Ингибирование ферментов

Важнейшую роль в жизнедеятельности всех микроорганизмов, как и любых других представителей живого мира, играют ферменты. Процессы метаболизма, функционирование биосинтетических путей, мобилизация и передача энергии, подвижность, транспорт многих веществ в клетку и из клетки – все это в конечном счете зависит от ферментов. Токсичность многих биоцидов для живых организмов как раз и обусловлена их ингибирующим действием на ферменты, т. е. подавлением активности последних. Ингибирование даже одного какого-либо фермента, участвующего в важном метаболическом процессе, приостанавливает весь процесс и оказывает глубокое, а иногда и летальное действие на организм. Имеется несколько возможных путей подавления активности ферментов: 1) нарушение работы каталитического участка; 2) прямое влияние на участок связывания субстрата; 3) действие на участок связывания кофактора. Специфические ингибиторы избирательно подавляют активность одного фермента или небольшой группы, близких по строению и свойствам. К специфическим ингибиторам относятся, например, фтористый натрий – ингибитор фосфатаз, фенантролин – металлсодержащих ферментов, п-хлормеркурибензоат-SН-ферментов, диизопропилфторфосфат (ДФФ) – сериновых ферментов. Ингибирование может быть обратимым и необратимым. Следует сразу же оговорится, что это деление в некоторой степени условно, так как многие обратимые ингибиторы характеризуются очень высоким сродством к ферменту. Примерами обратимых ингибиторов являются клеточные метаболиты и их структурные аналоги,• снижающие активность ферментов. Различают два основных типа обратимого ингибирования ферментов: конкурентное и неконкурентное.

При конкурентном ингибировании химический аналог субстрата может образовывать комплекс с активным центром фермента. Если такой комплекс относительно стабилен, аналог будет предотвращать или уменьшать доступ субстрата к ферменту и будет наблюдаться конкурентное подавление фермента. Классическим примером конкурентного ингибирования является действие малоната натрия на сукцинатоксидоредуктазу. Фунгицидное действие этионина на фитофтору объясняется тем, что он является структурным аналогом аминокислоты метионина, связывается вместо него с метилтрансферазами и в результате прекращает действие последних, блокирует очень важный процесс переноса метильных групп. 2,4-Дихлорфеноксиуксусная кислота конкурирует с гликолевой при действии гликолатоксидазы, ингибируя последнюю. Алкил-четвертичные аммониевые соли ингибируют НАД-зависимые дегидрогеназы, конкурируя за них с НАД.

Неконкурентный ингибитор связывается с ферментом вне активного центра, поэтому конкурентных отношений между субстратом и ингибитором нет, и степень ингибирования зависит только от концентрации последнего. Взаимодействуя с ферментом, неконкурентные ингибиторы вызывают существенные изменения конформации фермента, пространственной структуры активного центра, что
и нарушает нормальное связывание субстрата. Ингибирующее действие биоцидов на ферменты может быть основано на том, что биоциды способны в некоторых случаях блокировать активаторы или кофакторы ферментов. Так, ферменты, зависимые от аминов или тиолов, ингибируются биоцидами, реагирующими с аминами или тиолами.

Ряд бактерицидов и фунгицидов ингибируют ферменты, взаимодействуя с коферментами, инактивируя их. Например, каптан и дихлон ингибируют у Neurospora превращение пирувата в ацетилкоэнзим А и в результате этого весь цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) вследствие инактивации коэнзима А. Фунгитоксичные хелатирующие агенты ингибируют металлзависимые ферменты, связывая металлы-кофакторы. Так, железозависимый фермент ЦТК аконитаза ингибируется такими хелатирующими фунгицидами, как набам, манеб, цирам, дитиокарбамат меди. Фербам, являющийся тоже хелатным агентом, но солью железа, не ингибирует аконитазу, как и следовало ожидать, хотя и представляет собой самый стабильный дитиокарбамат с хорошо выраженными хелатирующими свойствами.

Биоциды могут ингибировать ферментативные реакции, взаимодействуя с субстратами, делая их нереакционноспособными. Метилол-меламин, используемый для отделки хлопчатобумажных тканей, взаимодействует с волокнами клетчатки, предотвращает доступ фермента целлюлазы, в результате придает ткани грибостойкость. Фенилгидразины и их производные препятствуют спорообразованию у грибов. Объясняется это тем, что фенилгидразины активно реагируют с α-кетосоединениями, в том числе с глиоксиловой кислотой, после чего она становится неспособной вступать в соответствующие ферментативные процессы, что необходимо для спорообразования.

Следует, наконец, иметь в виду, что не всегда и не все ферменты ингибируются биоцидами, в ряде случаев они могут вызвать и активацию их. Так, многие неорганические соли в больших концентрациях ингибируют ферменты, а в малых, наоборот, активируют. Особенно характерна возможность активации ферментов при действии биоцидов не на очищенный фермент, а на живые клетки. Отмирание микробной клетки, вызванное биоцидом, обычно сопровождается распадом многих веществ цитоплазмы, активацией гидролаз и возникновением усиленного «патологического дыхания», при котором активируются ферменты дыхания.

Для бактерий очень характерно явление субстратного индуцирования ферментов. Так, пенициллин в достаточно малых концентрациях индуцирует синтез фермента пенициллиназы, которая разрушает этот антибиотик. В таких случаях индукция ферментов биоцидом представляет собой защитную реакцию бактерий.

У Sclerotinia сублетальные концентрации фунгицидов каптана, о-фенилфенола, сульфата меди повышают активность ряда ферментов (тексокиназы, альдолазы, цитохромоксидазы). Механизм этого явления полностью не исследован, не исключена возможность того, что перечисленные фунгициды в большей мере действуют на внутриклеточные ингибиторы ферментов, чем на сами ферменты.


Смотрите также:
Действие биоцидов на структуру и свойства мембран
Снятие с хранения и восстановление посевных качеств семян
Ферменты и превращение веществ
Механизм взаимодействия фунгицидов и бактерицидов с биологически важными веществами клетки микроорганизма