Коротко — основа (модель Михаэлиса–Ментен).
- Механизм: $E+S\stackrel{k_1}{\underset{k_{-1}}{\rightleftharpoons }}ES\stackrel{k_{\mathrm{cat}}}{}E+P$.
- Константы: $K_m=\frac{k_{-1}+k_{\mathrm{cat}}}{k_1}$, $V_{\max }=k_{\mathrm{cat}}[E{]}_{\mathrm{tot}}$.
- Уравнение Михаэлиса–Ментен: $v=\frac{V_{\max }[S]}{K_m+[S]}$.
Как ингибиторы меняют параметры (и зачем это важно для регуляции).
1) Конкурентный ингибитор
- Механизм: $I$ конкурирует с $S$ за активный центр (биндится к $E$, но не к $ES$).
- Эффект на параметры: $V_{\max }$ не меняется, $K_{m,\mathrm{app}}$ увеличивается. Формула: $K_{m,\mathrm{app}}=K_m\left(1+\frac{[I]}{K_i}\right)$, $V_{\max ,\mathrm{app}}=V_{\max }$.
- На графиках: на прямой Лайнвивера—Бёрка линии пересекаются в одной точке на оси $y$ (одиначный $1/V_{\max }$).
- Физиологический смысл: конкурентные ингибиторы эффективны при низких $[S]$ — их действие можно преодолеть увеличением $[S]$. Часто встречаются при лекарственном блоке фермента-субстрата; в регуляции — конкуренция за общие сайты может давать быстро обратимую регуляцию активности.
2) Неконкурентный (и смешанный) ингибитор
- Механизм (чистый неконкурентный): $I$ связывается и с $E$, и с $ES$ с одинаковым сродством; в общем смешанном случае сродства различается.
- Обобщённая запись (вводим $\alpha =1+\frac{[I]}{K_i}$, ${\alpha }^{\prime }=1+\frac{[I]}{K_i^{\prime }}$):
$v=\frac{V_{\max }[S]}{\alpha K_m+{\alpha }^{\prime }[S]}$.
- Чистый неконкурентный ( $\alpha ={\alpha }^{\prime }$ ): $K_{m,\mathrm{app}}=K_m$, $V_{\max ,\mathrm{app}}=\frac{V_{\max }}{\alpha }$.
- Смешанный: и $K_m$, и $V_{\max }$ меняются (в зависимости от соотношения $\alpha$ и ${\alpha }^{\prime }$).
- На графиках: для чистого неконкурентного линии пересекаются на оси $x$ (тот же $-1/K_m$); для смешанного — пересечение смещено.
- Физиологический смысл: неконкурентные ингибиторы уменьшают максимально достижимый поток пути независимо от $[S]$; подходят для жесткой «ограничительной» регуляции (например, ингибирование фермента, критичного для скорости потока), часто связаны с аллостерическими эффектами.
3) Унконкурентный (uncompetitive) ингибитор
(в тексте — «ункапсуляция», вероятно, имелось в виду унконкурентное ингибирование)
- Механизм: $I$ связывается только с комплексом $ES$, не с свободным $E$.
- Эффект на параметры: и $V_{\max }$, и $K_m$ уменьшаются пропорционально. Пусть $\beta =1+\frac{[I]}{K_i}$; тогда
$V_{\max ,\mathrm{app}}=\frac{V_{\max }}{\beta },K_{m,\mathrm{app}}=\frac{K_m}{\beta }.$
Уравнение: $v=\frac{V_{\max }[S]}{K_m+\beta [S]}=\frac{(V_{\max }/\beta )[S]}{(K_m/\beta )+[S]}$.
- На графиках: прямые Лайнвивера—Бёрка параллельны (параметры $1/V_{\max }$ и $K_m/V_{\max }$ меняются пропорционально).
- Физиологический смысл: эффективен при высоких $[S]$ (когда много $ES$ образуется). Такую модель редка для простых одно-субстратных ферментов, но встречается при регуляции многоступенчатых комплексов — даёт «снижение» и Km, и Vmax, сохраняя отношение между ними, что может стабилизировать чувствительность к $[S]$.
Короткие практические выводы о регуляции метаболических путей:
- Если цель — уменьшить максимальную пропускную способность пути независимо от насыщающего субстрата, эффективнее неконкурентное/аллостерическое ингибирование (меняет $V_{\max }$).
- Если нужно смещать чувствительность фермента к субстрату (т.е. менять порог активации при низких $[S]$), конкуренция (меняет $K_m$) или аллостерия, влияющая на $K_m$, более пригодны.
- Унконкурентное ингибирование особенно эффективно при больших $[S]$ (когда образуется много $ES$) и может давать сильное подавление потока в условиях высокого субстрата.
- В живых системах большинство регуляций — аллостерические или ковалентные модификации (фосфорилирование), которые по кинетике ближе к смешанным/неконкурентным эффектам и позволяют гибко менять и $K_m$, и $V_{\max }$ в ответ на сигналы и обратную связь.
Если нужно, могу привести схемы кинетических линий (Lineweaver–Burk) для каждого типа или разобрать конкретный пример фермента/лекарства.