START Substrat lgap wap wpap n = 0 tR = 0 (patrz § 2)
Losowe określenie cząsteczki i miejsca w cząsteczce, które atakuje
enzym amylolityczny.
Czy enzym jest wstanie "rozciąć" wiązanie w atakowanej cząsteczce?
Zderzenie aktywne bez inhibicji akomp.: "cięcie substratu w określonym miejscu" n = n + 1 tR = tR + tak (patrz § 5.3.2) Zderzenie nieaktywne: n = n +1 tR = tR + tnak (patrz § 6) TAK NIE KONIEC SYMULACJI (czas reakcji = tR) Określenie ilości pozostałych wiązań w cząsteczkach,
które potencjalnie są podatne na enzymu amylolitycznego.
Czy w układzie pozostały cząsteczki substratu?
NIE TAK
Określenie prawdopodobieństwo zajścia inhibicji akompetycyjnej, wyznaczenie parametru losowego p [0, 1]; (patrz § 5.3).
Zderzenie aktywne z inhibicją akomp.: "cięcie substratu w określonym miejscu" n = n + 1
tR = tR + tiak (patrz § 5.3.3)
2.5.3 Inhibicja niekompetycyjna i aktywacja enzymu
W inhibicji substrat i inhibitor niekompetycyjny mogą się jednocześnie wiązać z danym enzymem, co oznacza iż centrum aktywne enzymu nie pokrywa się z miejsce przyłączania inhibitora niekompetycyjnego. W efekcie inhibitor może przyłączać się zarówno do cząsteczki wolnego enzymu jak i do kompleksu enzym-substrat.
Przy opisywaniu inhibicji niekompetycyjnej posłużono parametrami analogicznymi do wprowadzony przy opisie wcześniej prezentowanych typ inhibicji. Parametrami tymi są: czas reakcji (tR), czas zderzenia aktywnego (tak), zderzenia nieaktywnego (tnak) i inhibicji niekompetycyjnej (tink) oraz prawdopodobieństwem zajścia inhibicji niekompetycyjnej pink. Opisanie inhibicji niekompetycyjnej zakłada nałożenie na poprzednio przedstawiane modele następujących założeń:
1. W modelu uwzględniany jest czas reakcji.
2. W momencie rozpoczęcia reakcji wartość zmiennej określającej czas reakcji wynosi zero (tR = 0 ). 3. Rozpatrywane są trzy typy zderzeń:
3.1. zderzenie aktywne - zachodzące w momencie, kiedy enzym atakuje cząsteczkę substratu w miejscu podatnym na jego działanie; a do cząsteczki enzymu nie jest przełączona cząsteczka inhibitora niekompetycyjnego,
3.2. zderzenie aktywne z inhibicją niekompetycyjną - zachodzące w momencie, kiedy enzym atakuje cząsteczkę substratu w miejscu podatnym na jego działanie, jednocześnie do enzymu poza jego centrum aktywnym przyłączona jest cząsteczka inhibitora niekompetycyjnego, co wpływa na wydłużenie reakcji: tak < tink,
3.3. zderzenie nieaktywne - zachodzące w przypadku, kiedy enzym atakuje cząsteczkę substratu w miejscu niepodatnym na jego działanie lub enzym atakuje inną cząsteczkę, nie będąca substratem i inhibitorem,
4. W celu opisania prawdopodobieństwa zajścia inhibicji niekompetycyjnej, został wprowadzony dodatkowy parametr piak określający prawdopodobieństwo tej reakcji. Został on zdefiniowany następująco:
4.1. prawdopodobieństwo zajścia inhibicji niekompetycyjnej określane jest liczbą rzeczywistą z przedziału domkniętego od zera do jeden: pink [0, 1],
4.2. dla substancji nie wykazujących powinowactwa do enzymu poza jego centrum aktywnym (nie będących inhibitorami niekompetycyjnymi) wartość prawdopodobieństwa zajścia inhibicji niekompetycyjnej przyjmuje wartość zero: pink = 0,
4.3. w miarę wzrostu powinowactwa inhibitora niekompetycyjnego do cząsteczki enzymu z wyłączeniem jego centrum aktywnego, wartość parametru określającego prawdopodobieństwo zajścia inhibicji niekompetycyjnej zbliża się do jedności. Wartość jeden oznacza, że każdy
każda cząsteczka enzymu jest związana z cząsteczką inhibitora niekompetycyjnego: pink = 1, 4.4. wartość parametru określającego prawdopodobieństwo zajścia inhibicji niekompetycyjnej może
być także zdefiniowana poprzez określenie zależności, np. jako funkcja stężenia inhibitora niekompetycyjnego w układzie: pink = f(cink).
5. W wyniku zderzenia aktywnego, bądź zderzenia aktywnego z inhibicją niekompetycyjną: 5.1. krok symulacji zwiększany jest o jeden,
5.2. enzym katalizuje hydrolizę określonego miejsca w cząsteczce substratu, zgodnie z opisem przyjętym w danym modelu dla określonego procesu enzymatycznego,
5.3. w oparciu o parametr piak oraz o parametr pomocniczy p, będący każdorazowo wyznaczaną losowo liczbą rzeczywistą z przedziału domkniętego od zera do jeden, określana jest możliwość zajścia inhibicji niekompetycyjnej:
5.3.1. jeżeli pink = p to wartość p jest wyznaczana w sposób losowy ponownie do momentu do póki nie zajdzie warunek: piak p,
5.3.2. jeżeli pink < p to zderzenie traktowane jest jako zderzenie aktywne bez inhibicji niekompetycyjnej, a czas reakcji zwiększany jest o czas trwania zderzenia aktywnego: tR = tR + tak.
5.3.3. jeżeli pink > p to zderzenie traktowane jest jako zderzenie aktywne z inhibicją niekompetycyjną, a czas reakcji zwiększany jest o czas trwania zderzenia aktywnego z inhibicja niekompetycyjną: tR = tR + tink.
6. W wyniku zderzenia nieaktywnego:
6.1. krok symulacji zwiększany jest o jeden
6.2. czas reakcji zwiększany jest o czas trwania zderzenia nieaktywnego: tR = tR + tnak.
Na kolejnej stronie przedstawiono ogólny model uwzględniający inhibicję niekompetycyjną. Zaznaczone na schemacie symbolem § numery odwołań dotyczą przedstawionych powyżej modyfikacji modelu.
Przyłączenia cząsteczki inhibitora niekompetycyjnego wydłuża czas reakcji w porównaniu z procesem katalizowanym przez enzym wolny od obecności inhibitora, czyli: tink > tak. Jednakże istnieją cząsteczki (aktywatory), które powodują dodatkową aktywację enzymu: tink < tak. W opracowanym modelu symulowanie tego procesu sprowadza się od strony matematycznej do wyznaczenia wielkości parametru pink właściwie do konkretnego układu substrat-enzym-aktywator oraz przypisaniu parametrowi tink, zamiast czasu aktywnego zderzenia z inhibicją niekompetycyjną, czasu zderzenia aktywnego z aktywacją enzymu. Reasumując jeżeli cząsteczka enzymu związana jest z inhibitorem to czas pojedynczego zderzenia aktywnego ulega odpowiedniemu wydłużeniu, a jeżeli z aktywatorem to skróceniu,
w stosunku do czasu reakcji katalizowanej przez wolny enzym. Aktywatorem enzymu, może być nie tylko substancja chemiczna, ale także promieniowanie, np. mikrofalowe lub światło dostarczające do układu dodatkowej energii ułatwiającej lub umożliwiającej przebieg reakcji*
. Przy opisie reakcji tego typu, uwidacznia się trafność przyjętego w modelu opisu reakcji, gdyż poprzez wprowadzoną stałą prawdopodobieństwa, możemy uwzględnić wpływ dodatkowych czynników.
*
Enzym poprzez stabilizuje struktury odpowiadające stanowi pośredniemu reakcji obniża energię aktywacji reakcji (G). Natomiast promieniowanie elektromagnetyczne może dostarczać energię, niezbędną do zajścia tej reakcji, a tym samym powodując, że redakcja jest termodynamicznie możliwa lub/i dodatkowo ją przyśpieszając [19].