7.13: 酵素の阻害

阻害剤とは、酵素に結合して酵素の活性を低下させる分子のことです。正常に機能している細胞では、酵素はさまざまな阻害剤によって制御されています。また、薬物やその他の毒素も酵素を阻害します。阻害剤には、酵素の活性部位に結合するものと、タンパク質構造上の他の部位に結合して酵素活性を阻害するものがあります。

競合的阻害剤は、酵素の活性部位を占有し、基質を収容できなくします。その結果、競合阻害剤は酵素の初期反応速度を低下させますが、酵素の最大反応速度には影響を与えません。競合的阻害剤の一例として、慢性アルコール中毒の治療に使用されるジスルフィラムという薬があります。アルコールが摂取されると、通常はアセトアルデヒドに変換され、アセトアルデヒド脱水素酵素によってアセチル補酵素Aに変換されます。ジスルフィラムは、アセトアルデヒド脱水素酵素の活性部位に結合してこれを占有し、酵素がこの変換を行うことができなくなります。その結果、ジスルフィラムを服用した患者は、すぐに頭痛などの二日酔いのような症状が現れ、アルコール摂取量が減少します。

非競合阻害剤は、酵素の活性部位から離れた別の部位に結合します。この部位はアロステリックサイトと呼ばれ、分子が結合すると活性部位の形状が変化し、酵素が基質との親和性を低下させます。非競合阻害剤は活性部位を占有しないため、基質が追加されても非競合阻害を克服することができず、酵素は最大の反応速度を得ることができません。

阻害剤と酵素の間の共有結合は、いくつかの毒素の場合と同様に、通常は不可逆的です。通常、細胞内で活性化している調節性阻害剤の多くは、弱い相互作用によって酵素と相互作用します。このタイプの結合は可逆的で、代謝プロセスの調節に有用です。癌の細胞増殖を制御する酵素を競合的および非競合的に阻害する新しい分子の探索は、活発な研究分野です。

特定の化学物質は酵素の機能を 抑制またはブロックすることで酵素の活性を制御します。酵素阻害物剤には2つの異なる形があります。競合的阻害剤と非競合阻害剤です。競合的阻害剤は酵素の特殊な基質に非常に類似しており 活性部位への結合が可能であり また、基質を結合から阻害します。この働きは基本的に、基質に結合可能な酵素の数を 減少します。その一方で、非競合阻害剤は 活性部位ではない、しかし依然として影響を及ぼす部位に結合し 例えば酵素の形を変えて 基質の活性部位への結合における 親和性を大きく減少し 酵素の正常な機能を妨げます。さらに、両タイプの阻害剤は特異的に 化学反応の割合に影響を及ぼします。標準的な酵素反応率であるコントロールと比較して 競合的阻害剤の反応は Vmax(最大反応速度)への到達速度が低下し 活性部位にアクセスするために 常に阻害剤を打ち負かすことが可能な 基質が十分に必要となることから より多くの基質の結合が求められます。これに対し、非競合阻害剤は 結合可能な酵素の数を減少させるため Vmaxに到達することができません。