішінде екіншілік метаболиттер, пептидтер және ингибитор ретінде әрекет ететін ақуыздар бар. Табиғи токсиндер әдетте шағын органикалық молекулалар болып табылады және олар соншалықты әртүрлі, сондықтан көптеген метаболикалық процестердің табиғи ингибиторлары бар. Табиғи улардың нысанасы болып табылатын зат алмасу процестері зат алмасу жолдарының ферменттерін ғана қамтымайды, сонымен қатар клеткадағы рецептор, канал және құрылымдық белок функцияларының тежелуін қамтиды. Мысалы, Тынық мұхит аралас ағашындағы органикалық молекула - паклитаксел (таксол) тубулин димерлеріне тығыз байланады және цитоскелеттегі микротубульдерге олардың құрастырылуын тежейді. Көптеген табиғи улар нейротоксиндер ретінде әрекет етеді, олар параличке әкеліп соқтырады, ол өлімге әкеледі және жыртқыш аңдардан қорғану немесе аң аулау мен олжалау үшін қызмет етеді. Табиғи ингибиторлардың кейбіреулері, олардың уытты қасиеттеріне қарамастан, терапиялық мақсатта төмен дозада пайдалы. Нейротоксиннің мысалы - ацетилхолинестераз ингибиторлары болып табылатын Solanaceae тұқымдасына жататын өсімдік түрлерінен (картоп, помидор және баклажанды қамтиды) алынған гликоалкалоидтар. Бұл ферменттің ингибициялануы ацетилхолин нейротрансмиттерінің бақылаусыз көбеюіне, бұлшықет парализіне, содан кейін өлімге әкеледі. Нейротоксикалық әсер рецепторларды тежеуден де болуы мүмкін; мысалы, мыскариндік ацетилхолин рецепторларының бәсекелестік антагонист ретінде жұмыс істейтін өлімге әкелетін түнгі көлеңкеден (Atropa belladonna) алынған атропин. Табиғи токсиндердің көпшілігі екіншілік метаболиттер болса да, бұл уларға пептидтер мен ақуыздар да кіреді. Токсикалық пептидтің мысалы - альфа-аманитин, ол өлім шапкасы саңырауқұлағының туыстарында кездеседі. Бұл - қуатты фермент ингибиторы, бұл жағдайда РНК полимераза II ферментінің ДНК- ні транскрипциялауына кедергі келтіреді. Шыңжаңның микроцистин токсині де пептид болып табылады және ол белок фосфатазаларының ингибиторы болып табылады. Бұл токсин балдырлар гүлденгеннен кейін су қорын ластауы мүмкін және ол канцерогенді зат ретінде белгілі, сондай-ақ жоғары дозада бауырдың қан кетуіне және өлімге әкелуі мүмкін. Белдіктер табиғи улар немесе антинутриенттер болуы мүмкін, мысалы, кейбір бағбандаларда кездесетін трипсин ингибиторлары (жоғарыда "метаболизмді реттеу" бөлімінде талқыланды). Токсиндердің аз таралған класы - улы ферменттер: олар мақсатты ферменттердің кері қайтарылмайтын ингибиторлары ретінде әрекет етеді және олардың субстрат ферменттерін химиялық түрде өзгертіп жұмыс істейді. Мысалы, рицин - касторовый майдың тұқымдарында кездесетін өте күшті ақуыздық токсин. Бұл фермент - рибосомаларды белсенділігін жоғалтатын гликозидаза. Рицин - каталитикалық қайтарымсыз ингибитор болғандықтан, тек бір молекуласы ғана клетканы өлтіре алады.
Есірткілер
Энзим ингибиторларының ең көп таралған қолданылуы ауруларды емдеу үшін дәрі ретінде қолданылады. Бұл ингибиторлардың көбі адам ферментін нысанаға алады және патологиялық жағдайды түзетуді мақсат етеді. Мысалы, аспирин - циклооксигеназа ферментінің өзін-өзі өлтіру ингибиторы ретінде әрекет ететін кеңінен қолданылатын дәрі. 2017 жылы бекітілген дәрілердің шамамен 29% фермент тежегіштері болып табылады. Киназалық дәрілердің маңызды бір класы рецепторлы тирозинкиназалар болып табылады, олар жасушалардың өсуін реттейтін маңызды ферменттер; олардың шамадан тыс белсенділігі қатерлі ісікке әкелуі мүмкін. Сондықтан имматиниб сияқты киназа ингибиторлары қатерлі ісіктерді емдеуде жиі қолданылады. Янус киназалары дәрілік ферменттердің тағы бір көрнекті мысалы болып табылады. Янус-киназаларының ингибиторлары қабыну цитокиндерінің өндірісін тежейді, сондықтан бұл ингибиторлар әр түрлі қабыну ауруларын емдеуде қолданылады, соның ішінде артрит, астма және Крон ауруы. Кейбір ингибиторлардың олардың нысанасы болып табылатын ферменттердің субстраттарына құрылымдық ұқсастығының мысалы метотрексат препаратты фолий қышқылымен салыстыратын суретте көрсетілген. Фол қышқылы - метотрексатпен күшті ингибицияланатын фермент - дигидрофолат редуктазаның субстратының окистенген түрі. Метотрексат дигидрофолат редуктазаның әсерін тежеп, тимидин биосинтезін тоқтатады. Эректильді дисфункцияны емдеудің кең таралған әдісі - силденафил (Виагра). Бұл қосылыс циклді гуанозин монофосфатының сигналды молекуласын ыдырататын фермент - cGMP спецификалық фосфодиэстеразаның 5- түрінің күшті ингибиторы болып табылады. Бұл сигнал молекуласы тегіс бұлшықеттердің сергітуін іске қосып, қанның каверноз денеге ағып кетуіне мүмкіндік береді, бұл эрекцияны тудырады. Препарат сигналды тоқтататын ферменттің белсенділігін төмендетеді, сондықтан бұл сигнал ұзақ уақытқа созылады.
Антибиотиктер
Дәрі-дәрмектер патогендердің тіршілік етуіне қажетті ферменттерді тежеуге де қолданылады. Мысалы, бактериялар пептидогликан деп аталатын тор тәрізді полимерден жасалған қалың жасуша қабырғасымен қоршалған. Пенициллин мен ванкомицин сияқты көптеген антибиотиктер осы полимердің талшықтарын біріктіретін ферменттерді тежеп, содан кейін оларды өзара байланыстырады. Бұл жасуша қабырғасының күшін жоғалтып, бактериялардың жарылуына әкеледі. Суретте пенициллин молекуласы (тобық және таяқша түрінде) өзінің нысанасына, Streptomyces R61 бактериясының транспептидазасына байланған (белок таспалық диаграмма түрінде көрсетілген). Адамда патогеннің тіршілік етуіне қажетті фермент болмаған немесе оның ерекшелігі болған кезде антибиотикті жасау жеңілдетіледі. Адам пептидогликанды өзі өндірмейді, сондықтан бұл процесті тежейтін антибиотиктер бактерияларға таңдамалы түрде улы әсер етеді. Антибиотиктерде селективті улану бактериялардағы рибосомалардың құрылымындағы немесе май қышқылдарын қалай жасайтын айырмашылықтарды пайдалану арқылы да пайда болады.
Вирусқа қарсы дәрілер
Вирустық инфекцияларды емдеуде вирустардың көбеюіне қажетті ферменттерді тежейтін дәрілер тиімді. Вирусқа қарсы препараттарға ВИЧ/ СПИД және С гепатитін емдеуге арналған протеаза ингибиторлары, ВИЧ/ СПИД- ті нысанаға алған кері транскриптаза ингибиторлары, тұмауды нысанаға алған нейраминидаза ингибиторлары және адам цитомегаловирусын нысанаға алған терминаза ингибиторлары жатады.
Пестицидтер
Көптеген пестицидтер ферменттерді тежеуші болып табылады. Ацетилхолинестераз (AChE) - жануарларда, жәндіктерден адамға дейін кездесетін фермент. Ол жүйке клеткаларының функциясы үшін аса маңызды, себебі нейротрансмиттер ацетилхолинді оның құрамдас бөліктеріне, ацетат пен холинге бөледі. Бұл нейротрансмиттерлер арасында біршама ерекше, өйткені олардың көпшілігі, соның ішінде серотонин, допамин және норадреналин, синпстік жарылудан емес, сіңіріледі. АХЕ ингибиторларының көп бөлігі медицинада да, ауыл шаруашылығында да қолданылады. Миастения грависті емдеуде және бұлшықет блокадасын кері қайтару үшін анестезияда эдрофониум, физостигмин және неостигмин сияқты кері қайтаратын бәсекелестік ингибиторлары қолданылады. Карбаматты пестицидтер де кері қайтарылатын АХЕ ингибиторларының үлгілері болып табылады. Малатион, паратион және хлорпирифос сияқты органофосфатты пестицидтер ацетилхолинестеразаны кері қайтарымсыз тежейді.
Гербицидтер
Гербицид глифосат 3 фосфошимат-1 карбоксивинилтрансферазаның ингибиторы болып табылады, басқа гербицидтер, мысалы сульфонилсуреялар ацетолактат синтеза ферментін ингибируі мүмкін. Бұл ферменттердің екеуі де өсімдіктердің тармақталған тізбектегі амин қышқылдарын жасау үшін қажет. Гербицидтер көптеген басқа ферменттерді, соның ішінде липидтер мен каротиноидтардың биосинтезіне, фотосинтез және окистенуші фосфорилирлеу процестеріне қажетті ферменттерді тежейді.
Ашылу және жобалау
Жаңа дәрілер ұзақ уақыт бойы дәрі-дәрмектерді әзірлеу процесінің нәтижесі болып табылады, оның алғашқы қадамы жаңа фермент ингибиторын табу болып табылады. Бұл ингибиторларды анықтаудың екі негізгі әдісі бар. Бірінші жалпы әдіс - фермент катализациялаған химиялық реакцияның өтпелі күйін еліктеуге негізделген дәрі-дәрмекті ұтымды жобалау. Әдетте, жобаланған ингибитор субстратқа өте ұқсас болады, бірақ химиялық реакцияға ұшыраған субстраттың бөлігі химиялық тұрақты функционалдық топпен ауыстырылады, ол өтпелі күйге ұқсас. Фермент өтпелі күйді тұрақтандыру үшін дамығандықтан, өтпелі күйдегі аналогтар, әдетте, субстратқа қарағанда ферментке жоғары аффиндікке ие және сондықтан тиімді ингибиторлар болып табылады. Жаңа фермент тежегіштерін табудың екінші жолы - ферментке байласатын әсерлі молекулаларды анықтау үшін құрылымды әртүрлі қосылыстардың үлкен кітапханаларын іріктеу. Бұл әдіс компьютерлерді пайдалана отырып, әртүрлі молекулалардың дерекқорын виртуалды скринингке қосу үшін кеңейтілді, содан кейін виртуалды скринингтің түйісуін эксперименттік растау жүргізіледі. Ингибиторларға жаңа бастамалық нүктелер ұсына алатын қосымша тәсілдерге фрагментке негізделген қорғасынды табу және ДНК кодталған химиялық кітапханалар (DEL) кіреді. Жоғарыда аталған тәсілдердің кез келгенінен алынған әсерлер ферментті тиімді ингибиретін жоғары аффинитетті байланыстырушы заттарға оңтайландырылуы мүмкін. Оптимизациялау процесінде көмек көрсету үшін молекулалық докинг және молекулалық механика сияқты ингибитордың ферментке байланысты бағытын және аффинитетін болжаудың компьютерлік әдістерін қолдануға болады. Ингибитордың белсенді орнына молекуланың қалай байлағанын көрсету үшін ингибитор/инзим кешеніндегі ферменттің кристаллографиялық құрылымын алу үшін жаңа ингибиторлар қолданылады, бұл ингибиторға өзгерістер енгізуге мүмкіндік береді. Бұл сынақ және жетілдіру циклы жеткілікті күшті ингибитор өндірілгенге дейін қайталанады.