抑制剂对酶促反应速率的影响

能与酶结合、使酶活性下降或丧失，但不引起酶变性的物质称为酶的抑制剂（inhibitor）。抑制剂可以结合酶的活性中心或活性中心以外的调节位点。根据与酶结合的紧密程度不同，抑制剂可分为可逆性抑制剂和不可逆抑制剂，发生的抑制作用分别称为可逆性抑制作用和不可逆抑制作用。

（一）不可逆抑制剂对酶促反应速率的影响

不可逆抑制剂通常与酶活中心的必需基团共价结合，使酶失去催化能力；也可能破坏酶活性必需的基团或与酶形成特别稳定的非共价结合；这种抑制不能用透析、超滤等方法去除，称为不可逆抑制作用（irreversible inhibition）。不可逆抑制剂与酶活性中心不可逆结合，使酶不可逆失活，通常产生严重的毒性反应。

1．非专一不可逆抑制 抑制剂与酶分子中一类或几类基团作用，无论其是否为酶的必需基团，皆进行共价结合。由于其中的必需基团作用也被抑制，因此酶活性丧失。

低浓度的重金属离子（如Hg2＋、Ag＋、Pb2＋）及对氯汞苯甲酸等可与多种酶的巯基不可逆结合，从而抑制巯基酶使人畜中毒。

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巯基酶复活。

2．专一性不可逆抑制 抑制剂专一性作用于酶的活性中心或其他必需基团，进行共价结合，从而抑制酶的活性。如有机磷化合物能特异地与胆碱酯酶（choline esterase）活性中心的丝氨酸残基结合，使酶不可逆失活，造成迷走神经持续过度兴奋。有机磷杀虫剂种类很多，其结构越接近酶的底物结构，越容易与酶活性中心结合而发生磷酰化，且抑制越快。沙林（sarin）毒气是有机磷酸盐，可以麻痹人的中枢神经，杀伤力极强。

解磷定（pyridine aldoxime methyloidide，PAM）类药物在体内能与磷酰化胆碱酯酶中的磷酰基结合，而将其中胆碱酯酶游离，恢复其水解乙酰胆碱的活性，故又称胆碱酯酶复活剂，可解除有机磷化合物对羟基酶的抑制作用。

（二）可逆性抑制剂对酶促反应速率的影响

可逆性抑制剂与酶非共价结合，可用超滤、透析或稀释等物理方法除去。去除可逆性抑制剂的酶能够恢复酶活性。可逆性抑制作用遵守米氏方程，通常用林－贝作图法描述可逆性抑制剂对酶动力学的影响。可逆性抑制作用大致分为以下3类。

1．竞争性抑制（competitive inhibition）

（1）竞争性抑制剂（I）在结构上与底物（S）相似，与底物竞争结合酶（E）的活性中心，从而阻碍底物与酶的结合。竞争性抑制剂可与酶结合形成复合物（EI），但不发生催化作用，不生成产物（P）。I存在时，E与S的结合能力降低，反应速率下降。

（2）竞争性抑制作用的双倒数作图（图2－15）：竞争性抑制剂存在时直线斜率增大，横轴截距变大，而纵轴截距保持不变。因此，横轴截距代表的表观Km（apparent Km）增大，表明酶对底物的亲和力降低；纵轴截距代表的最大反应速率Vmax不变，不受抑制剂的影响。

图2－15 竞争性抑制作用双倒数图

（3）抑制剂与酶的相对亲和力及与底物的相对浓度决定了对酶促反应的抑制程度。例如丙二酸、苹果酸及草酰乙酸均与琥珀酸结构相似，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，但增大琥珀酸浓度可以减轻或缓解此抑制作用。

很多临床药物都是酶的竞争性抑制剂。如具有抑菌作用的磺胺类药物，通过干扰细菌的叶酸代谢而抑制细菌的生长繁殖。对磺胺药敏感的细菌不能直接利用周围环境中的叶酸，只能利用对氨苯甲酸（PABA）、谷氨酸和二氢蝶呤，在细菌体内经二氢叶酸（dihydrofolate，DHF）合成酶的催化合成二氢叶酸，二氢叶酸再经二氢叶酸还原酶的作用还原成四氢叶酸（tetrahydrofolate，THF）。磺胺药的结构与PABA相似，与PABA竞争二氢叶酸合成酶的活性中心，阻碍二氢叶酸、四氢叶酸的合成，从而影响一碳单位代谢、核酸合成，抑制细菌生长繁殖。人体利用的叶酸直接从食物中摄取，因而不受磺胺类药物的影响。由于竞争性抑制剂的抑制效果与其浓度有关，因此服用磺胺药时必须保持足够高的血药浓度，才能发挥最佳的抑菌作用。

人体从食物中摄取的叶酸通过二氢叶酸还原酶的作用转变成具有生理活性的四氢叶酸。甲氨蝶呤（methotrexate，MTX）与叶酸结构相似，能与叶酸竞争结合二氢叶酸还原酶的活性中心，从而抑制四氢叶酸的生成。四氢叶酸缺乏阻碍核酸的生物合成、抑制细胞的生长增殖，因此MTX能够起到抗肿瘤作用。5－氟尿嘧啶（5－fluorouracil，5－FU）结构与胸腺嘧啶相似，在体内转变成一磷酸脱氧核糖氟尿嘧啶核苷（FdUMP）后发挥生物学作用。FdUMP与dUMP结构相似，是胸苷酸合酶的竞争性抑制剂，抑制dTMP合成。因此，5－FU也能通过干扰核酸合成抑制肿瘤细胞的生长增殖。

2．非竞争性抑制（non－competitive inhibition）

（1）非竞争性抑制剂与酶活性中心以外的必需基团结合，与底物没有竞争关系。抑制剂与酶的结合不影响底物与酶的结合，底物与酶的结合也不影响抑制剂与酶的结合。但底物、酶、抑制剂组成的三元复合物不能释放出产物。在没有抑制剂的情况下，酶才能催化底物生成产物。如麦芽糖是α－淀粉酶的非竞争性抑制剂，亮氨酸是精氨酸酶的非竞争性抑制剂。

（2）非竞争性抑制作用的双倒数作图（图2－16）：非竞争性抑制剂增大直线斜率，各直线在纵轴上的截距随抑制剂浓度的增加而增大，这表明抑制剂的存在降低了酶促反应的最大反应速率Vmax，且Vmax减低的程度与抑制剂的浓度相关。但无论抑制剂的浓度如何变化，各直线在横轴上的截距均不变，与无抑制剂时完全相同，表明酶促反应的表观Km值不受非竞争性抑制作用的影响。

图2－16 非竞争性抑制作用双倒数图

3．反竞争性抑制（uncompetitive inhibition）

（1）反竞争性抑制剂仅与酶－底物复合物（ES）结合，生成三元复合物，ESI不能催化底物生成产物。

（2）反竞争性抑制作用的双倒数作图（图2－17）：反竞争抑制剂减小直线横轴截距、增加直线纵轴截距，但对直线的斜率无影响。由于反竞争性抑制剂的存在，部分中间复合物ES与I结合，生成的ESI不能转化为产物，因此反竞争性抑制剂降低了酶促反应的Vmax。同时，由于ESI的形成，ES的量下降，促进酶与底物结合，因此反竞争性抑制剂降低了酶促反应的表观Km，即增加了酶对底物的亲和力。

图2－17 反竞争性抑制作用双倒数图

4．三种可逆性抑制作用的比较 不同类型的抑制剂与酶结合的方式、对酶促反应参数，如Vmax及表观Km值的影响均不相同（表2－7）。

表2－7 三种可逆性抑制作用的比较