Akompetitivní inhibice

Akompetitivní inhibice (též nazývána antikompetitivní inhibice^[1]) je druh inhibice, kdy se zdánlivé hodnoty Michaelisových parametrů ${\displaystyle V}$ a ${\displaystyle K_{\mathrm {m} }}$ snižují ve stejném poměru.

Lze ji rozpoznat dvěma způsoby: nelze ji zvrátit zvýšením koncentrace substrátu ${\displaystyle a}$ a v Lineweaverově–Burkově grafu vytváří ${\displaystyle V}$ a ${\displaystyle K_{\mathrm {m} }}$ navzájem rovnoběžné čáry.

Akompetitivní inhibice bývá vysvětlována tím, že se v daném případě inhibitor může navázat na komplex enzym-substrát, ale ne na volný enzym. Tento druh mechanismu je méně obvyklý^[2] a objevuje se hlavně jako krajní případ inhibice dvousubstrátových reakcí , kde se koncentrace jednoho substrátu mění a u druhého zůstává na úrovni nasycující enzym.^[3][4]

Tento mechanismus se vyskytuje například při inhibici acetylcholinesterázy terciárními aminy (R₃N). Aminy se na enzym navazují v různých formách, které brání přeměně komplexů acyl-meziprodukt-amin na enzym a produkt.^[5]

Matematický popis

Lineweaverův–Burkův akompetitivní inhibice enzymu

Při antikompetitivní inhibici má rovnice Michaelise–Mentenové tento tvar:^[4]

${\displaystyle v={\frac {Va}{K_{\mathrm {m} }+a(1+i/K_{\mathrm {iu} })}}}$

kde ${\displaystyle v}$ je rychlost při koncentraci substrátu ${\displaystyle a}$ a koncentraci inhibitoru ${\displaystyle i}$, maximální rychlosti ${\displaystyle V}$, Michaelisově konstantě ${\displaystyle K_{\mathrm {m} }}$ a konstantě akompetitivní inhibice ${\displaystyle K_{\mathrm {iu} }}$.

Tato forma je totožná s rovnicí při uvažování zdánlivých kinetických konstant:

${\displaystyle v={\frac {V^{\mathrm {app} }a}{K_{\mathrm {m} }^{\mathrm {app} }+a}}}$

kde ${\displaystyle V^{\mathrm {app} }={\frac {V}{1+i/K_{\mathrm {iu} }}}{\text{ a }}K_{\mathrm {m} }^{\mathrm {app} }={\frac {K_{\mathrm {m} }}{1+i/K_{\mathrm {iu} }}}}$

Hodnota ${\displaystyle V^{\mathrm {app} }}$ and ${\displaystyle K_{\mathrm {m} }^{\mathrm {app} }}$ se při tomto druhu inhibice snižuje ve stejném poměru, což se na Lineweaverově-Burkově grafu projevuje tím, že poměr V a K_m je s inhibitorem stejný jako bez něj.

Následky a význam v biologických systémech

Vlastnosti akompetitivní inhibice v biologických a biochemických systémech mají řadu různých následků. Vlastnosti akompetitivních inhibitorů, jako je největší účinnost za vysokých koncentrací substrátu, jsou důležité pro řadu biologických a biochemických procesů.^[6]

U nádorů

Akompetitivní mechanismy se objevují u některých druhů nádorů. Některé lidské alkalické fosfatázy vykazují u určitých druhů nádorových buněk nadměrnou expresi. Řada genů kódujících lidské alkalické fosfatázy je akompetitivně inhibovaná aminokyselinami, jako jsou leucin a fenylalanin.^[7] Bylo provedeno několik studií využívajících tyto aminokyseliny ke snaze o omezení aktivity alkalických fosfatáz a výzkumu jejich vlivu na nádorové buňky.^[8]

U proteinu P53 akompetitivní inhibice omezuje aktivitu nádorových buněk a brání rozvoji některých druhů nádorů, a to tlumením glukóza-6-fosfátdehydrogenázy, enzymu zapojeného do pentózofosfátového cyklu; tento enzym mimo jiné snižuje koncentraci reaktivních forem kyslíku, jejichž udržení na dostatečně nízké úrovni je pro přežití buňky nezbytné. Při vysokých koncentracích glukóza-6-fosfátu, který je jeho substrátem, je akompetitivní inhibice výrazně účinnější.^[9] Vysoká citlivost na koncentraci substrátu naznačuje, že inhibice probíhá akompetitivně a ne smíšeně, jelikož smíšená inhibice bývá v důsledku vazby části inhibitoru na volný enzym, nezávisle na přítomnosti či nepřítomnosti substrátu, méně citlivá na koncentraci substrátu.^[6]

V membránách buněk a organel

Akompetitivní inhibice je součástí mechanismů řady nemocí, ale může se vyskytovat i v dalších procesech; například se aktivní místa schopná akompetitivní inhibice vyskytují v membránách, kde odstraňování lipidů z buněčných membrán a zvýšení přístupnosti aktivních míst změnami konformací vykazuje podobné účinky jako akompetitivní inhibice (klesají hodnoty ${\displaystyle V}$ i ${\displaystyle K_{\mathrm {m} }}$). V mitochondriálních membránových lipidech se takto snižuje podíl α-helixů v mitochondriích, což vede k omezení činnosti ATPázy obdobně jako akompetitivní inhibicí.^[10]

Přítomnost akompetitivních enzymů v membránách podporují i výsledky řady dalších studií. Při zkoumání ADP-ribosylačního faktoru, podílejícího se na regulaci aktivity membrán, bylo zjištěno, že laktonové antivirotikum brefeldin A vyvolává akompetitivní inhibici jednoho z meziproduktů. Tímto bylo potvrzeno, že se daný druh inhibice vyskytuje u mnoha druhů buněk a organel, ne jen v nemocných. Brefeldin A ovlivňuje aktivitu Golgiho aparátu a jeho zapojení do regulace pohybů přes membrány.^[11]