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酶的抑制作用与抑制剂(三)

 lcy1971 2019-09-04

酶的抑制剂分为可逆抑制剂与不可逆抑制剂。可逆抑制剂通过非共价键与酶可逆结合,所以可用透析法除去,使酶活性恢复。根据抑制剂与底物的关系,典型的可逆抑制分为三种类型:

(1)竞争性抑制(competitive inhibiton) 抑制剂结构与底物类似,与酶形成可逆的EI复合物但不能分解成产物P。抑制剂与底物竞争活性中心,从而阻止底物与酶的结合。可通过提高底物浓度减弱这种抑制。最典型的例子是丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制。竞争性抑制剂使Km增大,Km'=Km×(1+[I]/Ki),Vm不变。

竞争性抑制,引自百度图片

竞争性抑制最常见,磺胺类药物就是竞争性抑制剂,如对氨基苯磺胺。它与对氨基苯甲酸相似,可抑制细菌二氢叶酸合成酶,从而抑制细菌生长繁殖。人体可利用食物中的叶酸,而细菌不能利用外源的叶酸,所以对此类药物敏感。抗菌增效剂TMP可增强磺胺的药效,因为其结构与二氢叶酸类似,可抑制细菌二氢叶酸还原酶,但很少抑制人体二氢叶酸还原酶。它与磺胺配合使用,可使细菌的四氢叶酸合成受到双重阻碍,严重影响细菌的核酸及蛋白质合成。

竞争性抑制的动力学特点

植物中的某些生物碱如毒扁豆碱是胆碱酯酶的竞争性抑制剂,含叔胺基团,与乙酰胆碱类似,能抑制胆碱酯酶活力。所以食用未完全煮熟的扁豆,会造成胃肠道平滑肌痉挛,导致恶心呕吐等症状。

过渡态底物类似物也可以作为竞争性抑制剂。因为酶与过渡态的亲和力更高,所以这种抑制剂的效率比一般的基态底物类似物高得多。例如,磷酸乙二醇羟胺是酵母醛缩酶的过渡态底物类似物,其Ki为10-8 mol/L,而正常底物磷酸二羟丙酮的Km是4ⅹ10-4 mol/L。也就是说,其结合能力比磷酸二羟丙酮高4万倍。而一种针对小牛肠腺苷脱氨酶的过渡态类似物:嘌呤核苷水合物,结合能力比底物高一亿倍。

(2)非竞争性抑制(noncompetitive inhibiton) 酶可以同时与底物和抑制剂结合,两者之间没有竞争。但形成的中间物ESI不能分解生成产物,因此酶活降低。非竞争性抑制使Km不变,Vm变小,Vm’= Vm/(1+[I]/Ki)。

非竞争性抑制,引自百度图片

非竞争抑制剂与酶活性中心以外的基团结合,其中很多是通过与巯基结合,破坏酶的构象,例如一些含金属离子(铜、汞、银等)的化合物。亮氨酸是精氨酸酶的非竞争抑制剂,EDTA络合金属引起的抑制也是非竞争抑制,比如对需要镁离子的己糖激酶的抑制。

非竞争性抑制的动力学特点

(3)反竞争性抑制(uncompetitive inhibiton) 酶与底物结合后才能与抑制剂结合,复合物不能生成产物。反竞争性抑制剂使Km和Vm都变小,Km’= Km/(1+[I]/Ki),Vm’= Vm/(1+[I]/Ki)。因为Kcat/Km=(Vm/Km)*[E],所以反竞争性抑制时专一性常数不变。

反竞争性抑制,引自百度图片

氰化物对芳香基硫酸酯酶的抑制属于反竞争性抑制。另外,对于乒乓机制的双底物反应,一个底物的竞争性抑制剂,同时是另一个底物的反竞争性抑制剂。

反竞争性抑制的动力学特点

除了上述三种典型的抑制类型外,还存在混合型抑制,是非竞争性抑制与其它两种分别混合共存的情况。竞争性抑制与反竞争性抑制的机理存在冲突,所以二者无法并存。

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