Η βασική διαφορά μεταξύ της μη ανταγωνιστικής και της αλλοστερικής αναστολής είναι ότι στη μη ανταγωνιστική αναστολή, ο μέγιστος ρυθμός καταλυόμενης αντίδρασης (Vmax) μειώνεται και η συγκέντρωση του υποστρώματος (Km) παραμένει αμετάβλητος, ενώ στην αλλοστερική αναστολή, το Vmax παραμένει αμετάβλητο και τα χιλιόμετρα αυξάνονται.
Τα ένζυμα είναι απαραίτητα για τις περισσότερες αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στους οργανισμούς. Συνήθως, ένα ένζυμο καταλύει μια αντίδραση μειώνοντας την ενέργεια ενεργοποίησης που απαιτείται για την αντίδραση. Όμως τα ένζυμα θα πρέπει να ρυθμίζονται προσεκτικά προκειμένου να ελέγχονται τα επίπεδα των τελικών προϊόντων που ανεβαίνουν σε ανεπιθύμητα επίπεδα. Ελέγχεται με αναστολή ενζύμων. Ένας αναστολέας ενζύμου είναι ένα μόριο που διαταράσσει την κανονική οδό αντίδρασης μεταξύ ενός ενζύμου και ενός υποστρώματος.
Μια ενεργή θέση είναι η περιοχή ενός ενζύμου όπου τα υποστρώματα συνδέονται και υφίστανται μια χημική αντίδραση. Μια αλλοστερική θέση είναι όπου επιτρέπει στα μόρια είτε να ενεργοποιούν είτε να αναστέλλουν την ενζυμική δραστηριότητα. Η ενζυμική κινητική παίζει σημαντικό ρόλο κατά την αναστολή των ενζύμων. Ο μέγιστος ρυθμός αντίδρασης που είναι χαρακτηριστικός ενός συγκεκριμένου ενζύμου σε μια συγκεκριμένη συγκέντρωση είναι γνωστός ως μέγιστη ταχύτητα ή Vmax. Η συγκέντρωση υποστρώματος που δίνει το ρυθμό που είναι το μισό του Vmax είναι Km.
Τι είναι η μη ανταγωνιστική αναστολή;
Η μη ανταγωνιστική αναστολή είναι ένας τύπος αναστολής ενζύμου όπου ο αναστολέας μειώνει τη δραστηριότητα του ενζύμου και συνδέεται εξίσου καλά με το ένζυμο, είτε είναι δεσμευμένο στο υπόστρωμα είτε όχι. Με άλλα λόγια, η μη ανταγωνιστική αναστολή είναι όπου ο αναστολέας και το υπόστρωμα συνδέονται με το ένζυμο σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή. Όταν τόσο το υπόστρωμα όσο και ο αναστολέας συνδέονται με το ένζυμο, σχηματίζεται ένα σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος-αναστολέα. Μόλις δημιουργηθεί αυτό το σύμπλεγμα, δεν μπορεί να παράγει κανένα προϊόν. Μπορεί να μετατραπεί ξανά στο σύμπλεγμα ενζύμου-υποστρώματος ή στο σύμπλεγμα ενζύμου-αναστολέα.
Εικόνα 01: Μη ανταγωνιστική αναστολή
Σε μη ανταγωνιστική αναστολή, ο αναστολέας έχει ίση συγγένεια για το σύμπλεγμα ενζύμου και ενζύμου-υποστρώματος. Ο πιο κοινός μηχανισμός ενός μη ανταγωνιστικού αναστολέα είναι η αναστρέψιμη δέσμευση του αναστολέα σε μια αλλοστερική θέση. Αλλά ο αναστολέας έχει επίσης την ικανότητα να δεσμεύεται απευθείας στο ενεργό σημείο. Ένα παράδειγμα ενός μη ανταγωνιστικού αναστολέα είναι η μετατροπή της πυροσταφυλικής κινάσης σε πυροσταφυλικό. Η μετατροπή του φωσφοενολοπυροσταφυλικού άλατος για να δώσει πυροσταφυλικό καταλύεται από την πυροσταφυλική κινάση. Ένα αμινοξύ που ονομάζεται αλανίνη, το οποίο συντίθεται από το πυροσταφυλικό, αναστέλλει το ένζυμο πυροσταφυλική κινάση κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης. Η αλανίνη δρα ως μη ανταγωνιστικός αναστολέας.
Τι είναι η αλλοστερική αναστολή;
Η αλλοστερική αναστολή είναι ένας τύπος αναστολής ενζύμου όπου ο αναστολέας επιβραδύνει τη δραστηριότητα του ενζύμου απενεργοποιώντας το ένζυμο και δεσμεύοντας το ένζυμο στην αλλοστερική θέση. Εδώ, ο αναστολέας δεν ανταγωνίζεται άμεσα το υπόστρωμα στο ενεργό σημείο. Αλλά, αλλάζει έμμεσα τη σύνθεση του ενζύμου. Μόλις αλλάξει το σχήμα, το ένζυμο καθίσταται ανενεργό. Έτσι, δεν μπορεί πλέον να συνδεθεί με το αντίστοιχο υπόστρωμα. Αυτό, με τη σειρά του, επιβραδύνει τον σχηματισμό των τελικών προϊόντων.
Εικόνα 02: Αλλοστερική αναστολή
Η αλλοστερική αναστολή αποτρέπει τον σχηματισμό περιττών προϊόντων, μειώνοντας τη σπατάλη ενέργειας. Ένα παράδειγμα αλλοστερικής αναστολής είναι η μετατροπή της ADP σε ATP στη γλυκόλυση. Εδώ, όταν υπάρχει περίσσεια ATP στο σύστημα, το ATP χρησιμεύει ως αλλοστερικός αναστολέας. Συνδέεται με τη φωσφοφρουκτοκινάση, η οποία είναι ένα από τα ένζυμα που εμπλέκονται στη γλυκόλυση. Αυτό επιβραδύνει τη μετατροπή ADP. Ως αποτέλεσμα, το ATP εμποδίζει την περιττή παραγωγή του εαυτού του. Επομένως, η υπερβολική παραγωγή ATP δεν χρειάζεται όταν υπάρχουν επαρκείς ποσότητες.
Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της μη ανταγωνιστικής και της αλλοστερικής αναστολής;
- Και οι δύο τύποι αναστολών ενζύμων επιβραδύνουν τη δραστηριότητα των ενζύμων.
- Οι αναστολείς και στις δύο ενζυμικές αναστολές δεν ανταγωνίζονται το υπόστρωμα στο ενεργό σημείο.
- Οι αναστολείς αλλάζουν τη σύνθεση του ενζύμου έμμεσα.
- Και οι δύο αναστολείς αλλάζουν το σχήμα του ενζύμου.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της μη ανταγωνιστικής και της αλλοστερικής αναστολής;
Σε μη ανταγωνιστική αναστολή, το Vmax της αντίδρασης μειώνεται ενώ αφήνει την τιμή Km αμετάβλητη. Αντίθετα, στην αλλοστερική αναστολή, το Vmax παραμένει αμετάβλητο και η τιμή Km αυξάνεται. Έτσι, αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ της μη ανταγωνιστικής και της αλλοστερικής αναστολής. Η αλλοστερική αναστολή εστιάζει περισσότερο στη χρήση χημικών ουσιών που μεταβάλλουν τη δραστηριότητα του ενζύμου δεσμεύοντας σε μια αλλοστερική θέση, ενώ οι μη ανταγωνιστικοί αναστολείς σταματούν πάντα το ενεργό ένζυμο δεσμεύοντας απευθείας σε μια εναλλακτική θέση.
Το παρακάτω infographic παρουσιάζει τις διαφορές μεταξύ μη ανταγωνιστικής και αλλοστερικής αναστολής για παράπλευρη σύγκριση.
Σύνοψη – Μη ανταγωνιστική έναντι αλλοστερικής αναστολής
Η μη ανταγωνιστική αναστολή είναι μια αναστολή ενζύμου όπου ο αναστολέας μειώνει τη δραστηριότητα του ενζύμου και συνδέεται εξίσου καλά με το ένζυμο είτε είναι συνδεδεμένο με το υπόστρωμα είτε όχι. Η αλλοστερική αναστολή είναι ένας τύπος αναστολής ενζύμου όπου ο αναστολέας επιβραδύνει τη δραστηριότητα του ενζύμου απενεργοποιώντας το ένζυμο και συνδέεται με το ένζυμο στην αλλοστερική θέση. Η βασική διαφορά μεταξύ μη ανταγωνιστικής και αλλοστερικής αναστολής είναι ότι ο μέγιστος ρυθμός της καταλυόμενης αντίδρασης (Vmax) μειώνεται και η συγκέντρωση του υποστρώματος (Km) παραμένει αμετάβλητη σε μη ανταγωνιστική αναστολή, ενώ η Vmax παραμένει αμετάβλητη και η Km αυξάνεται στην αλλοστερική αναστολή.
