抑制剂的影响

凡能使酶的活性下降而不引起蛋白质变性的物质称为酶的抑制剂(I)。抑制剂主要是与酶分子上的必需基团结合,特别是活性中心内的必需基团,从而引起酶活性的改变。

根据抑制剂与酶结合的紧密程度不同,酶的抑制作用可分为不可逆性抑制作用和可逆性抑制作用。

(一)不可逆性抑制作用

不可逆性抑制作用是指抑制剂与酶活性中心上的必需基团以共价键结合,使酶的活性降低的作用。这类抑制剂不能以物理的透析或超滤等方法去除,但可用某些化学方法去除,以恢复其活性。

1.对羟基酶的抑制作用　如有机磷农药中毒的中毒机制如下。

乙酰胆碱(Ach)是胆碱能神经末梢分泌释放的神经递质。在正常情况下,释放的Ach完成其生理功能后,迅速被存在突触间隙中的乙酰胆碱酯酶(AchE)水解而失去作用。当发生敌敌畏、敌百虫(美曲膦酯)等有机磷农药中毒时,AchE活性中心上的羟基(—OH)与有机磷紧密结合形成磷酰化胆碱酯酶,导致AchE的活性受抑制,丧失分解Ach的能力,以致Ach大量蓄积,引起胆碱能神经过度兴奋,表现出一系列的农药中毒症状,如心率减慢、血压下降、瞳孔缩小、腹痛腹泻、流涎多汗和呼吸困难等,严重者昏迷死亡。所以有机磷农药是胆碱酯酶的不可逆性抑制剂(图3-3-5)。

图3-3-5　有机磷化合物对羟基酶的抑制作用

解救有机磷农药中毒的有效办法是早期使用胆碱酯酶复活剂,如碘解磷定,又名解磷定(PAM)等。复活剂能夺取已和胆碱酯酶结合的有机磷的磷酰基,恢复胆碱酯酶的活性。

2.对巯基酶的抑制　如重金属离子中毒的中毒机制如下。

某些重金属离子如Hg2+、Pb2+、Ag+、Cu2+、As3+等可与巯基酶分子中的巯基(-SH)特异性结合,使巯基酶受抑制。如“二战”期间由美国研制的化学毒气“路易士气”就是一种含砷(As3+)的化合物,它能不可逆性地抑制体内巯基酶的活性,当时被称为“毒剂之王”“死亡之露”。解救的方法可用二巯基解毒剂,如二巯基丙醇(BAL)或二巯丁酸钠。因为这些药物含有多个巯基,在体内达一定的浓度时可与毒气结合,使该酶恢复活性。

(二)可逆性抑制作用

可逆性抑制作用是指抑制剂通过非共价键与酶和(或)酶-底复合物可逆性结合,使酶活性降低或丧失的过程,包括竞争性抑制作用和非竞争性抑制作用。这类抑制剂可用物理的透析或超滤方法去除。

1.竞争性抑制作用 是指抑制剂与底物结构很相似,可与底物竞争同一酶的活性中心,从而阻碍酶与底物结合,达到抑制酶活性的作用。

竞争性抑制作用的特点:由于抑制剂与酶的结合是可逆的,因此抑制剂的抑制程度取决于抑制剂(I)与底物(S)浓度的相对比例。在抑制剂浓度不变的情况下,增加底物浓度能减弱或消除抑制剂的抑制作用。临床上治疗疾病的多种药物是酶的竞争性抑制剂,如:抗代谢类药物中甲氨蝶呤(MTX)、5-氟尿嘧啶(5-FU)、6-巯基嘌呤(6-MP)等,它们通过竞争性抑制嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸等合成酶类的活性,从而达到抑制肿瘤的目的。

竞争性抑制的典型实例是磺胺类药物的抑菌机制。某些对磺胺类药物敏感的细菌不能利用环境中的叶酸生长繁殖,只能利用菌体内的对氨基苯甲酸(PABA)为原料在二氢叶酸合成酶的作用下合成二氢叶酸(FH2),进一步还原成四氢叶酸(FH4),以促进细菌的生长和繁殖。磺胺类药物就是该酶的竞争性抑制剂,它的结构与菌体内的PABA结构相似,可竞争性地抑制菌体内的二氢叶酸合成酶,从而减少FH2和FH4的合成,使细菌的核酸合成受阻,从而达到抑制细菌生长繁殖的作用。

根据竞争性抑制作用的特点,临床上使用磺胺类药物时,需要采用首次剂量加倍的方法,保证血液中药物的有效浓度,才能提高抑菌效果。

2.非竞争性抑制作用　是指抑制剂与底物结构不相似,不与底物竞争酶的活性中心,而是与酶的活性中心外的部位结合,从而达到抑制作用。这样底物与抑制剂之间无竞争关系。

非竞争性抑制作用的特点是:不能用增加底物浓度的方法减弱或消除抑制剂的抑制作用,抑制剂的抑制程度取决于抑制剂本身的浓度。

重点提示

1.影响酶促反应速度的因素有:酶浓度、底物浓度、温度、pH、激活剂和抑制剂等。

2.有机磷化合物能与胆碱酯酶活性中心结合,从而使酶失活。因此,有机磷农药是胆碱酯酶的不可逆性抑制剂。

3.磺胺类药物抑菌机制是竞争性的抑制作用。