结构生物化学/酶/非竞争性抑制剂

简介

非竞争性抑制剂是一种仅与酶-底物复合物结合的抑制剂。其结合位点的形成只有在酶和底物相互作用后才会发生。非竞争性抑制在试图参与的额外底物存在时不起作用。酶-底物-抑制剂复合物不产生任何产物。

E + S -> ES

ES + I -> ESI -X-> E + P

非竞争性抑制剂与酶-底物复合物结合以阻止酶与底物反应形成产物，因此，它在更高的底物和酶浓度（底物与酶结合）时效果很好；结合导致结合到酶的底物浓度降低，Km 和 Vmax 降低，酶与底物的结合亲和力增加。

E + I -> (通过 S) ES + I -> E + P

其中 E 是酶，I 是抑制剂，ES 是酶-底物复合物，P 是产物。

底物的这种结合改变了酶的结构，使抑制剂结合位点可用。非竞争性抑制降低了最大速度以及 K_M。K_M 是当速度为根据米氏动力学模型的最大速度的一半时的底物浓度。V_max 和 K_M 都降低了相同量。即使酶-底物结合增强了，V_max 仍然会降低，因为形成了 ESI 复合物。ESI 复合物抑制产物的形成。非竞争性抑制剂会降低 K_M 并产生更好的酶-底物结合，因为它只与 ES 复合物结合。但是，当抑制剂结合时，ES 复合物不断被消耗，产生 ESI 复合物。因此，为了保持 ES 和 ESI 复合物之间的平衡并遵循勒沙特列原理，反应向更多 ES 形成的方向移动，在那里它将更多底物结合到酶上以产生更多 ES。最终，这会导致 K_M 降低。K_M 降低表明更好的酶-底物结合，因为酶可以使用更少的底物浓度达到其最大速度的一半。从某种意义上说，酶-底物结合非常有效，因为酶和底物具有很高的亲和力并强烈相互作用。

非竞争性抑制剂的动力学

第一张图片描述了非竞争性抑制背后的基本理论，并展示了抑制剂如何使酶失活并防止其形成产物。第二张图片显示了当抑制剂浓度增加而酶浓度保持不变时会发生什么。这表明随着抑制剂浓度的增加，酶的 V_max 如何降低。

非竞争性抑制的双倒数图

该图显示了 V₀ 和 [S] 的双倒数图。x 轴截距等于 -1/K_M，而 y 轴截距为 1/V_max。直线的斜率为 K_M/V_max。因此，该图表明 K_M 降低了，V_max 也降低了。

米氏方程变为

$\ 1/V_{o}={\frac {K_{m}}{V_{max}[S]}}+{\frac {1+[I]/K_{i}}{V_{max}}}$

如该方程式所示，方程式的斜率将与 ${\frac {K_{m}}{V_{max}[S]}}$ 所示的一样，但双倒数图上的 y 轴向上移动了 ${1+[I]/K_{i}}$ ，因此这种偏移导致新线与原始线平行。

参考文献

Berg, Jeremy M., John L. Tymoczko, and Lubert Stryer. BIOCHEMISTRY. 6th ed. New York: W. H. FREEMAN AND COMPANY, 2007.