[S] v' [I] [1] Kompetitív gátlás

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "[S] v' [I] [1] Kompetitív gátlás"

Csongor Kocsis
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 8. Szeminárium Enzimkinetika II. Jelen szeminárium során az enzimaktivitás szabályozásával foglalkozunk. Mivel a klinikai gyakorlatban használt gyógyszerhatóanyagok jelentős része enzimgátló hatással bír (inhibitorok), elsősorban a gátló mechanizmusokra fogunk összpontosítani. Az enzimek gyógyszerekkel történő gátlása több különböző mechanizmussal is megvalósulhat. A legegyszerűbb esetben a hatóanyag molekuláris szerkezete nagyon hasonlít a természetes szubsztrát szerkezetéhez, így azzal versengve az enzim szubsztrátkötő helyéhez képes kötődni anélkül, hogy a kötődés bármilyen katalitikus aktivitást váltana ki (kompetitív gátlás). Ezzel ellentétben, nonkompetitív gátlás esetén a gátlószer (inhibitor) a szubsztrátkötő helytől eltérő helyen kötődik az enzimhez. Ennek következtében az enzim inhibitor komplex továbbra is képes lesz ugyan megkötni a természetes szubsztrátot, azonban nem képes azt termékké átalakítani. A nonkompetitív gátlószerek általában nem, vagy csak kis mértékben mutatnak szerkezeti hasonlóságot a szubsztráttal. A fent tárgyalt gátló mechanizmusok két szélsőséges esetet mutatnak be, amelyeknek számos átmeneti típusa is megvalósulhat az élő szervezetben, ezek részletezése azonban túlmutat a szeminárium keretein. A következő fejezetekben tehát csak a kompetitív gátlást [1] (a gátlószer és a szubsztrát azonos kötőhelyért verseng) és a nonkompetitív gátlást [2] (a gátlószer és a szubsztrát nem befolyásolják egymás kötődését) tárgyaljuk. A gyakorlatban számos inhibitor hatásmechanizmusa jól leírható a két modell valamelyikével. A továbbiakban az alábbi jelöléseket fogjuk alkalmazni: v, K m és V max, amelyek az inhibitor hiányában mért kinetikai paramétereket jelölik (nem gátolt enzim esetén), v', K m ' és V max ', amelyek az inhibitor jelenlétében mérhető látszólagos kinetikai paraméterek jelölik (gátolt enzim esetén). [S] és [I] rendre a kezdeti szubsztrát és gátlószer koncentrációkat jelölik. K I az inhibíciós állandó, amely az enzim inhibitor komplex disszociációs állandóját tükrözi. IC 50 a klinikai gyakorlatban gyakran alkalmazott mutató, amely az 50% os enzimgátláshoz szükséges inhibitorkoncentrációt jelöli. [1] Kompetitív gátlás Kinetikailag a kompetitív gátlás az alábbi reakcióséma (balra) szerint írható le. Állandó inhibitorkoncentráció ([I]) mellett a reakciósebesség (v') szubsztrátkoncentrációtól ([S]) való függése továbbra is hiperbolával írható le az alábbi egyenlet szerint (jobbra): V max [S] v' K m' [S] [I] K m' Km 1 K I 1

2 Ez az egyenlet formailag megegyezik a nem gátolt enzim kinetikáját leíró Michaelis Menten egyenlettel, kivéve, hogy K m látszólagos értéke megváltozik. K m ' kifejezéséből látható, hogy K m ' > K m (pl. ha [I]=K I, akkor K m '=2 K m ). Ezzel szemben a V max értékét a kompetitív gátlószer nem befolyásolja. A kompetitív gátlószer hatása a katalitikus aktivitásra a szubsztrátkoncentráció reakciósebesség grafikon segítségével szemléltethető: Az ún. gátlás hányad (1 v'/v) azt fejezi ki, hogy az inhibitor jelenléte az enzim aktivitását annak hányad részével csökkenti. Kompetitív gátlás esetén a gátlás hányad a szubsztrátkoncentráció emelésével csökken (azaz [S] >> K m ' esetén az enzim aktivitás hányada (v'/v) 1 hez közelít, mivel ilyenkor a szubsztrát leszorítja a gátlószert az enzimről). [2] Nonkompetitív gátlás Enzimkinetikai szempontból a nonkompetitív gátlás az alábbi reakcióséma (balra) szerint írható le. Állandó inhibitorkoncentráció ([I]) mellett a reakciósebesség (v') szubsztrátkoncentrációtól ([S]) való függése továbbra is hiperbolikus, és az alábbi egyenlettel írható le (jobbra): V v' K max m ' [S] [S] [I] V max' Vmax 1 K I -1 Ebben az esetben csak a V max látszólagos értéke változik a nem gátolt enzimreakcióhoz képest. V max ' kifejezéséből látható, hogy V max ' < V max (pl. ha [I]=K I, akkor V max '=V max /2). K m értékét ezzel szemben a nonkompetitív gátlószer nem befolyásolja. A katalitikus aktivitás változása nonkompetitív gátlószer jelenlétében a szubsztrátkoncentráció reakciósebesség grafikonon ábrázolható: 2

3 Megjegyzendő, hogy a gátlás hányad nonkompetitív mechanizmus esetén minden szubsztrátkoncentráció mellett azonos (tehát v /v [S] től független állandó, mivel a szubsztrát kötődése nincs hatással a gátlószer kötődésére). [3] Számolási példák 1. Feladat Egy vizsgált enzim K m értéke 10 mm. Két különböző szubsztrátkoncentrációnál a táblázatban feltüntetett reakciósebesség értékeket mértük egy adott gátlószer hiányában (v) ill. annak jelenlétében (v ). Meghatároztuk továbbá, hogy a gátlószer jelenlétében az enzim V max ' értéke 80 mm/min. Állapítsa meg a gátlási mechanizmus típusát! [S] (mm) v (mm/min) v' (mm/min)

4 2. Feladat Két különböző szubsztrátkoncentrációnál az alábbi reakciósebességeket mérjük egy adott gátlószer hiányában (v) ill. jelenlétében (v ). Állapítsa meg a gátlás mechanizmusát, feltételezve, hogy a mért értékek pontosak! [A gyakorlatban a kísérleti hibákból adódó pontatlanságok miatt a gátlás mechanizmusát számos különböző szubsztrátkoncentráció mellett végzett mérésekből lehet megbízhatóan meghatározni. Elméletileg azonban a két alapvető mechanizmus már két különböző szubsztrátkoncentráció mellett, gátlószer nélkül illetve annak jelenlétében mért reakciósebességek alapján megkülönböztethető.] [S] (mm) 5 40 v (mm/min) v' (mm/min) Feladat Az előző példában a gátlószert [I] = 4 mm koncentrációban alkalmaztuk. Mennyi a gátlószer K I értéke? Mennyi az IC 50 értéke a két említett szubsztrátkoncentráció mellett? 4

5 4. Feladat Különböző szubsztrátkoncentrációk mellett a táblázatban feltüntetett reakciósebesség értékeket mérjük egy adott gátlószer hiányában (v) ill. jelenlétében (v ). Állapítsa meg a gátlás mechanizmusát, feltételezve, hogy a mért reakciósebesség értékek pontosak! [S] (mm) v ( M/min) 1, v' ( M/min) 0,79 1,5 8, Feladat Az előző példában a gátlószert [I] = 2 mm koncentrációban alkalmaztuk. Mennyi a gátlószer K I értéke? Mennyi az IC 50 értéke a táblázatban szereplő négy szubsztrátkoncentráció esetén? 5

6 További számolási példák otthoni gyakorlásra: 6. Feladat Oldja meg a 2. számolási példát grafikus úton: ábrázolja a nem gátolt és a gátolt enzim vizsgálatakor mért eredményeket Lineweaver Burk féle grafikonon, és illesszen egyenest az adatpárokra! Becsülje meg a K m, V max, K m ' és V max ' értékeket az x és y tengelymetszetek alapján! 7. Feladat Oldja meg a 4. számolási példát grafikus úton: ábrázolja mind a nem gátolt mind a gátolt enzim utolsó három adatpontját Michaelis Menten grafikon formájában! Mind a két adatsorra illesszen hiperbolát! Becsülje meg a K m, V max, K m ' és V max ' értékeket! (Egyszerű manuális görbe illesztés elegendő a paraméterek közelítő becsléséhez.) 8. Feladat Egy vizsgált enzim K m értéke 10 mm, míg egy kompetitív inhibitorának K I értéke 1 mm. 20 mm szubsztrátkoncentráció mellett mennyi ennek a gátlószernek az IC 50 értéke? 9. Feladat Egy vizsgált enzim K m értéke 10 mm, míg egy nonkompetitív inhibitorának K I értéke 1 mm. 20 mm szubsztrátkoncentráció mellett mennyi ennek a gátlószernek az IC 50 értéke? 6

7 ok: 1. Feladat: kompetitív (V max = 80 mm, K m ' = 14,2 mm, tehát K m ' > K m és V max ' = V max ) 2. Feladat: kompetitív (K m = 10 mm, V max = 120 mm/min, K m ' = 20 mm, V max ' = 120 mm/min, tehát K m ' > K m és V max ' = V max ). Megjegyzés: v'/v függ a [S] tól! 3. Feladat: K I = 4 mm, [S] = 5 mm esetén IC 50 = 6 mm, [S] = 40 mm esetén IC 50 = 20 mm 4. Feladat: nonkompetitív (K m = 1 mm, V max = 22 M/min, K m ' =1 mm, V max ' = 16,5 M/min; tehát K m ' = K m és V max ' < V max ). Megjegyzés: v'/v független a [S] tól! 5. Feladat: K I = 6 mm, IC 50 = 6 mm. Megjegyzés: IC 50 nem függ a [S] tól! 6. Feladat: lásd 2. Feladat 7. Feladat: lásd 4. Feladat 8. Feladat: [S] = 20 mm mellett IC 50 = 3 mm 9. Feladat: IC 50 = K I = 1 mm 7

Hasonló dokumentumok

VEBI BIOMÉRÖKI MŰVELETEK

VEBI BIOMÉRÖKI MŰVELETEK VEB BOMÉRÖK MŰVELETEK Műszaki menedzser BSc hallgatók számára 3 + 1 + 0 óra, részvizsga Előadó: dr. Pécs Miklós egyetemi docens Elérhetőség: F épület, FE lépcsőház földszint 1 (463-) 40-31 pecs@eik.bme.hu