Inhibitor

Inhibitor
Na szybkość prowadzonej reakcji chemicznej ma wpływ wiele czynników, np. temperatura prowadzenia reakcji oraz obecność katalizatorów, które przyspieszają reakcje. Jednak inhibitory to substancje, które powodują zmniejszenie szybkości reakcji chemicznych lub sprawiają, że ona nie zachodzi. Proces ten nazywa się inhibicją. Inhibitory mają zarówno zastosowania w biologii- występowanie w lekach czy regulacja pracy enzymów, jak i w chemii, np. inhibitory korozji. Aby wytłumaczyć zjawisko inhibicji spójrzmy na przykład. Nadtlenek wodoru, (H2O2)rozkłada się do wody (H2O) i tlenu (O2). Aby ta reakcja zaszła konieczna jest obecność katalizatora. Teoretycznie reakcja zachodzi bez katalizatora, jednak bardzo powoli, dlatego przyjmijmy, że katalizator jest konieczny. Katalizatorem może być, np. ludzka krew, dlatego podczas używania wody utlenionej widzimy charakterystyczne „bomblowanie”. Katalizatorem są jony żelaza Fe3+. Spójrzmy na schemat doświadczenia:

Do naszego nadtlenku wodoru dodajemy azotan(V) żelaza(III), ponieważ będzie on dysocjował i w ten sposób w roztworze znajdzie się nasz katalizator- Fe3+. Po dodaniu widzimy, że zachodzi intensywna reakcja rozkładu nadtlenku wodoru. Jednak kiedy dodamy do zlewki jeszcze fosforan(V) sodu, przez co w roztworze znajdą się jony PO43- , widzimy, że szybkość reakcji gwałtownie spadła, a „bomblowanie” będzie znikome. Możemy wyciągnąć wniosek, że jony PO43- są inhibitorami reakcji analizy nadtlenku wodoru.
Inhibitory korozji
Przykładami inhibitorów na co dzień spotykanych są inhibitory korozji lub konserwanty żywności. Spójrzmy na inhibitory korozji. Korozja to niszczenie materiału pod wpływem czynników zewnętrznych. Inhibitory korozji to substancje, które po dodaniu do środowiska korozyjnego, zmniejsza szybkość korozji- hamuje ten proces. Przykładem może być azotyn- NO2–, fosforan(V) sodu i krzemian sodu Na2SiO3. Fosforany najlepiej sprawdzą się w pH zasadowym i obojętnym, natomiast krzemiany przy niskiej wartości pH. Inhibitorami mogą być pierwiastki niebezpieczne dla zdrowia człowieka, np. arsen lub bizmut. Na rynku istnieją emitery, czyli środki zawierające substancje będące inhibitorami korozji. Mogą to być specjalne folie antykorozyjne, specjalne wkładki, oleje, smary. Generalnie wraz ze wzrostem inhibitora zwiększa się skuteczność zapobiegania korozji, jednak istnieje wartość maksymalna ilości inhibitora. Należy zaznaczyć, że za mała ilość inhibitora może przyspieszać korozję. Dobierając inhibitor korozji należy zwrócić uwagę z czego wykonany jest materiał, który chcemy ochronić oraz w jakim środowisku będzie się znajdował- kwaśne/ obojętne/ zasadowe.

Inhibitory w biologii
Enzymy to białka, które katalizują reakcje metaboliczne zachodzące w organizmie. Ich działanie jest regulowane na wiele sposobów. Jednym z nich są aktywatory i inhibitory. Aktywatory to takie „włączniki” enzymów, a inhibitory to „wyłączniki” enzymów- hamują one przebieg reakcji enzymatycznych. Ich działanie jest konieczne do zachowania homeostazy, czyli wewnętrznej równowagi w ciele człowieka. Enzymy to białka, które przyspieszają przebieg reakcji metabolicznych. Zbudowane są z części białkowej i niebiałkowej. W ich budowie wyróżniamy centrum aktywne. Jest to miejsce, w którym enzym wiąże się z substratem bądź substratami, aby stworzyć produkt.

Skoro już przypomnieliśmy sobie wiadomości o enzymach, spójrz na podział inhibitorów:
Inhibitory dzielimy na odwracalne i nieodwracalne. Inhibitory nieodwracalne trwale wiążą się z enzymem za pomocą silnych wiązań. Taki enzym nie może katalizować reakcji. Jest to coś nieodwracalnego. Przykładem może być trucizna- cyjanek potasu, który blokuje działanie enzymu uczestniczącego w reakcji oddychania komórkowego, co kończy się śmiercią. Jednak inhibitory nieodwracalne to nie tylko trucizny. Popularnym inhibitorem nieodwracalnym jest kwas acetylosalicylowy, czyli aspiryna. Łączy się ona z enzymami katalizującymi reakcje zapalne, takie jak na przykład katar czy kaszel, przez co blokuje katalizowanie tej reakcji, a dzięki temu czujemy się lepiej.
Z kolei inhibitory odwracalne łączą się z enzymem nietrwałymi wiązaniami, blokują więc działanie enzymu tylko na pewien okres. Później po rozdzieleniu enzymu od inhibitora ten pierwszy może funkcjonować normalnie. Inhibitory odwracalne dzielimy na:

Inhibitory kompetencyjne zwane konkurencyjnymi. Łączą się one z enzymem w centrum aktywnym. Zwane są konkurencyjnymi, ponieważ niejako konkurują z substratem o to miejsce. Gdy stężenie substratu będzie duże, to inhibicja będzie nieskuteczna, ponieważ to substrat będzie miał większe prawdopodobieństwo trafienia do centrum aktywnego niż inhibitor.
Drugim rodzajem inhibitora niecałkowitego są inhibitory niekompetencyjne. Inhibitory niekompetencyjne przyłączają się w innym miejscu niż centrum aktywne (centrum allosteryczne), przez to zaburzają strukturę centrum aktywnego i substrat nie może się tam dołączyć. W przypadku tych inhibitorów nawet nadmiarowe stężenie substratu nie sprawi, że reakcja zajdzie. Spójrz na grafikę.

Na zielono narysowano enzym, na żółto inhibitor, a na pomarańczowo substrat. Po przyłączeniu inhibitora, centrum aktywne enzymu zostało zniekształcone, dlatego substrat tam nie pasuje i nie może zajść reakcja. Przykładem inhibitora niekompetencyjnego są jony metali ciężkich, np. ołowiu.
Znaczenie inhibitorów
Inhibitory mogą być zarówno truciznami (cyjanek potasu) jak i lekami. Przykładem leku może być penicylina, która blokuje enzym odpowiedzialny za tworzenie ściany komórkowej bakterii i jednocześnie jest niegroźna dla człowieka. Dzięki temu penicylina jest popularnym lekiem stosowanym w przypadku chorób bakteryjnych. Innym korzystnym zastosowaniem inhibitora jest chemioterapia. Przykładem może być lek o nazwie metotreksat. Inhibitory wykorzystywane są w rolnictwie jako pestycydy, w ogrodnictwie do niszczenia chwastów. Tu przykładem może być glifostat.
Podsumowanie:
Inhibitory sprawiają, że dana reakcja zachodzi wolniej lub w ogóle nie zachodzi.
Przykładem inhibicji może być użycie jonów fosforanowych(V) przy reakcji analizy nadtlenku wodoru.
Popularnymi inhibitorami są inhibitory korozji, które zapobiegają niszczeniu się danej substancji.
Inhibitory występują w ludzkim ciele jako regulatory pracy enzymów.
Inhibitory (biologicznie) dzielimy na odwracalne i nieodwracalne, a inhibitory odwracalne dzielą się na kompetencyjne i niekompetencyjne.
Inhibitory są szeroko stosowane w naszym życiu: folie antykorozyjne, leki, pestycydy, środki ogrodnicze lub jako trucizny.