В. К какому типу ингибиторов по механизму действия относится азасерин? Опишите данный механизм

А. В формировании пуринового ядра принимают участие аминокислоты аспартат (N 1), глицин (N 7, С4 и С 5), глутамин (N 3 и N 9), СО2 (С 6) и два одноуглеродных производных тетрагидрофолата (кофермент витамина В9): метенил-Н4-фолат (С 8) и формил-Н4-фолат (С 2).

Аспарагиновая и глутаминовая кислоты являются отрицательно заряженными и заменимыми аминокислотами. Они легко образуются в клетках в реакциях трансаминирования, в которых оксалоацетат и α-кетоглутарат получают аминогруппы от других аминокислот.В организме аспартат и глутамат используются всеми клетками для синтеза пуриновых и пиримидиновых азотистых снований. Амидные производные этих аминокислот являются транспортными формами аммиака из тканей в почки и печень. Кроме этого, глутаминовая кислота входит в состав глутатиона – вещества, выполняющего две различные функции – перенос аминокислот через мембрану и ключевое звено в антиоксидантной системе клетки. Также глутамат и его производное γ-аминомасляная кислота являются медиаторами в ЦНС

Глицин является единственной из всех входящих в состав белков аминокислот, в молекуле которой отсутствует асимметричный атом углерода. Тем не менее метаболически он связан с химическими компонентами организма в большей степени, чем любая другая аминокислота. Глицин полярная и заменимая аминокислота. Глицин в некоторых синтезах играет незаменимую роль, в частности в образовании белков, пуриновых нуклеотидов, гема гемоглобина, парных желчных кислот, креатина, глутатиона и др. Большинство этих реакций представлено в соответствующих разделах учебника. Здесь укажем на реакции, при помощи которых осуществляются взаимопревращения глицина, серина и треонина, а также на реакции катаболизма глицина. Глицин - самая маленькая аминокислота, только он может вписаться в ограниченное пространство, в котором сходятся цепи тройной спирали коллагена типа I. Цепи собираются в спирали благодаря взаимодействию карбоксильных концов между собой. Одновременно со сборкой и формированием спирали происходит гликозилирование цепей по остаткам лизина. Глицин - тормозной нейротрансмиттер в механизмах острой церебральной ишемии.Глицин служит медиатором в некоторых случаях постсинаптического торможения в спинном мозге.

Непосредственная функция тетрагидрофолиевой кислоты – перенос одноуглеродных фрагментов, которые присоединяются к атомам N5 или N10:

-формила – в составе N5-формил-ТГФК и N10-формил-ТГФК,

-метенила – в качестве N5,N10-метенил-ТГФК,

-метилена – в виде N5,N10-метилен-ТГФК,

-метила – в форме N5-метил-ТГФК,

-формимина – в составе N5-формимино-ТГФК.

Благодаря способности переносить одноуглеродные фрагменты, витамин:

-в виде N10-формил-ТГФК и N5,N10-метенил-ТГФК участвует в синтезе пуриновых нуклеотидов,

-в виде N5,N10-метилен-ТГФК участвует в образовании тимидинмонофосфата, и, следовательно, в синтезе ДНК,

-участвует в обмене аминокислот – обратимое превращение глицина и серина,

Б. Антибиотик азасерин — структурный аналог глутамина, является мощным ингибитором синтеза пуриновых нуклеотидов и применяется в химиотерапии опухолей. Синтез 5-фосфорибозиламина и включение в пуриновое ядро атомов азота (в положения 3 и 9). При этом нарушаются синтез ДНК, деление клеток, рост опухолевой ткани.

Рост раковых клеток контролируется не так, как рост клеток в большинстве нормальных тканей. Раковые клетки нуждаются в больших количествах нуклеотидов как предшественников ДНК и РНК, и поэтому более чувствительны к ингибиторам биосинтеза нуклеотидов, чем нормальные клетки. Список важных химиотерапевтических препаратов, используемых при лечении рака и других болезней, и действующих как ингибиторы одного или более ферментов этих путей все расширяется..

Первый набор лекарств включает соединения, которые ингибируют глутаминамидотрансферазы. глутамин служит донором азота по крайней мере в разных реакциях при биосинтезе нуклеотидов. Связывающий центр глутамина и механизм, по которому выделяется NН4+ в таких реакциях, довольно похожи для многих этих ферментов. Большинство ферментов эффективно ингибируется аналогами глутамина, такими как азасерин и ацивин. Азасерин, охарактеризованный Джоном Бьюкененом в 1950-х гг., был одним из первых примеров инактиваторов ферментов, разработанных на основе механизма реакции (суицидный ингибитор).

В.   Механизм действия азасерина относится к конкурентному ингибированию. Конкурентный ингибитор конкурирует с субстратом за связывание с активным центром, но в отличие от субстрата связанный с ферментом конкурентный ингибитор не подвергается ферментативному превращению. Отличительная особенность конкурентного ингибирования состоит в том, что его можно устранить или ослабить, просто повысив концентрацию субстрата. Например, если при заданных концентрациях субстрата и конкурентного ингибитора активность фермента подавлена на 50%, то мы можем уменьшить степень ингибирования, повысив концентрацию субстрата.

По своей трехмерной структуре конкурентные ингибиторы обычно напоминают субстрат данного фермента. Благодаря такому сходству конкурентному ингибитору удается «обмануть» фермент и связаться с ним. Конкурентное ингибирование можно количественно изучать на основе теории Михаэлиса Ментен. Конкурентньпй ингибитор I просто обратимо присоединяется к ферменту Е, образуя с ним комплекс EI. Однако в отличие от субстрата ингибитор не подвергается действию фермента и новые продукты реакции не образуются.