酵素阻害とは、酵素の活性が低下または失われることを指しますが、酵素タンパク質の変性は引き起こしません。酵素阻害は主に酵素の必須基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。酵素阻害は酵素失活とは異なり、阻害剤も変性剤とは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あります。

可逆的阻害

可逆的阻害とは、阻害剤が非共有結合的に酵素タンパク質に結合することで一時的に酵素活性が失われることを指します。可逆的阻害剤は透析などの物理的方法で除去でき、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、競合阻害、非競合阻害、不競合阻害、混合型阻害が含まれます。

• 競合阻害

競合阻害剤の化学構造は基質と類似しているため、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。競合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排除され、酵素反応が阻害されます。競合阻害は通常、基質濃度を高めることで、すなわち基質の競争力を高めることで解消できます。

図1. 競合阻害の模式図。

• 非競合阻害

酵素は基質と非競合阻害剤の両方と結合することができ、基質と非競合阻害剤の間に競合はありません。酵素が非競合阻害剤と結合した後でも基質と結合でき、酵素が基質と結合した後でも非競合阻害剤と結合できます。しかし、この場合、酵素反応の中間生成物はさらに生成物へと分解されないため、酵素活性が低下します。

図2. 非競合阻害の模式図。

競合阻害は、基質の濃度を十分に高くすることで、すなわち阻害剤よりも基質が優位になることで克服できます。しかし、見かけのKmは、Km点（Vmaxの半分）に到達するためにより高い基質濃度が必要となるため増加します。非競合阻害では、反応が効率的に進行できなくなるためVmaxが低下しますが、基質の実際の結合は正常に機能するためKmは変化しません。

図3. 阻害剤なし、競合阻害剤あり、非競合阻害剤ありの場合の基質濃度と反応速度の関係を示す酵素反応のミカエリス・メンテン飽和曲線。

• 不競合阻害

不競合阻害では、阻害剤は基質-酵素複合体のみに結合します。このタイプの阻害ではVmaxが低下し、Kmも低下します。

図4. 不競合阻害の模式図。

• 混合型阻害

混合型阻害では、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、逆もまた同様です。このタイプの阻害は基質濃度を増加させることで軽減できますが、完全に克服することはできません。

図5. 混合型阻害の模式図。

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官能基と共有結合することで、酵素の活性を阻害することを意味します。不可逆的阻害剤は透析などの物理的方法で除去できず、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、Michaelアクセプター、フェニルスルホン酸エステル、またはフルオロホスホネートなどの反応性官能基を含みます。これらの求電子基はアミノ酸側鎖と反応して共有結合性付加体を形成します。不可逆的阻害は不可逆的酵素失活とは異なります。不可逆的阻害剤は一般的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失活させるわけではありません。タンパク質構造を破壊するのではなく、標的の活性部位を特異的に変化させることで機能します。不可逆的阻害剤は時間依存的な阻害を示し、その効力はIC50値で特徴付けることができません。これは、不可逆的阻害剤の一定濃度での活性酵素量が、阻害剤と酵素の予備インキュベーション時間によって異なるためです。

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