4.1. Конкурентное ингибирование в периодической и хемостатной культуре.

Скорость протекания биохимических реакций, катализируемых ферментами, часто зависит не только от природы и концентрации фермента и субстрата, но и от присутствия некоторых веществ — ингибиторов или активаторов. В живой природе ингибирование и активация ферментов и ферментных систем являются важнейшими способами регулирования метаболизма и приспособления к условиям окружающей среды.

Значительный теоретический и практический интерес представляют два варианта ингибирования, получивших название конкурентного и неконкурентного. Перт предложил исследовать действие ингибитора через потребление субстрата  все вещества м/б разделены на две группы:

1. Конкурентный ингибитор к применению роста МО не снижает скорость роста, но снижает сродство к субстрату, т.е. увеличивает K_S.

2. Неконкурентный ингибитор не влияет на K_S, но снижает скорость роста.

В этих случаях константу равновесия K_R .принято обозначить K_I - константа ингибирования. Как и K_S K_i численно равна концентрации ингибитора, замедляющего рост МО вдвое.

Полное конкурентное ингибирование имеет место в тех случаях, когда ингибитор препятствует образованию фермент-субстратного комплекса в результате «конкуренции» за активный центр фермента. С точки зрения общей схемы (1) это означает, что комплекс RES не может существовать, т. е. α , а значение β не определено, т. к. этот путь образования продуктов исключен (рис. 2):

Кинетическое описание полного конкурентного ингибирования при переходе к пределу при α :

[1]

Зависимость (1) имеет форму уравнения Михаэлиса — Ментен, причем характерно, что измененной оказывается лишь константа K_M, тогда как r_MAX остается без изменений. Это указывает на то, что при любой концентрации ингибитора экспериментальные данные по зависимости r₀ от S₀ должны образовывать в координатах Лайнуивера — Берка прямую, пересекающую ось ординат в точке l/r_MAX. В серии экспериментов при изменяющихся концентрациях ингибитора будет получаться пучок прямых (рис. 3), пересекающихся в одной точке на оси ординат, отсекая отрезок 1/r_MAX. Поскольку каждая из прямых будет отсекать на оси абсцисс отрезок, равный – 1/К_М, то из найденных этим способом значений К_М легко найти Ks и Ki, строя линейную зависимость в координатах К_{М_ЭКСП} = f (I):

[2]

Если значения r_МАХ и Ks для фермента известны и требуется найти лишь константу ингибирования Ki, удобно использовать координаты Диксона, связывающие 1/г₀ с [I].

[3]

т. е. в координатах l/r₀ = f(I) можно получить пучок прямых, угол наклона которых будет определяться начальной концентрацией субстрата (рис. 3.1). Нетрудно увидеть, что при I = — K_I все прямые, описываемые выражением (3), проходят через точку с абсциссой — K_I и ординатой l/r_MAX. Это свидетельствует о том, что при полном конкурентном ингибировании серия экспериментов по зависимости начальной скорости реакции от концентрации ингибитора при различных начальных концентрациях субстрата и постоянном значении Е₀ дает в координатах Диксона пучок прямых, пересекающихся в одной точке. Ее абсцисса позволяет найти константу нестойкости комплекса фермент — ингибитор K_I.

Из культивирования:

Для конкурентного ингибитора:

μ = μ_maxS/(αK_S + S), где α= 1 + I/K_i

при I – концентрация ингибитора.

В периодической культуре ингибитор расширяет фазу затухания роста: