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暨南大学生物化学讲义-第四章 酶(6)

暨南大学 /2011-11-25

    可逆性抑制作用(reversible inhibition)的抑制剂通常以非共价键与酶和(或)酶一底物复合物可逆性结合,使酶活性降低或消失。采用透析或超滤的方法可将抑制剂除去,使酶恢复活性。可逆性抑制作用的类型大体可分为以下三种:

  1.竞争性抑制作用有些抑制剂与酶的底物结构相似,可与底物竞争酶的活性中心,从而阻碍酶与底物结合形成中间产物。由于抑制剂与酶的结合是可逆的,抑制程度则取决于抑制剂与酶的相对亲和力和与底物浓度的相对比例。这种抑制作用称为竞争性抑制作用(competitive inhibition),其反应过程如下:

丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用是竞争性抑制作用的典型实例。丙二酸与酶的亲和力远大于琥珀酸与酶的亲和力,当丙二酸的浓度仅为玻璃酸浓度的1/50时,酶的活性便被抑制50%。若增大琥珀酸的浓度,此抑制作用可被减弱。

酶和抑制剂结合形成的复合物 EI不能转化为产物。其中,K称为抑制常数,即酶与抑制剂结合的解离常数。按米氏方程式的推导方法演化出竞争性抑制剂、底物和反应速度之间的动力学关系如下:

有不同浓度抑制剂存在时,以1/V对1/「S」作图(图4-10),可以发现,无论解性抑制剂的浓度如何,各直线在纵轴上的截距均与无抑制剂时相同,均为1/Vmax。这说明酶促反应的Vmax不因有竞争性抑制剂的存在而改变。有竞争性抑制剂存在时,从横轴上的截距量得的“Km值”(称为表观Km值,apparent Km)大于无抑制剂存在时的Km值,可见,竞争性抑制作用使酶的表现Km值增大。

    竞争性抑制作用的原理可用来阐明某些药物的作用机制和指导探索合成控制代谢的新药物。磺胺类药物是典型的代表。对磺胺类药物敏感的细菌在生长繁殖时,不能直接利用环境中的叶酸,而是在菌体内二氢叶酸合成酶(dihydrifilic acid synthetase)的催化下,以对氨基苯甲酸等为底物合成二氢叶酸。二氢叶酸是核苷酸合成过程中的辅酶之一四氢叶酸的前体。磺胺类药物的化学结构与对氨基苯甲酸相似,是二氢叶酸合成酶的的竞争性抑制剂,抑制二氢叶酸的合成。细菌则因核苷酸与核酸的合成受阻而影响其生长繁殖。人类能直接利用食物中的叶酸,核酸的合成不受磺胺类药物的干扰。根据竞争性抑制的特点,服用横胺类药物时必须保持血液中药物的高浓度,以发挥其有效的竞争性抑菌作用。

许多属于抗代谢物的抗癌药物,如氨甲蝶呤(MTX)、5—氟尿嘧啶(5—FU)、6—巯基嘌呤(6—MP)等,几乎都是酶的竞争性抑制剂,它们分别抑制四氢叶酸、脱氧胸苷酸及嘌呤核苷酸的合成,以抑制肿瘤的生长。

    2.非竞争性抑制作用有些抑制剂可与酶活性中心外的与底物的结合,酶和底物的结合也不影响酶与抑制剂的结合。关系。但酶—底物—抑制剂复合物(ESI)不能进一步释放出产物。这种抑制作用称为非竞争性抑制作用(non一competitive inhibition)。

典型的非竞争性抑制作用的反应过程是:

以1/V对1/[S]作图(图4-10),可发现非竞争性抑制作用的图形是具有各种不同斜率的直线,抑制剂浓度增加时各直线在纵轴上的截距均增大,这说明酶促反应的Vmax因抑制剂的存在而降低,降低的幅度与抑制剂的浓度相关;无论抑制剂的浓度如何,各直线轴上的截距均与无抑制剂时相同。这说明非竞争性抑制作用不改变酶促反应的表观Km值。

  3.反竞争性抑制作用此类抑制剂与上述两种抑制作用不同,仅与酶和底物形成的中间产物(ES)结合,使中间产物ES的量下降。这样,既减少从中间产物转化为产物的量,也同时减少从中间产物解离出游离酶和底物的量。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用(uncompetitive inhibition),其抑制作用的反应过程如下:

从反竞争性抑制作用的双倒数作图(图4—10)可见,此类抑制作用同时降低反应的Vmax和表现Km值。

                      六、激活剂对反应速度的影响

    使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂(activator)。激活剂大多为金属离子,如Mg2+、K+、Mn2+等;少数为阴离子,如Cl-等。也有许多有机化合物激活剂,如胆汁酸盐等。

    大多数金属离子激活剂对酶促反应是不可缺少的,否则将测不到酶的活性。这类激活剂称为必需激活剂(essential activator)。它们与酶、底物或酶一底物复合物结合参加反应,但不转化为产物。例如,己糖激酶催化的反应中,Mg2+与底物ATP,结合生成Mg2+-ATP,后者作为酶的真正底物参加反应。有些激活剂不存在时,酶仍有一定的催化泛性,这类激活剂称为非必需激活剂(non-essential activator)。非必需激活剂通过与酶或底物或酶一底物复合物结合,提高酶的催化活性。氯离子是唾液淀粉酶的非必需激活剂;许多有机化合物激活剂也属于此列。

                      七、酶活性测定与酶活性单位

    酶活性测定的目的是了解组织提取液、体液或纯化的酶液中酶的存在与多寡。由于酶蛋白的含量甚微,很难直接测定其蛋白质的含量,而且在生物组织中,酶蛋白又多与其他蛋白质混合存在,将其提纯是一件耗时费力的事。酶的活性是指酶催化化学反应的能力,其衡量的标准是酶促反应速度的大小。酶促反应速度可在适宜的反应条件下,用单位时间内底物的消耗或产物的生成量来表示。

    许多因素可以影响酶促反应速度。酶的活性测定要求有适宜的特定反应条件,影响酶促反应速度的各种因素应相对恒定。酶的样品应作适当的处理。例如测定血浆乳酸脱氢酶活性时,应防止溶血,因红细胞中乳酸脱氢酶的活力比血浆中酶活力高150倍。测定酶活性时,底物的量要足够(底物浓度一般在 10 Km以上),使酶被底物饱和,以充分反映待测酶的活力。测定代谢物时应保持酶的足够浓度,应根据反应时间选择反应的最适温度,根据不同的底物和缓冲液选择反应的最适洲。为获取最高反应速度,在反应体系中应含有适宜的辅助因子、激活剂等。

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