Введение

Неконкурентное ингибирование (которое Лайдлер и Бантинг предпочли называть антиконкурентным ингибированием, но этот термин не получил широкого распространения) – это тип ингибирования, при котором кажущиеся значения параметров Михаэлиса–Ментен *Km* и *Vmax* уменьшаются в одинаковой пропорции. Его можно идентифицировать по двум признакам: во-первых, его нельзя устранить, увеличивая концентрацию субстрата, а во-вторых, линейные графики демонстрируют влияние на *Km* и *Vmax*, которое, например, в графике Линевейвера–Берка проявляется в виде параллельных, а не пересекающихся линий. Иногда это объясняют тем, что ингибитор способен связываться с фермент-субстратным комплексом, но не со свободным ферментом. Этот механизм встречается относительно редко, и на практике неконкурентное ингибирование чаще всего наблюдается как предельный случай ингибирования в реакциях с двумя субстратами, где концентрация одного субстрата изменяется, а концентрация другого поддерживается на уровне насыщения.

Последствия и применение в биологических системах

Уникальные особенности неконкурентного ингибирования обуславливают разнообразные последствия для проявления ингибирования в биологических и биохимических системах. Неконкурентное ингибирование встречается в биологических системах в различных формах. Более того, часто становится очевидным, что свойства ингибирования, свойственные неконкурентным ингибиторам, такие как их максимальная эффективность при высоких концентрациях субстрата, необходимы для нормального функционирования некоторых важных процессов в организме.

Участие в механизмах рака

Неконкурентные механизмы вовлечены в развитие определенных типов рака. Было обнаружено, что некоторые человеческие щелочные фосфатазы сверхэкспрессируются при определенных видах рака, и эти фосфатазы часто функционируют посредством неконкурентного ингибирования. Также установлено, что ряд генов, кодирующих человеческие щелочные фосфатазы, неконкурентно ингибируются аминокислотами, такими как лейцин и фенилаланин. Исследования вовлеченных аминокислотных остатков были проведены с целью регулирования активности щелочной фосфатазы и получения более глубоких знаний о ее роли в развитии рака. Кроме того, неконкурентное ингибирование взаимодействует с белком p53, участвующим в трансформации клеток, помогая подавлять активность раковых клеток и предотвращать опухолеобразование при некоторых формах заболевания, поскольку оно ингибирует глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу – фермент пентозофосфатного пути. Одной из сопутствующих функций этого фермента является контроль уровня реактивных форм кислорода, поскольку реактивные виды кислорода должны поддерживаться на соответствующем уровне для обеспечения выживания клеток. Когда концентрация глюкозо-6-фосфата, субстрата фермента, высока, неконкурентное ингибирование фермента становится значительно более эффективным. Эта высокая чувствительность к концентрации субстрата в механизмах рака указывает на неконкурентное, а не смешанное ингибирование, которое проявляет схожие характеристики, но часто менее чувствительно к концентрации субстрата из-за того, что некоторые ингибиторы связываются со свободными ферментами независимо от присутствия субстрата. Наличие неконкурентных ферментов в мембранах также подтверждено в ряде других исследований. Например, при изучении белка ADP-рибозилирующего фактора, участвующего в регуляции мембранной активности, было обнаружено, что брефельдин А, лактоновый противовирусный препарат, захватывает один из промежуточных продуктов белка посредством неконкурентного ингибирования. Это показало, что данный тип ингибирования существует в различных типах клеток и органелл, а не только в патологических клетках. Фактически, брефельдин А был связан с активностью аппарата Гольги и его ролью в регулировании транспорта через клеточную мембрану.

Наличие в зернистом слое мозжечка

Неконкурентное ингибирование может играть роль и в других частях тела. Оно является частью механизма, посредством которого, например, ингибируются N-метил-D-аспартат-глутаматные рецепторы в мозге. В частности, этот тип ингибирования воздействует на гранулярные клетки, составляющие слой мозжечка. Эти клетки обладают упомянутыми рецепторами, и их активность обычно возрастает при употреблении этанола. Это часто приводит к синдрому отмены, если этанол исключается из организма. Различные неконкурентные блокаторы выступают в роли антагонистов этих рецепторов и модифицируют этот процесс, примером чего является ингибитор мемантин. Фактически, в аналогичных ситуациях (связанных с переэкспрессией N-метил-D-аспартат-глутаматных рецепторов, хотя и не обязательно вызванной этанолом), неконкурентное ингибирование помогает нейтрализовать переэкспрессию благодаря своим специфическим свойствам. Поскольку неконкурентные ингибиторы очень эффективно блокируют высокие концентрации субстратов, их характеристики в сочетании с присущими самим рецепторам особенностями приводят к очень эффективной блокировке N-метил-D-аспартат-глутаматных каналов, когда они чрезмерно открыты из-за избытка агонистов.

Примеры неконкурентного торможения

Исследования ингибиторов HSD17B13 на основе фенола показывают неконкурентный механизм ингибирования по отношению к NAD+.