酶的抑制作用與抑制劑(三)

酶的抑制劑分為可逆抑制劑與不可逆抑制劑。可逆抑制劑通過非共價鍵與酶可逆結合,所以可用透析法除去,使酶活性恢復。根據抑制劑與底物的關系,典型的可逆抑制分為三種類型:

(1)競爭性抑制(competitive inhibiton) 抑制劑結構與底物類似,與酶形成可逆的EI復合物但不能分解成產物P。抑制劑與底物競爭活性中心,從而阻止底物與酶的結合。可通過提高底物濃度減弱這種抑制。最典型的例子是丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制。競爭性抑制劑使Km增大,Km'=Km×(1+[I]/Ki),Vm不變。

競爭性抑制,引自百度圖片

競爭性抑制最常見,磺胺類藥物就是競爭性抑制劑,如對氨基苯磺胺。它與對氨基苯甲酸相似,可抑制細菌二氫葉酸合成酶,從而抑制細菌生長繁殖。人體可利用食物中的葉酸,而細菌不能利用外源的葉酸,所以對此類藥物敏感。抗菌增效劑TMP可增強磺胺的藥效,因為其結構與二氫葉酸類似,可抑制細菌二氫葉酸還原酶,但很少抑制人體二氫葉酸還原酶。它與磺胺配合使用,可使細菌的四氫葉酸合成受到雙重阻礙,嚴重影響細菌的核酸及蛋白質合成。

e825b4290fe4cd708b4d9dbfd5911ca1競爭性抑制的動力學特點

植物中的某些生物堿如毒扁豆堿是膽堿酯酶的競爭性抑制劑,含叔胺基團,與乙酰膽堿類似,能抑制膽堿酯酶活力。所以食用未完全煮熟的扁豆,會造成胃腸道平滑肌痙攣,導致惡心嘔吐等癥狀。

過渡態底物類似物也可以作為競爭性抑制劑。因為酶與過渡態的親和力更高,所以這種抑制劑的效率比一般的基態底物類似物高得多。例如,磷酸乙二醇羥胺是酵母醛縮酶的過渡態底物類似物,其Ki為10-8 mol/L,而正常底物磷酸二羥丙酮的Km是4ⅹ10-4 mol/L。也就是說,其結合能力比磷酸二羥丙酮高4萬倍。而一種針對小牛腸腺苷脫氨酶的過渡態類似物:嘌呤核苷水合物,結合能力比底物高一億倍。

(2)非競爭性抑制(noncompetitive inhibiton) 酶可以同時與底物和抑制劑結合,兩者之間沒有競爭。但形成的中間物ESI不能分解生成產物,因此酶活降低。非競爭性抑制使Km不變,Vm變小,Vm’= Vm/(1+[I]/Ki)。

518792b2ae2f1227258a6c1e6ac574f9非競爭性抑制,引自百度圖片

非競爭抑制劑與酶活性中心以外的基團結合,其中很多是通過與巰基結合,破壞酶的構象,例如一些含金屬離子(銅、汞、銀等)的化合物。亮氨酸是精氨酸酶的非競爭抑制劑,EDTA絡合金屬引起的抑制也是非競爭抑制,比如對需要鎂離子的己糖激酶的抑制。

非競爭性抑制的動力學特點

(3)反競爭性抑制(uncompetitive inhibiton) 酶與底物結合後才能與抑制劑結合,復合物不能生成產物。反競爭性抑制劑使Km和Vm都變小,Km’= Km/(1+[I]/Ki),Vm’= Vm/(1+[I]/Ki)。因為Kcat/Km=(Vm/Km)*[E],所以反競爭性抑制時專一性常數不變。

2b7dbd26ff3d07a6330938bb1a01819f反競爭性抑制,引自百度圖片

氰化物對芳香基硫酸酯酶的抑制屬於反競爭性抑制。另外,對於乒乓機制的雙底物反應,一個底物的競爭性抑制劑,同時是另一個底物的反競爭性抑制劑。

反競爭性抑制的動力學特點

除瞭上述三種典型的抑制類型外,還存在混合型抑制,是非競爭性抑制與其它兩種分別混合共存的情況。競爭性抑制與反競爭性抑制的機理存在沖突,所以二者無法並存。

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