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抑制剂调节

/inhibitors of regulation/
条目作者冯雁

冯雁

最后更新 2023-11-14
浏览 207
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酶受大分子抑制剂或小分子物质的抑制,从而影响酶活力的调节方式。

英文名称
inhibitors of regulation
所属学科
生物学

凡能使酶催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂(inhibitor)。抑制剂多与酶活力中心内外必需基因结合,从而抑制酶的催化活性。根据抑制剂和酶的结合紧密程度不同,酶的抑制作用分为不可逆性抑制作用(irreversible inhibition)和可逆性抑制作用(reversible inhibition)。

抑制剂通常和酶活力中心上的必需基团,包括丝氨酸(Ser)和半胱氨酸(Cys)残基,具有相应活性的羟基(—OH)和巯基(—SH)以不可逆的共价键相结合,使酶永久失活。此种抑制剂不能用透析、超滤等方法予以去除,如有机磷农药与胆碱酶活力中心的丝氨酸残基结合,一些重金属离子与多种酶活力中心半胱氨酸残基的-SH结合。

抑制剂通过非共价键与酶和(或)酶-底物复合物可逆性结合,使酶活力降低或消失。采用透析或超滤可将抑制剂除去。有3种常见的可逆性抑制作用,即竞争性抑制(competitive inhibition)、非竞争性抑制(non-competitive inhibition)、反竞争性抑制(uncompetitive inhibition)。

典型的竞争性抑制剂与酶的正常底物有近似的结构,因此可以与底物分子竞争地结合到活性部位(图1a)。酶既可以结合底物分子也可以结合抑制剂分子,但不能两者同时结合(图1b)。竞争性抑制剂可逆地结合到活性部位,在高底物浓度条件下,竞争性抑制剂的作用被减弱,因为充分的高底物浓度可以成功地将结合到活性部位的抑制剂分子竞争地排出,因此酶的最大反应速率(Vmax)没有变化。但在竞争性抑制剂存在下,酶对其底物的表观亲和力降低,因此米氏常数(Km)增加,如丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶。

图1 竞争性抑制作用a 结合到活性部位上的竞争性抑制剂与底物的竞争  b 酶既能结合底物又能结合竞争性抑制剂,但不能两者同时结合  
c Lineweaver-Burk图表示竞争性抑制剂对KmVmax的影响
图1 竞争性抑制作用

图1中E为酶;ES为酶-底物复合物;ESI为酶-底物-抑制剂复合物;EI为酶-抑制剂复合物;P为产物。

有些抑制剂与酶活力中心外的必需基团相结合,不影响酶与底物的结合。底物与抑制剂之间无竞争关系。因为抑制剂结合到底物的不同部位,酶可以结合抑制剂、底物或抑制剂加底物二者一起结合,但酶-底物-抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物,如氰化物能与细胞色素氧化酶的铁离子(Fe3+)结合形成氰化高铁细胞色素氧化酶,使之丧失传递电子的能力,引起内窒息。非竞争性抑制剂的效应不能由增高底物浓度而减弱,所以Vmax降低。在非竞争性抑制作用中,酶对底物的亲和力不变,因此Km保持一致(图2)。

图2 非竞争性制作用a 非竞争性抑制剂结合的位点与活性部位截然不同  b 酶既能结合底物又能结合非竞争性抑制剂或者两者均能结合  
c Lineweaver-Burk图表示非竞争性抑制剂对KmVmax的影响
图2 非竞争性制作用

图2中E为酶;ES为酶-底物复合物;ESI为酶-底物-抑制剂复合物;EI为酶-抑制剂复合物;P为产物。

仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合,使中间产物的量下降。这样,既减少从中间产物转化为产物的量,也减少从中间产物解离出的游离酶和底物的量(图3)。

图3 反竞争性抑制图3 反竞争性抑制

  • 郑穗平,郭勇.酶学.2版.北京:科学出版社,2009.

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