酵素阻害とは、酵素の活性を減少または失わせる能力を指しますが、酵素タンパク質の変性を引き起こすものではありません。酵素阻害は主に、酵素の必須グループの化学的性質の変化によって引き起こされます。酵素阻害を引き起こす化合物は阻害剤と呼ばれます。酵素阻害は酵素不活化とは異なり、阻害剤は変性剤とも異なることに注意が必要です。酵素阻害には可逆的阻害と不可逆的阻害が含まれます。

可逆的阻害

可逆的阻害とは、阻害剤が酵素タンパク質に非共有結合的に結合することによって引き起こされる酵素活性の一時的な喪失を指します。可逆的阻害剤は透析などの物理的方法によって除去でき、酵素活性を部分的または完全に回復させることができます。可逆的阻害には競争的阻害、非競争的阻害、非競争的阻害、混合阻害が含まれます。

• 競争的阻害

競争的阻害剤の化学構造は基質に似ているため、基質と競合して酵素の活性部位に結合することができます。競争的阻害剤が酵素の活性中心に結合すると、基質は反応中心から除外され、酵素反応が阻害されます。競争的阻害は通常、基質の濃度を上げることによって排除でき、つまり基質の競争力を向上させることができます。

図1. 競争的阻害の図。

• 非競争的阻害

酵素は基質と非競争的阻害剤の両方に結合することができ、つまり基質と非競争的阻害剤の間に競争はありません。酵素が非競争的阻害剤に結合した後、基質にも結合でき、酵素が基質に結合した後、非競争的阻害剤にも結合できます。しかし、この場合、酵素反応の中間生成物はさらに生成物に分解されることができないため、酵素活性が低下します。

図2. 非競争的阻害の図。

競争的阻害は、基質の十分に高い濃度によって克服でき、つまり阻害剤を上回ることによって克服できます。しかし、明らかなKmは、Km点、すなわちVmaxの半分に達するために基質のより高い濃度が必要になるため、増加します。非競争的阻害では、反応が効率的に進行できないためVmaxが減少しますが、Kmは基質の実際の結合が定義上、依然として正常に機能するため、同じままです。

図3. 阻害剤なし、競争的阻害剤、非競争的阻害剤の下での基質濃度と反応速度の関係を示す酵素反応のマイケリス・メンテン飽和曲線。

• 非競争的阻害

非競争的阻害では、阻害剤は基質-酵素複合体にのみ結合します。このタイプの阻害はVmaxを減少させ、Kmを減少させます。

図4. 非競争的阻害の図。

• 混合阻害

混合阻害では、阻害剤は酵素の基質と同時に酵素に結合することができます。しかし、阻害剤の結合は基質の結合に影響を与え、その逆もまた然りです。このタイプの阻害は減少させることができますが、基質の濃度を上げることによって克服することはできません。

図5. 混合阻害の図。

不可逆的阻害

不可逆的阻害とは、阻害剤が酵素の活性中心の機能基に共有結合することを意味し、これにより酵素の活性が阻害されます。不可逆的阻害剤は透析などの物理的方法によって除去できず、酵素活性を回復させることはできません。

不可逆的阻害剤は、しばしば窒素マスタード、アルデヒド、ハロアルカン、アルケン、マイケル受容体、フェニルスルホン酸塩、またはフルオロホスホネートなどの反応性機能基を含みます。これらの求電子基はアミノ酸の側鎖と反応して共有結合付加物を形成します。不可逆的阻害は不可逆的酵素不活化とは異なります。不可逆的阻害剤は一般に特定の酵素クラスに特異的であり、すべてのタンパク質を不活化するわけではありません。彼らはタンパク質構造を破壊することによって機能するのではなく、ターゲットの活性部位を特異的に変化させることによって機能します。不可逆的阻害剤は時間依存的阻害を示し、その効力はIC50値によって特徴付けることができません。これは、特定の濃度の不可逆的阻害剤における活性酵素の量が、阻害剤が酵素と前処理される時間によって異なるためです。

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