Analog prelaznog stanja
Analozi prelaznog stanja (analozi tranzicionog stanja), su hemijska jedinjenja sa hemijskom strukturom koja podseća na prelazno stanje molekula supstrata u enzimski katalizovanoj hemijskoj reakciji. Enzimi formiraju interakcije sa supstratom putem naprezanja i distorzija, čime dovode supstrat do tranzicionog stanja. Analozi tranzicionog stanja se mogu koristiti kao inhibitori enzimski katalizovanih reakcija pošto oni blokiraju aktivno mesto enzima. Iz teorije proističe da bi enzimski inhibitori koji podsećaju na strukture prelaznog stanja trebalo da se čvršće vezuju za enzim nego sam supstrat. Primeri inhibitora koji su analogni prelaznom stanju obuhvataju između ostalog lek protiv gripa iz grupe inhibitora neuraminidaza oseltamivir i inhibitor HIV proteaze sakvinavir koji se koristi u AIDS tretmanu.

Analog prelaznog stanja 

Prelazno stanje strukture se najbolje može opisati pomoću statističke mehanike, pri čemu energije razlaganja i formiranja veza imaju jednaku verovatnoću kretanja iz prelaznog stanja u nazad do reaktanata ili unapred do produkata. U enzimski katalizovanim reakcijama, sveukupna enrgija aktivacije reakcije je niža kad enzim stabilizuje visoko energetski intermedijer prelaznog stanja. Analozi prelaznog stanja oponašaju taj visoko energijski intermedijer, ali ne podležu katalizovanoj hemijskoj rekciji i stoga se mogu mnogo jače vezati za enzim nego jednostavni supstrat ili analog produkta.

Dizajn analoga prelaznog stanja 

Da bi se dezajnirao analog prelaznog stanja, ključni korak je eksperimentalna determinacija strukture supstrata u prelaznom stanju datog enzima, koristeći na primer kinetički izotopni efekat. Struktura prelaznog stanja se isto tako može predvideti putem računarskih pristupa, što je komplementarno sa KIE.

Kinetički izotopni efekat 

Kinetički izotopni efekat (KIE) je mera reakcione brzine izotopski obeleženog reaktanta u odnosu na zastupljeniji prirodni supstrat. Vrednost kinetičkog izotopnog efekta je odnos brojeva konverzija i obuhvata sve korake reakcije. Unutrašnja kinetička vrednost izotopa proističe iz razlike u vibracionom oktuženju veza atoma u reaktantima u osnovnom stanju relativno na atome u prelaznom stanju. Pomoću kinetičkog izotopnog efekta znatan uvid se može dobiti o tome kako prelazno stanje enzimski katalizovane reakcije može da izgleda i to se može koristi za usmeravanja razvoja analoga prelaznog stanja.

Kompjuterske simulacije 

Računarski pristupi su korisna oruđa za elucidaciju mehanizma dejstva enzima. Sama molekulska mehanika ne može da predvidi transfer elektrona, što je od fundamentalnog značaja za organske reakcije. Molekularno dinamičke simulacije pružaju dovoljno informacija u pogledu fleksibilnosti proteina tokom katalitičke reakcije. Komplementarni metod je kombinacija molekularno mehaničkih/kvantno mehaničkih simulacija (QM/MM metod). U tom pristupu, samo atomi koji su odgovorni za enzimatsku reakciju u katalitičkom regionu su obuhvaćeni QM pristupom, dok se preostali atomi tretiraju koristeći molekularnu mehaniku.

Primeri dizajna analoga prelaznog stanja 

Nakon određivanja strukture prelaznog stanja koristeći bilo KIE ili računarske simulacije, inhibitor se može dizajnirati po uzoru na utvrđene strukture prelaznog stanja ili intermedijere. Sledeća tri primera ilustruju kako inhibitori oponašaju strukture prelaznog stanja putem promena funkcionalnih grupa koje korespondiraju geometriji i elektrostatičkoj distribuciji struktura prelaznog stanja.

Inhibitor metiltioadenozin nukleozidaze 

Metiltioadenozin nukleozidaza je enzim koji katalizuje reakciju hidrolitičke deadenilacije 5'-metiltioadenozina i S-adenosilhomocisteina. On se takođe smatra važnom metom za otkrivanje antibakterijskih lekova, jer je važan u metaboličkom sistemu bakterija i jedino se formira u njima. Imajući u vidu različita rastojanja između adeninskog atoma azota i riboznog anomernog ugljenika (pogledajte dijagram u ovoj sekciji), struktura prelaznog stanja se može definisati po ranom ili kasnom stupnju disocijacije. Na bazi nalaza različih struktura prelaznog stanja, Šram i njegovi saradnici su dizajnirali analoge dva prelazna stanja koji oponašaju rano i kasno disocijativno prelazno stanje. Analozi ranog i kasnog prelaznog stanja imaju afinitet vezivanja (Kd) od 360 i 140 pM, respektivno.

Inhibitor termolizina 

Termolizin je enzim koji katalizuje hidrolizu peptidnih amidnih veza sa hidrofobinim aminokiselinama, i koji proizvodi Bacillus thermoproteolyticus. Iz tog razloga, ovaj enzim je takođe meta za dizajn antibakterijskih agenasa. Enzimatski reakcioni mehanizam započinje zamenom malim peptidnim molekulom molekula vode koji vezuje cink u blizini Glu143 termolizina. Molekul vode koji je aktiviran jonom cinak i Glu143 napada karbonilni ugljenik i formira tetraedralno prelazno stanje. (Pogledajte sliku) Holden i njegovi saradnici su polazeći od tog tetraedralnog prelaznog stanja dezajnirali serije analognih fosfonamidatnih peptida. Među sintetisanim analozima, R = L-Leu ispoljava najpotentniju inhibitornu aktivnost (Ki = 9.1 nM).

Inhibitor arginaze 

Arginaza je binuklearni manganozni metaloprotein koji katalizuje hidrolizu L-arginina do L-ornitina i ureje. Ona je meta za razvoj lekova za tretman astme. Mehanizam hidrolize L-arginina obuhvata nukleofilni napad molekula vode, čime se formira tetraedralni intermedijar. Studije su pokazale da boronska kiselina može da poprimi tetraedralnu konfiguraciju i da deluje kao inhibitor. Dodatno, sulfonamidna funkcionalna grupa može da oponaša strukturu prelaznog stanja. Evidencija da boronska kiselina deluje kao analog prelaznog stanja proizilazi iz rendgenske kristalne strukture kompleksa sa ljudskom arginazom I.

Vidi još 
 Enzim
 Strukturni analog, jedinjenje sa sličnom hemijskom strukturom
 Inhibitor enzima
 Analog supstrata
 Samoubilačka inhibicija
 Supstrat

Reference 

Ензимска кинетика
Биомолекули
Хемијска номенклатура