शरीर में होने वाली सभी जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं विशिष्ट नियंत्रण के अधीन होती हैं, जो नियामक एंजाइमों पर सक्रिय या निरोधात्मक प्रभाव के माध्यम से की जाती हैं। उत्तरार्द्ध आमतौर पर चयापचय परिवर्तनों की श्रृंखला की शुरुआत में स्थित होते हैं और या तो एक बहु-चरण प्रक्रिया शुरू करते हैं या इसे धीमा कर देते हैं। कुछ एकल प्रतिक्रियाएं भी विनियमन के अधीन हैं। एंजाइमों की उत्प्रेरक गतिविधि को नियंत्रित करने के लिए प्रतिस्पर्धात्मक अवरोध मुख्य तंत्रों में से एक है।
निषेध क्या है?
एंजाइमी कटैलिसीस का तंत्र एंजाइम की सक्रिय साइट को सब्सट्रेट अणु (ईएस कॉम्प्लेक्स) के बंधन पर आधारित है, जिसके परिणामस्वरूप उत्पाद के गठन और रिलीज के साथ एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है (ई + एस=ईएस)=ईपी=ई+पी).
एक एंजाइम का निषेध दर में कमी या उत्प्रेरण प्रक्रिया का पूर्ण विराम है। एक संकरे मेंअर्थ, इस शब्द का अर्थ सब्सट्रेट के लिए सक्रिय केंद्र की आत्मीयता में कमी है, जो एंजाइम अणुओं को अवरोधक पदार्थों से बांधकर प्राप्त किया जाता है। उत्तरार्द्ध विभिन्न तरीकों से कार्य कर सकता है, जिसके आधार पर उन्हें कई प्रकारों में विभाजित किया जाता है, जो एक ही नाम के निषेध तंत्र के अनुरूप होते हैं।
निषेध के मुख्य प्रकार
प्रक्रिया की प्रकृति से, निषेध दो प्रकार का हो सकता है:
- अपरिवर्तनीय - एंजाइम अणु में लगातार परिवर्तन का कारण बनता है, इसे कार्यात्मक गतिविधि से वंचित करता है (बाद को बहाल नहीं किया जा सकता है)। यह या तो विशिष्ट या गैर-विशिष्ट हो सकता है। सहसंयोजक बातचीत के माध्यम से अवरोधक एंजाइम को मजबूती से बांधता है।
- प्रतिवर्ती - एंजाइमों के नकारात्मक विनियमन का मुख्य प्रकार। यह कमजोर गैर-सहसंयोजक बंधों द्वारा एंजाइम प्रोटीन के लिए अवरोधक के प्रतिवर्ती विशिष्ट लगाव के कारण किया जाता है, जो माइकलिस-मेंटेन समीकरण (एलोस्टेरिक विनियमन के अपवाद के साथ) के अनुसार गतिज विवरण के लिए उत्तरदायी है।
प्रतिवर्ती एंजाइम निषेध के दो मुख्य प्रकार हैं: प्रतिस्पर्धी (सब्सट्रेट एकाग्रता में वृद्धि से क्षीण हो सकता है) और गैर-प्रतिस्पर्धी। बाद के मामले में, कटैलिसीस की अधिकतम संभव दर घट जाती है।
प्रतिस्पर्धी और गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध के बीच मुख्य अंतर एंजाइम के लिए नियामक पदार्थ के लगाव की साइट में निहित है। पहले मामले में, अवरोधक सीधे सक्रिय साइट से जुड़ता है, और दूसरे मामले में, एंजाइम की दूसरी साइट या एंजाइम-सब्सट्रेट कॉम्प्लेक्स से।
एक मिश्रित प्रकार का निषेध भी होता है, जिसमें एक अवरोधक से जुड़ना ES के गठन को नहीं रोकता है, लेकिन उत्प्रेरण को धीमा कर देता है। इस मामले में, नियामक पदार्थ डबल या ट्रिपल कॉम्प्लेक्स (ईआई और ईआईएस) की संरचना में है। अप्रतिस्पर्धी प्रकार में, एंजाइम केवल ES को बांधता है।
एंजाइमों के प्रतिवर्ती प्रतिस्पर्धी निषेध की विशेषताएं
अवरोध का प्रतिस्पर्धी तंत्र सब्सट्रेट के साथ नियामक पदार्थ की संरचनात्मक समानता पर आधारित है। नतीजतन, अवरोधक के साथ सक्रिय केंद्र का एक परिसर बनता है, जिसे पारंपरिक रूप से ईआई के रूप में नामित किया जाता है।
प्रतिवर्ती प्रतिस्पर्धी निषेध में निम्नलिखित विशेषताएं हैं:
- अवरोधक के लिए बाध्यकारी सक्रिय साइट पर होता है;
- एंजाइम अणु की निष्क्रियता प्रतिवर्ती है;
- सब्सट्रेट की सांद्रता बढ़ाकर निरोधात्मक प्रभाव को कम किया जा सकता है;
- अवरोधक एंजाइमी उत्प्रेरण की अधिकतम दर को प्रभावित नहीं करता;
- ईआई कॉम्प्लेक्स विघटित हो सकता है, जो कि संबंधित पृथक्करण स्थिरांक की विशेषता है।
इस प्रकार के विनियमन के साथ, अवरोधक और सब्सट्रेट सक्रिय केंद्र में एक स्थान के लिए एक दूसरे के साथ प्रतिस्पर्धा (प्रतिस्पर्धा) करते प्रतीत होते हैं, इसलिए प्रक्रिया का नाम।
परिणामस्वरूप, प्रतिस्पर्धी अवरोध को एंजाइमी कटैलिसीस के निषेध की एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, जो अवरोधक पदार्थ के लिए सक्रिय साइट की विशिष्ट आत्मीयता पर आधारित है।
कार्रवाई का तंत्र
टेदरिंगएक सक्रिय साइट के साथ एक अवरोधक उत्प्रेरण के लिए आवश्यक एंजाइम-सब्सट्रेट परिसर के गठन को रोकता है। नतीजतन, एंजाइम अणु निष्क्रिय हो जाता है। फिर भी, उत्प्रेरक केंद्र न केवल अवरोधक को, बल्कि सब्सट्रेट से भी बांध सकता है। एक या दूसरे परिसर के बनने की संभावना सांद्रता के अनुपात पर निर्भर करती है। यदि काफी अधिक सब्सट्रेट अणु हैं, तो एंजाइम उनके साथ अवरोधक की तुलना में अधिक बार प्रतिक्रिया करेगा।
रासायनिक प्रतिक्रिया की दर पर प्रभाव
प्रतिस्पर्धी निषेध के दौरान उत्प्रेरण के निषेध की डिग्री इस बात से निर्धारित होती है कि ईआई-कॉम्प्लेक्स कितने एंजाइम का निर्माण करेगा। इस मामले में, सब्सट्रेट की एकाग्रता को इस हद तक बढ़ाना संभव है कि अवरोधक की भूमिका को बदल दिया जाएगा, और कटैलिसीस दर Vmax मान के अनुरूप अधिकतम संभव मूल्य तक पहुंच जाएगी।माइकलिस-मेंटेन समीकरण के अनुसार।
यह घटना अवरोधक के मजबूत कमजोर पड़ने के कारण है। नतीजतन, एंजाइम अणुओं के इससे बंधने की संभावना शून्य हो जाती है, और सक्रिय केंद्र केवल सब्सट्रेट के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।
एक प्रतिस्पर्धी अवरोधक को शामिल करने वाली एंजाइमी प्रतिक्रिया की काइनेटिक निर्भरता
प्रतिस्पर्धी निषेध माइकलिस स्थिरांक (Km) को बढ़ाता है, जो प्रतिक्रिया की शुरुआत में ½ कटैलिसीस की अधिकतम दर प्राप्त करने के लिए आवश्यक सब्सट्रेट एकाग्रता के बराबर है। सब्सट्रेट से बंधने के लिए काल्पनिक रूप से सक्षम एंजाइम की मात्रा स्थिर रहती है, जबकि ES की संख्या-कॉम्प्लेक्स केवल बाद वाले की एकाग्रता पर निर्भर करता है (ईआई कॉम्प्लेक्स स्थिर नहीं होते हैं और सब्सट्रेट द्वारा विस्थापित किए जा सकते हैं)।
सब्सट्रेट के विभिन्न सांद्रता के लिए निर्मित गतिज निर्भरता के ग्राफ से एंजाइमों का प्रतिस्पर्धी निषेध निर्धारित करना आसान है। इस स्थिति में, Km का मान बदल जाएगा, जबकि Vmax स्थिर रहेगा।
गैर-प्रतिस्पर्धी निषेध के साथ, विपरीत सच है: अवरोधक सक्रिय केंद्र के बाहर बांधता है और सब्सट्रेट की उपस्थिति किसी भी तरह से इसे प्रभावित नहीं कर सकती है। नतीजतन, कुछ एंजाइम अणु कटैलिसीस से "बंद" हो जाते हैं, और अधिकतम संभव दर घट जाती है। फिर भी, सक्रिय एंजाइम अणु आसानी से सब्सट्रेट को कम और बाद के उच्च सांद्रता दोनों पर बांध सकते हैं। इसलिए, माइकलिस स्थिरांक स्थिर रहता है।
डबल व्युत्क्रम निर्देशांक की प्रणाली में प्रतिस्पर्धी अवरोध के ग्राफ़ कई सीधी रेखाएं हैं जो y-अक्ष को बिंदु 1/Vmax पर प्रतिच्छेद करती हैं। प्रत्येक सीधी रेखा सब्सट्रेट की एक निश्चित सांद्रता से मेल खाती है। एब्सिस्सा अक्ष (1/[एस]) के साथ प्रतिच्छेदन के विभिन्न बिंदु माइकलिस स्थिरांक में बदलाव का संकेत देते हैं।
दुर्भावनापूर्ण उदाहरण पर एक प्रतिस्पर्धी अवरोधक की कार्रवाई
प्रतिस्पर्धी अवरोध का एक विशिष्ट उदाहरण succinate dehydrogenase की गतिविधि को कम करने की प्रक्रिया है, एक एंजाइम जो succinic acid (succinate) के फ्यूमरिक एसिड के ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करता है। यहाँ एक अवरोधक के रूप मेंदुराचारी कार्य करता है, जिसमें उत्तराधिकारी के लिए एक संरचनात्मक समानता होती है।
माध्यम में एक अवरोधक जोड़ने से सक्सेनेट डिहाइड्रोजनेज के साथ मैलोनेट के परिसरों का निर्माण होता है। ऐसा बंधन सक्रिय साइट को नुकसान नहीं पहुंचाता है, लेकिन succinic एसिड तक इसकी पहुंच को अवरुद्ध करता है। सक्सेनेट की सांद्रता बढ़ाने से निरोधात्मक प्रभाव कम हो जाता है।
चिकित्सा उपयोग
कई दवाओं की कार्रवाई, जो कुछ चयापचय मार्गों के सब्सट्रेट के संरचनात्मक अनुरूप हैं, जिसका निषेध रोगों के उपचार का एक आवश्यक हिस्सा है, प्रतिस्पर्धी निषेध के तंत्र पर आधारित है।
उदाहरण के लिए, मस्कुलर डिस्ट्रॉफी में तंत्रिका आवेगों के प्रवाहकत्त्व में सुधार करने के लिए, एसिटाइलकोलाइन के स्तर को बढ़ाने की आवश्यकता होती है। यह इसके हाइड्रोलाइजिंग एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ की गतिविधि को रोककर हासिल किया जाता है। अवरोधक चतुर्धातुक अमोनियम आधार हैं जो दवाओं (प्रोरेसिन, एंडोफोनियम, आदि) का हिस्सा हैं।
एंटीमेटाबोलाइट्स को एक विशेष समूह में विभाजित किया जाता है, जो निरोधात्मक प्रभाव के अलावा, एक स्यूडोसब्सट्रेट के गुणों को प्रदर्शित करता है। इस मामले में, ईआई कॉम्प्लेक्स के गठन से जैविक रूप से निष्क्रिय असंगत उत्पाद का निर्माण होता है। एंटीमेटाबोलाइट्स में सल्फोनामाइड्स (जीवाणु संक्रमण के उपचार में प्रयुक्त), न्यूक्लियोटाइड एनालॉग्स (कैंसरयुक्त ट्यूमर की कोशिका वृद्धि को रोकने के लिए प्रयुक्त), आदि शामिल हैं।
