竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂

六、抑制剂对酶促反应速度的影响

凡能使酶活性下降或失活但又不使其变性的物质称为酶的抑制剂（inhibitor）。抑制作用可分为两大类，即可逆性抑制作用（reversible inhibition）与不可逆性抑制作用（irreversible inhibition）。

（一）不可逆性抑制作用

想一想：

有机磷农药中毒的机制是什么？

抑制剂与酶分子的某些基团（主要是必需基团）以共价键方式结合，使酶活性丧失。一般不能用稀释、透析、超滤等简单方法除去抑制剂，这种抑制作用称为不可逆性抑制作用。但这类抑制剂使酶活性受抑制后，用某些药物解毒，可使酶恢复活性。

1.羟基酶的抑制　羟基酶是指以丝氨酸侧链上的羟基（—OH）为必需基团的一类酶。有机磷杀虫剂如二异丙基氟磷酸（diisopropylphosphofluride，DIFP）、敌敌畏、敌百虫、1605等均可特异性地与胆碱酯酶活性中心丝氨酸残基上的羟基共价结合，使酶失活。

有机磷化合物　　　　羟基酶　　失活的酶　　　　酸

胆碱酯酶活性被抑制后，胆碱神经末梢分泌的乙酰胆碱不能及时分解而堆积，导致胆碱神经过度兴奋，表现出一系列中毒症状，这也是有机磷农药杀死昆虫的机制。解磷定等药物置换结合于胆碱酯酶上的磷酰基，从而恢复酶的活性，常用于临床。

2.巯基酶的抑制　巯基酶是指以半胱氨酸残基侧链上的巯基（—SH）为必需基团的一类酶。某些重金属离子如Hg²⁺、Ag⁺、Pb²⁺及As³⁺等可与酶分子的活性巯基进行不可逆的结合，使酶活性受抑制。例如第二次世界大战期间法西斯使用的化学毒气——路易士气（Lewisite）就是一种砷化合物，能抑制体内巯基酶。二巯基丙醇（英国抗路易士气剂british－anti－Lewisite，BAL）或二巯基丁二酸钠等含活泼巯基的化合物能除去酶分子中与巯基结合的化合物，使酶分子上的巯基还原，恢复酶活性。某些重金属盐中毒的解救机制也在于此。

失活的酶　　　　　二巯基丙醇　　　　　巯基酶复活

（二）可逆性抑制作用

抑制剂与酶以非共价键结合，两者结合比较疏松，故用透析等物理方法除去抑制剂后，酶的活性能恢复，这种抑制作用称为可逆性抑制作用。根据抑制剂、底物与酶三者的相互关系，可逆性抑制作用又可分为竞争性抑制作用（competitive inhibition）、非竞争性抑制作用（noncompetitive inhibition）等。

1.竞争性抑制作用　竞争性抑制剂的结构与底物类似，能与底物竞争酶的活性中心，酶与这种抑制剂结合后，不能再与底物结合，这种作用称为竞争性抑制作用。例如丙二酸、苹果酸、草酰乙酸与琥珀酸脱氢酶的底物琥珀酸结构相似，故它们能竞争性地与酶的活性中心结合，一旦结合，则生成抑制剂－酶复合物（EI），就不能生成产物，成为反应的“死端”，从而减少了反应体系中ES的浓度，使酶活性下降。竞争性抑制作用E、S、I及其反应的关系如下：

竞争性抑制作用的显著特点是酶的抑制作用可被高浓度的底物所解除。

说一说：

磺胺类药物的抑菌作用机制。

有些药物属酶的竞争性抑制剂，如磺胺类化合物的抑菌作用就是因为其化学结构与对氨基苯甲酸相似，而对氨基苯甲酸、二氢蝶啶及谷氨酸是某些细菌合成二氢叶酸所必需的原料。二氢叶酸转变成四氢叶酸后是细菌合成核酸必不可少的辅酶。磺胺类化合物与二氢叶酸合成酶相结合后，减少了对氨基苯甲酸与二氢叶酸合成酶的结合量，使四氢叶酸和核酸的合成减少，导致细菌的生长和增殖停止。在实际应用中需维持磺胺类药物在体液中的高浓度才能获得满意疗效。人类能直接利用食物中的叶酸，故人体的核酸代谢不易受影响。

2.非竞争性抑制作用　非竞争性抑制剂也能与酶可逆地结合，但结合的部位不在酶的活性中心，而在活性中心以外的区域。故酶与抑制剂结合后，还可与S结合形成EIS，但这种结合并无催化活性。由于抑制剂不与底物竞争酶的活性中心，故把这种抑制称为非竞争性抑制作用。非竞争性抑制作用E、S、I及其反应的关系如下：

想一想：

竞争性抑制作用与非竞争性抑制作用各有何特点？

非竞争性抑制作用的特点是不能用增加底物浓度的方法解除抑制剂对酶的抑制作用。

哇巴因（ouabain）是细胞膜上Na⁺，K⁺－ATP酶的强烈抑制剂，这可能与其利尿作用和强心作用有关，其作用就是一种非竞争性抑制作用。