التثبيط غير التنافسي

التثبيط غير التنافسي هو نوع من تثبيط الإنزيم حيث يقلل المثبط من نشاط الإنزيم ويرتبط بشكل جيد بنفس القدر بالإنزيم سواء كان قد ارتبط بالركيزة أم لا. ^[1] وهذا على عكس التثبيط التنافسي ، حيث تقل تقارب الارتباط بالركيزة في الإنزيم في وجود مثبط.

يمكن أن يرتبط المثبط بالإنزيم سواء تم ربط الركيزة بالفعل أم لا، ولكن إذا كان لديه قدرة أعلى على ربط الإنزيم في حالة واحدة أو أخرى، فإنه يسمى مثبطًا مختلطًا . ^[1]

خلال سنوات عمله كطبيب، قام ليونور مايكلز وصديقه بيتر رونا ببناء مختبر صغير في المستشفى، وعلى مدار خمس سنوات - نجح مايكلز في نشر أكثر من 100 مرة. أثناء بحثه في المستشفى، كان أول من رأى الأنواع المختلفة من التثبيط؛ باستخدام الفركتوز والجلوكوز على وجه التحديد كمثبطات لنشاط المالتاز . يكسر المالتاز المالتوز إلى وحدتين من الجلوكوز . سمحت النتائج من تلك التجربة بتباعد التثبيط غير التنافسي والتنافسي . يؤثر التثبيط غير التنافسي على قيمة k _cat (ولكن ليس K _m ) على أي رسم بياني معين؛ يرتبط هذا المثبط بموقع له خصوصية لجزيء معين. قرر مايكلز أنه عندما يرتبط المثبط، يصبح الإنزيم غير نشط. ^[2]

مثل العديد من العلماء الآخرين في عصرهم، عمل ليونور مايكلز ومود مينتن على تفاعل تم استخدامه لتغيير تركيبة السكروز وتحويله إلى منتجين - الفركتوز والجلوكوز. ^[2] يُطلق على الإنزيم المشارك في هذا التفاعل اسم إنفرتاز ، وهو الإنزيم الذي دعم مايكلز ومينتن حركيته ليكون ثوريًا بالنسبة لحركية الإنزيمات الأخرى. أثناء التعبير عن معدل التفاعل المدروس، استنتجوا معادلة تصف المعدل بطريقة تشير إلى أنه يعتمد في الغالب على تركيز الإنزيم، وكذلك على وجود الركيزة، ولكن إلى حد معين فقط. ^{[2] [3]}

أرسى أدريان جون براون وفيكتور هنري الأساس للاكتشافات في حركية الإنزيم التي اشتهر بها مايكلز ومينتين. ^[4] تصور براون نظريًا الآلية المقبولة الآن لحركية الإنزيم، لكنه لم يكن لديه البيانات الكمية لتقديم ادعاء. ^[4] قدم فيكتور هنري مساهمات كبيرة في حركية الإنزيم أثناء أطروحته للدكتوراه، ومع ذلك فقد افتقر إلى ملاحظة أهمية تركيز أيونات الهيدروجين والتناوب الطفري للجلوكوز. كان هدف أطروحة هنري هو مقارنة معرفته بالتفاعلات المحفزة بالإنزيم بالقوانين المعترف بها في الكيمياء الفيزيائية. ^[2] يُنسب إلى هنري أنه أول من كتب المعادلة المعروفة الآن باسم معادلة مايكلز-مينتين. باستخدام الجلوكوز والفركتوز في التفاعلات الحفزية التي يتحكم فيها المالتاز والإنفرتيز، كانت ليونور مايكلز أول عالمة تميز بين الأنواع المختلفة من التثبيط باستخدام مقياس الرقم الهيدروجيني الذي لم يكن موجودًا في زمن هنري. ^[2]

وبشكل خاص أثناء عملهم على وصف معدل هذا التفاعل، قاموا أيضًا باختبار واستقراء فكرة عالم آخر، فيكتور هنري ، مفادها أن الإنزيم الذي كانوا يستخدمونه كان لديه بعض التقارب لكلا منتجي هذا التفاعل - الفركتوز والجلوكوز. ^{[2] [3]} باستخدام أساليب هنري، أتقن مايكلز ومينتن تقريبًا مفهوم طريقة المعدل الأولي للتجارب ذات الحالة المستقرة. كانوا يدرسون التثبيط عندما وجدوا أن التثبيط غير التنافسي (المختلط) يتميز بتأثيره على k _cat (معدل المحفز) بينما يتميز التثبيط التنافسي بتأثيره على السرعة (V). ^[2] في تجارب مايكلز ومينتن، ركزوا بشكل كبير على تأثيرات الرقم الهيدروجيني للإنفرتاز باستخدام أيونات الهيدروجين. ^[2] الإنفرتاز هو إنزيم موجود في الخميرة خارج الخلية ويحفز التفاعلات عن طريق التحلل المائي أو عكس السكروز (خليط من السكروز والفركتوز) إلى " سكر معكوس ". كان السبب الرئيسي لاستخدام الإنفرتاز هو أنه يمكن تحليله بسهولة ويمكن إجراء التجارب بطريقة أسرع. يدور السكروز في مقياس الاستقطاب على شكل دكستراتوري-D بينما السكر المقلوب هو ليفوروتاتوري-L. هذا جعل تتبع انعكاس السكر بسيطًا نسبيًا. وجدوا أيضًا أن الجلوكوز α-D يتم إطلاقه في التفاعلات التي يحفزها الإنفرتاز وهو غير مستقر للغاية ويتغير تلقائيًا إلى جلوكوز β-D . ^[4] على الرغم من أن كلاهما في شكل دكستروتاتوري، إلا أن هذا هو المكان الذي لاحظوا فيه أن الجلوكوز يمكن أن يتغير تلقائيًا، والمعروف أيضًا باسم التدوير الطفري. كان الفشل في أخذ هذا في الاعتبار أحد الأسباب الرئيسية لفشل تجارب هنري. باستخدام الإنفرتاز لتحفيز انعكاس السكروز، يمكنهم معرفة مدى سرعة تفاعل الإنزيم عن طريق الاستقطاب؛ لذلك، وجد أن التثبيط غير التنافسي يحدث في التفاعل حيث يتم عكس السكروز باستخدام الإنفرتاز. ^[2]

من المهم ملاحظة أنه في حين أن جميع المثبطات غير التنافسية ترتبط بالإنزيم في مواقع غير تنافسية (أي مواقع أخرى غير موقعه النشط ) - فليس كل المثبطات التي ترتبط بالمواقع غير التنافسية هي مثبطات غير تنافسية. ^[1] في الواقع، قد تعمل المثبطات غير التنافسية كمثبطات تنافسية أو غير تنافسية أو غير تنافسية . ^[1]

تستمر العديد من المصادر في دمج هذين المصطلحين، ^[5] أو تحديد تعريف التثبيط التآزري باعتباره تعريفًا للتثبيط غير التنافسي.

إن نماذج التثبيط غير التنافسي تمثل نظامًا حيث يمكن أن يرتبط كل من المثبط والركيزة بالإنزيم في أي وقت معين. وعندما يرتبط كل من الركيزة والمثبط، لا يمكن لمجمع الإنزيم-الركيزة-المثبط تكوين منتج ويمكن تحويله فقط مرة أخرى إلى مجمع الإنزيم-الركيزة أو مجمع الإنزيم-المثبط. ويتميز التثبيط غير التنافسي عن التثبيط المختلط العام في أن المثبط له نفس التقارب للإنزيم ومجمع الإنزيم-الركيزة.

على سبيل المثال، في تفاعلات تحلل الجلوكوز المحفزة بالإنزيمات ، يتم تحفيز الفوسفوإينول المتراكم بواسطة بيروفات كيناز إلى بيروفات . الألانين هو حمض أميني يتم تصنيعه من بيروفات كما يثبط إنزيم بيروفات كيناز أثناء تحلل الجلوكوز. الألانين هو مثبط غير تنافسي، وبالتالي فهو يرتبط بعيدًا عن الموقع النشط بالركيزة حتى تظل المنتج النهائي. ^[6]

مثال آخر على التثبيط غير التنافسي هو الهكسوكيناز المثبط للجلوكوز 6 فوسفات في الدماغ. تحتوي الكربونات 2 و 4 على الجلوكوز 6 فوسفات على مجموعات هيدروكسيل ترتبط مع الفوسفات عند الكربون 6 بمجمع مثبط الإنزيم. يختلف الركيزة والإنزيم في مجموعاتهما التي يرتبط بها المثبط. إن قدرة الجلوكوز 6 فوسفات على الارتباط في أماكن مختلفة في نفس الوقت تجعله مثبطًا غير تنافسي. ^[7]

تتضمن الآلية الأكثر شيوعًا للتثبيط غير التنافسي الارتباط العكسي للمثبط بموقع غير متآزر ، ولكن من الممكن أن يعمل المثبط عبر وسائل أخرى بما في ذلك الارتباط المباشر بالموقع النشط. ويختلف عن التثبيط التنافسي في أن ارتباط المثبط لا يمنع ارتباط الركيزة، والعكس صحيح، ولكنه ببساطة يمنع تكوين المنتج لفترة محدودة.

يقلل هذا النوع من التثبيط من الحد الأقصى لمعدل التفاعل الكيميائي دون تغيير تقارب الارتباط الظاهري للحافز للركيزة (Km _app ^- انظر حركية ميكايليس-مينتن ). عند إضافة مثبط غير تنافسي يتغير Vmax، بينما يظل Km دون تغيير. وفقًا لمخطط Lineweaver-Burk، يتم تقليل Vmax أثناء إضافة مثبط غير تنافسي، والذي يظهر في المخطط من خلال التغيير في كل من المنحدر والتقاطع y عند إضافة مثبط غير تنافسي. ^[8]

الفرق الأساسي بين التثبيط التنافسي وغير التنافسي هو أن التثبيط التنافسي يؤثر على قدرة الركيزة على الارتباط عن طريق ربط مثبط بدلاً من الركيزة، مما يقلل من تقارب الإنزيم للركيزة. في التثبيط غير التنافسي، يرتبط المثبط بموقع غير متآزر ويمنع معقد الإنزيم والركيزة من إجراء تفاعل كيميائي. هذا لا يؤثر على Km (تقارب) الإنزيم (للركيزة). يختلف التثبيط غير التنافسي عن التثبيط غير التنافسي في أنه لا يزال يسمح للركيزة بالارتباط بمعقد الإنزيم والمثبط وتكوين معقد إنزيم-ركيزة-مثبط، هذا ليس صحيحًا في التثبيط غير التنافسي، فهو يمنع الركيزة من الارتباط بمثبط الإنزيم من خلال التغيير التكويني عند الارتباط غير المتآزر.

في وجود مثبط غير تنافسي، تكون تقارب الإنزيم الظاهري مكافئًا للتقارب الفعلي. من حيث حركية ميكايليس-مينتن ، Km ^app = Km _. يمكن اعتبار هذا نتيجة لمبدأ لوشاتيليه لأن المثبط يرتبط بكل من الإنزيم _ومجمع الإنزيم-الركيزة بالتساوي بحيث يتم الحفاظ على التوازن. ومع ذلك، نظرًا لأن بعض الإنزيمات يتم تثبيطها دائمًا من تحويل الركيزة إلى منتج، فإن تركيز الإنزيم الفعال ينخفض.

رياضيا،

${\displaystyle V_{max}^{app}={\frac {V_{max}}{1+{\frac {[I]}{K_{I}}}}}}$

${\displaystyle {ظاهري\ [E]_{0}}={\frac {[E]_{0}}{1+{\frac {[I]}{K_{I}}}}}}}$

تشمل مثبطات إنزيم CYP2C9 غير التنافسية نيفيديبين ، وترانيلسيبرومين ، وفينيثيل إيزوثيوسيانات ، و6-هيدروكسي فلافون. تشير محاكاة الالتحام الحاسوبي والطفرات المبنية المستبدلة إلى أن موقع الارتباط غير التنافسي لـ6-هيدروكسي فلافون هو موقع الارتباط غير التنافسي لإنزيم CYP2C9 . ^[9]