מאחר שעיכוב בלתי הפיך מערב לעיתים קרובות יצירה ראשונית של תמיד EI לא קוולנטי, לעיתים אפשרי שהמעכב ייקשר לאנזים ביותר מצורה אחת. למשל, באיור המציג את האנזים טריפנותיון רדיוקטז מהטפיל החד תאי "Trypanosoma cruzi", ישנן שתי מולקולות של המעכב quinacrine mustard, שקשורות באתר הפעיל שלו. המולקולה הראשונה קשורה בצורה הפיכה, אך התחתונה קשורה קוולנטית לאחר שהגיבה עם קבוצת חומצת האמינו דרך קבוצת החנקן-חרדל שלה.
גילוי ותכנון מעכבים.
תרופות חדשות הן תוצר של תהליך ארוך של פיתוח תרופה, שאחד הצעדים הראשונים שבו הוא לעיתים קרובות גילוי של מעכב אנזים חדש. בעבר הדרך היחידה לגילוי מעכבים חדשים אלו הייתה באמצעות ניסוי וטעייה: בדיקת מאגר גדול של תרכובות נגד אנזים מטרה בתקווה שיתגלו תכונות שימושיות. גישת ניסוי וטעייה זו עדיין מצליחה ואף הורחבה על ידי הכימיה הקומבינטורית שבה נסרקות מספר גדול של תרכובות בטכנולוגית סריקת HTC (High-throughput screening) לסריקה מהירה של אוספים כימיים ענקיים אלו במטרה למצוא מעכבים שימושיים.
לאחרונה, מיושמת גם גישה חלופית בשם "Rational drug design", שבה נעשה שימוש במבנה התלת ממדי של האתר הפעיל של אנזים כדי לחזות אילו מולקולות עשויות לפעול כמעכבים. לאחר מכן נבדקות תחזיות אלו ואחת מן התרכובות הנבדקות עשויה להיות מעכב חדש. המעכב החדש משמש אז כדי לנסות להשיג את המבנה של האנזים בתצמיד האנזים/מעכב כדי לראות עד כמה נקשרת המולקולה לאתר הפעיל. מבנה זה נבדק אז ונערכים שינויים במעכב בניסיון להשיג קשירה אופטימלית. מסלול בדיקה ושיפור זה חוזר אז עד ליצירה של מעכב בעל השפעה מספקת. לרוב תהליך זה מכוון לייצור מעכב עם קבוע דיסוציאציה של &lt;10-9 מולר
שימושים במעכבים.
מעכבי אנזימים נמצאים בטבע ומופקים במסגרת הפרמקולוגיה והביוכימיה. רעלים המצויים בטבע הם לעיתים קרובות מעכבי אנזימים שהתפתחו כדי להגן על צמח או בעל חיים מפני טורף. רעלים טבעיים אלו כוללים כמה מהתרכובות הרעילות ביותר המוכרות כיום. מעכבים מלאכותיים משמשים לעיתים קרובות כתרופות, אך גם כמדבירי חרקים כדוגמת מלתיון, או כחומרים קוטלי עשבים כדוגמת גליפוסט, או כחומרי חיטוי כדוגמת טריקלוסן.
כימותרפיה.
השימוש הרווח ביותר במעכבי אנזימים הוא כתרופות לטיפול במחלות. רבים ממעכבים אלו מכוונים לעכב אנזים אנושי במטרה לתקן מצב פתולוגי. חלק מהתרופות המשפיעות על פעילות של אנזימים פועלות שלא בצורה של עיכוב אנזים שנידונה כאן. לדוגמה, תרופות אנטי-אפילפטיות משנות פעילות אנזים באמצעות הגדלה או הפחתה של האנזים המיוצר. תרופות כאלו מבוססות על שינויים בביטוי גנים. תרופות אחרות פועלות על מטרות תאיות שאינן אנזימים, כגון תעלות יונים או קולטני ממברנה.
דוגמה מעניינת למעכב אנזימים המשמש כתרופה הוא סילדנפיל (ויאגרה), הנפוץ לטיפול בבעיות זיקפה (ראו איור משמאל). תרכובת זו היא מעכב חזק של האנזים cGMP פוספודיאסטרז ספציפי סוג 5, אשר מקטין את הסיגנלים של מולקולת ה-cyclic guanosine monophosphate. האחרונה היא מולקולת העברת סיגנלים שמעוררת רגיעת שריר חלק ומאפשרת לדם לזרום לגוף המחילתי, דבר שגורם לזקיפה. מאחר שהתרופה מקטינה את פעילותו של האנזים שעוצר את הסיגנל, היא מאריכה את זמן הסיגנל לזמן ארוך יותר.
דוגמה נוספת לדמיון המבני של חלק מהמעכבים לסובסטרטים של אנזימי המטרה שלהם נראית באיור המשווה את התרופה מטוטרקסט לחומצה פולית. חומצה פולית היא צורתו המחומצנת של הסובסטרט של האנזים די-הידרו-פולאט רדוקטאז, אנזים שמעוכב בעוצמה על ידי מטוטרקסט. מטוטרקסט חוסם את פעולתו אנזים ה-DHFR ועל ידי כך עוצר את הביוסינתזה של תימידין. חסימה זו של הביוסינתזה של נוקלאוטיד זה היא רעילה באופן סלקטיבי לתאים שגדלים במהירות, ולכן לעיתים קרובות נעשה שימוש במטוטרקסט בכימותרפיה לטיפול בסרטן.
תרופות משמשות גם לעיכוב אנזימים החיוניים להישרדותם של פתוגנים. למשל, חיידקים מוקפים בדופן תא עבה העשוי מופלימר דמוי רשת, פפטידוגליקן. אנטיביוטיקות רבות כדוגמת פניצלין וואנקומיצין מעכבות את האנזימים שאחראים על ייצור וקישור יחד של שרשראות פולימר זה. כך גורמים מעכבים אלו לדופן התא לאבד מחוזקו ולהרג החיידק. באיור משמאל, מולקולה של פניצלין מוצגת קשורה למטרתה, הטרנספפטידז מהחיידק "Streptomyces" R61.
תהליך תכנון תרופה נעשה ביתר קלות כאשר אנזים שנחוץ להישרדות פתוגן אינו קיים או שונה באופן משמעותי אצל בני אדם. בדוגמה לעיל, בני אדם לא יוצרים פפטידוגליקן, ולכן מעכבים של תהליך זה רעילים באופן סלקטיבי לחיידקים. רעילות סלקטיבית נוצרת באנטיביוטיקות גם באמצעות ניצול הבדלים במבנה של הריבוזומים בחיידקים, או באופן שבו הם יוצרים חומצות שומן.
בקרה מטבולית.
למעכבי אנזימים יש חשיבות גם בבקרה מטבולית. מסלולים מטבוליים רבים בתא מעוכבים על ידי מטבוליטים שמבקרים את הפעילות האנזימטית דרך רגולציה אלוסטרית או עיכוב סובסטרט. דוגמה טובה לכך היא הרגולציה האלוסטרית של הגליקוליזה. מסלול קטבולי זה מנצל גלוקוז ומייצר ATP, NADH ופירובט. שלב מפתח ברגולציה של גליקוליזה הוא תגובה מוקדמת במסלול שמזורזת על ידי פוספופרוקטוקינז-1 (PFK1). כשרמת ה-ATP עולה, ATP נקשר לאתר אלוסטרי ב-PFK1 ובכך מקטין את קצב תגובת האנזים; הגילוקליזה מעוכבת ויצירת ה-ATP פוחתת. בקרת משוב שלילי זו מסייעת בתחזוקת ריכוז יציב של ATP בתא. אולם, מסלולים מטבוליים לא מווסתים רק באמצעות עיכוב, זאת מפני שיש חשיבות גם לאקטיביזציה של האנזים. ביחס לאנזים PFK1, פרוקטוז 2,6-ביספוספט ו-ADP הם דוגמאות למטבוליטים שהם מפעילים אלוסטריים.
עיכוב אנזים פיזיולוגי יכול להיות מושג גם באמצעות מעכבים חלבוניים מסוימים. תהליך שכזה מתרחש בלבלב, אשר מסנתז זימוגנים (אנזימים במצב בלתי פעיל) שבמצבם הפעיל מסוגלים לבצע עיכול. חלק מהם הופכים לפעילים על ידי פרוטאז טריפסין, כך שיש חשיבות לעיכוב פעילות הטריפסין בלבלב כדי למנוע מהאיבר לעכל עצמו. אחת הדרכים שבאמצעותן מבוקר הטריפסין היא ייצור של חלבון מעכב טריפסין ספציפי וחזק בלבלב. מעכב זה נקשר בחוזקה לטריפסין, ומונע פעילות טריפסין שאחרת הייתה מזיקה לאיבר. על אף שמעכב הטריפסין הוא חלבון, הוא אינו עובר הידרוליזה כסובסטרט על ידי הפרוטאז, זאת הוא משיג באמצעות הוצאת מים מהאתר הפעיל של טריפסין ופגיעה ביציבות מצב המעבר. דוגמה נוספת לחלבון עיכוב אנזים פיזיולוגי היא מעכב Barstar של הריבונוקלאז החיידקי Barnase.
רעלים טבעיים.
בעלי חיים וצמחים פיתחו יכולת לסנתז מגוון רחב של תוצרים רעילים בהם מטבוליטים שניוניים, פפטידים וחלבונים שמסוגלים לתפקד כמעכבים. רעלנים טבעיים הם בדרך כלל מולקולות אורגניות קטנות והם כה שונים עד כדי כך שקיימים כנראה מעכבים טבעיים לרובם של התהליכים המטבוליים. התהליכים המטבוליים שכלפיהם מכוונים רעלים טבעיים כוללים לא רק אנזימים במסלולים מטבוליים, אלא גם עיכוב של קולטנים, תעלות וחלבונים מבניים הפועלים בתא. לדוגמה, פקליטקסל (טקסול), מולקולה אורגנית המצויה בעצי טקסוס, נקשרת בחוזקה לדימרים של טובולין ומעכבת את הרכבתם למיקרוטובולים בשלד התא.
רעלים טבעיים רבים מתפקדים כנוירוטוקסינים שיכולים לגרום לשיתוק שמוביל למוות ולהם תפקידים בהגנה נגד טורפים או בצייד ובתפיסת טרף. חלק ממעכבים טבעיים אלו, חרף התכונות הרעילות שלהם, הם בעלי ערך לשימושים רפואיים במינונים נמוכים. דוגמה לנוירוטוקסין היא גליקואלקלואידים, ממיני צמחים השייכים למשפחת הסולניים, שהם מעכבים של האנזים אצטילכולין אסטראז. עיכוב של אנזים זה גורם לעלייה בלתי מבוקרת בנוירוטרנסמיטור אצטילכולין, לשיתוק שרירים ואז למוות. נוירוטוקסיות יכולה להיגרם גם כתוצאה מעיכוב של קולטנים; לדוגמה, אטרופין מאטרופה רפואית שמתפקד כאנטגוניסט תחרותי של קולטני אצטילכולין מוסקריניים.
אף על פי שרעלים טבעיים רבים הם מטבוליטים שניוניים, רעלים אלו כוללים גם פפטידים וחלבונים. דוגמה לפפטיד רעיל הוא אלפא אמניטין שנמצא בפטריות מהסוג אמנית ("Amanita"). זהו מעכב אנזים חזק שמונע מהאנזים RNA פולימראז II מלתעתק DNA. גם הרעלן מיקרוציסטין (microcystin) המיוצר על ידי כחוליות הוא פפטיד והוא מעכב של חלבוני פוספטזות. רעל זה יכול לזהם מאגרי מים לאחר פריחת אצות והוא קרצינוגן מוכר, ובריכוזים גבוהים יכול לגרום גם לדימום חמור בכבד ולמוות.
גם חלבונים יכולים להיות רעלים טבעיים, כדוגמת מעכבי טריפסין (ראו לעיל) שמצויים בכמה קטניות. דוגמה פחות נפוצה של רעלים טבעיים היא אנזימים רעילים: הם פועלים כמעכבים בלתי הפיכים של מטרות האנזימים שלהם ופועלים באמצעות שינוי כימי של אנזימי הסובסטרט שלהם. דוגמה לכך הוא הריצין, חלבון רעיל במיוחד הנמצא בקליפת הזרע של צמח הקיקיון. אנזים זה הוא גליקוסידז שמסוגל להוציא ריבוזומים מכלל פעולה. מאחר שריצין הוא מעכב בלתי הפיך קטליטי, די במולקולה בודדת שלו כדי להרוג תא.
תרניץ
תרניץ (בגרמנית: Ternitz) היא עיר בדרום מדינת אוסטריה תחתית שבאוסטריה, במחוז נוינקירכן. שטחה משתרע על 65.32 קמ"ר ואוכלוסייתה מונה כ-15 אלף תושבים נכון ל-2012. בתקופה הרומית העיר הייתה חלק מפרובינציית נוריכום. היישוב הוזכר לראשונה ב-1352, אך זכויות עיר התקבלו רק בשנת 1948.
גאוגרפיה.
תרניץ נמצאת באזור אינדוסטריפירטל, אחד מאזוריה של אוסטריה תחתית. העיר נמצאת בגובה 398 מטר ושטחה משתרע על 65.2 קמ"ר, כ 56.32 אחוז מהשטח מכוסה יער. את העיר מרכיבות 21 שכונות.
פוליטיקה.