結構生物化學/酶/非競爭性抑制劑

簡介

非競爭性抑制劑是一種僅與酶-底物複合物結合的抑制劑。其結合位點的形成只有在酶和底物相互作用後才會發生。非競爭性抑制在試圖參與的額外底物存在時不起作用。酶-底物-抑制劑複合物不產生任何產物。

E + S -> ES

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

非競爭性抑制劑與酶-底物複合物結合以阻止酶與底物反應形成產物，因此，它在更高的底物和酶濃度（底物與酶結合）時效果很好；結合導致結合到酶的底物濃度降低，Km 和 Vmax 降低，酶與底物的結合親和力增加。

E + I -> (透過 S) ES + I -> E + P

其中 E 是酶，I 是抑制劑，ES 是酶-底物複合物，P 是產物。

底物的這種結合改變了酶的結構，使抑制劑結合位點可用。非競爭性抑制降低了最大速度以及 K_M。K_M 是當速度為根據米氏動力學模型的最大速度的一半時的底物濃度。V_max 和 K_M 都降低了相同量。即使酶-底物結合增強了，V_max 仍然會降低，因為形成了 ESI 複合物。ESI 複合物抑制產物的形成。非競爭性抑制劑會降低 K_M 併產生更好的酶-底物結合，因為它只與 ES 複合物結合。但是，當抑制劑結合時，ES 複合物不斷被消耗，產生 ESI 複合物。因此，為了保持 ES 和 ESI 複合物之間的平衡並遵循勒沙特列原理，反應向更多 ES 形成的方向移動，在那裡它將更多底物結合到酶上以產生更多 ES。最終，這會導致 K_M 降低。K_M 降低表明更好的酶-底物結合，因為酶可以使用更少的底物濃度達到其最大速度的一半。從某種意義上說，酶-底物結合非常有效，因為酶和底物具有很高的親和力並強烈相互作用。

非競爭性抑制劑的動力學

第一張圖片描述了非競爭性抑制背後的基本理論，並展示了抑制劑如何使酶失活並防止其形成產物。第二張圖片顯示了當抑制劑濃度增加而酶濃度保持不變時會發生什麼。這表明隨著抑制劑濃度的增加，酶的 V_max 如何降低。

非競爭性抑制的雙倒數圖

該圖顯示了 V₀ 和 [S] 的雙倒數圖。x 軸截距等於 -1/K_M，而 y 軸截距為 1/V_max。直線的斜率為 K_M/V_max。因此，該圖表明 K_M 降低了，V_max 也降低了。

米氏方程變為

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

如該方程式所示，方程式的斜率將與 ${\frac {K_{m}}{V_{max}[S]}}$ 所示的一樣，但雙倒數圖上的 y 軸向上移動了 ${1+[I]/K_{i}}$ ，因此這種偏移導致新線與原始線平行。

參考文獻

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