抑制剂对反应速度的影响

 

凡能使酶的活性下降而不引起酶蛋白变性的物质称做酶的抑制剂(inhibitor)。使酶变性失活(称为酶的钝化)的因素如强酸、强碱等，不属于抑制剂。通常抑制作用分为可逆性抑制和不可逆性抑制两类。

(一)不可逆性抑制作用(irreversible inhibition)

不可逆性抑制作用的抑制剂，通常以共价键方式与酶的必需基团进行不可逆结合而使酶丧失活性，按其作用特点，又有专一性及非专一性之分。

1.非专一性不可逆抑制

抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用，不论是必需基团与否，皆可共价结合，由于其中必需基团也被抑制剂结合，从而导致酶的失活。某些重金属(Pb++、Cu++、Hg++)及对氯汞苯甲酸等，能与酶分子的巯基进行不可逆适合，许多以巯基作为必需基团的酶(通称巯基酶)，会因此而遭受抑制，属于此种类型。用二巯基丙醇(british anti�lewisite,BAL)或二巯基丁二酸钠等含巯基的化合物可使酶复活。

2.专一性不可逆抑制

此属抑制剂专一地作用于酶的活性中心或其必需基团，进行共价结合，从而抑制酶的活性。有机磷杀虫剂能专一作用于胆碱酯酶活性中心的丝氨酸残基，使其磷酰化而不可逆抑制酶的活性。当胆碱酯酶被有机磷杀虫剂抑制后，胆碱能神经末稍分泌的乙酰胆碱不能及时分解，过多的乙酰胆碱会导致胆碱能神经过度兴奋的症状。解磷定等药物可与有机磷杀虫剂结合，使酶和有机磷杀虫剂分离而复活。

(二)可逆性抑制(reversible inhibition)

抑制剂与酶以非共价键结合，在用透析等物理方法除去抑制剂后，酶的活性能恢复，即抑制剂与酶的结合是可逆的。这类抑制剂大致可分为以下二类。

1.竞争性抑制(competitive inhibition)

(1)含义和反应式

抑制剂I和底物S对游离酶E的结合有竞争作用，互相排斥，已结合底物的ES复合体，不能再结合I。同样已结合抑制剂的EI复合体，不能再结合S。�

抑制剂I在化学结构上与底物S个相似，能与底物S竞争酶E分子活性中心的结合基团，因此，抑制作用大小取决于抑制剂与底物的浓度比，加大底物浓度，可使抑制作用减弱。

例如，丙二酸、苹果酸及草酰乙酸皆和琥珀酸的结构相似，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。

(2)反应速度公式及作图

按米氏公式推导方法，也可演算出竞争性抑制时，抑制剂、底物和反应速度之间的动力学关系及其双倒数方程式为：

以1V分别为横坐标和纵坐标作图，此方程式可绘成竞争性抑制作用的特性曲线(图2－14)。

图 2-14　竞争性抑制

有竞争性抑制剂存在的曲线与无抑制剂的曲线相交于纵坐标I/Vmax处，但横坐标的截距，因竞争性抑制存在变小，说明该抑制作用，并不影响酶促反应的最大速度，而使Km值变大。

很多药物都是酶的竞争性抑制剂。例如磺胺药与对氨基苯甲酸具有类似的结构(如图2-15)，而对氨基苯甲酸、二氢喋呤及谷氨酸是某些细菌合成二氢叶酸的原料，后者能转变为四氢叶酸，它是细菌合成核酸不可缺少的辅酶。由于磺胺药是二氢叶酸合成酶的竞争性抑制剂，进而减少菌体内四氢叶酸的合成，使核酸合成障碍，导致细菌死亡。抗菌增效剂-甲氧苄氨嘧啶(TMP)能特异地抑制细菌的二氢叶酸还原为四氢叶酸，故能增强磺胺药的作用。

图2-15 磺胺药物的抑菌作用

2.非竞争性抑制(non-competitive inhibition)

(1)含义和反应式

抑制剂I和底物S与酶E的结合完全互不相关，既不排斥，也不促进结合，抑制剂I可以和酶E结合生成EI，也可以和ES复合物结合生成ESI。底物S和酶E结合成ES后，仍可与I结合生成ESI，但一旦形成ESI复合物，再不能释放形成产物P。

I和S在结构上一般无相似之处，I常与酶分子上结合基团以外的化学基团结合，这种结合并不影响底物和酶的结合，增加底物浓度并不能减少I对酶的抑制程度。

图2-16 非竞争性抑制

(2)反应速度公式及作图

按米氏公式推导方法可演算出非竞争性抑制时，抑制剂、底物浓度和反应速度之间动力学关系：

�以1V分别为横坐标和纵坐标作图，此方程式可绘成非竞争性抑制作用的特性曲线(图2-16)。

有非竞争性抑制剂存在的曲线与无抑制剂存在的曲线相交于横坐标－1/Km处，纵坐标截距，因非竞争性抑制剂的存在而变大，说明该抑制作用，并不影响底物与酶的亲和力，而使酶促最大反应速度变小。

如赖氨酸是精氨酸酶的竞争性抑制剂，而中性氨基酸(如丙氨酸)则是非竞争性抑制剂。

总上所述，酶的竞争性和非竞争性抑制可通过双倒数作图加以区别。Vmax不因竞争性抑制剂的存在而改变，Km则不因非竞争性抑制剂的存在而改变。