競合阻害

競合阻害は、阻害剤と基質が酵素上の同じ結合部位を競合し、一度に1つだけが活性部位を占めることができる場合に発生します。より多くの基質が阻害剤を上回ることができるため、競合阻害は見かけのKmを上昇させますが、最大速度Vmaxは変化しません。

Definition

競合阻害は、阻害剤が基質と相互排他的に、活性部位またはその近傍の遊離酵素に結合し、Vmaxを変化させることなく見かけのKmを増加させる可逆的阻害の一形態です。

Scope

この項目では、競合阻害剤の結合論理、ミカエリス・メンテンパラメーターに対する特徴的な影響、阻害定数Ki、および競合阻害が他の可逆的タイプとどのように区別されるかを扱います。これは方法論的および生化学的な参照であり、臨床的ガイダンスではありません。

Core questions

• 基質濃度を上げると阻害は克服されますか？
• Vmaxは維持され、見かけのKmは上昇しますか？
• 阻害剤は基質部位に対してどこに結合しますか？

Key concepts

• 阻害剤と基質の相互排他性
• Vmaxは変化せず、見かけのKmは増加
• 阻害定数 (Ki)
• 過剰な基質による克服可能性
• 1/v軸上で交差するLineweaver-Burkプロットの線

Key theories

相互排他的結合モデル

競合阻害は、阻害剤と基質が相互排他的な方法で遊離酵素に結合することによってモデル化されます。定常状態の処理は、Vmaxが変化せず、見かけのKmが(1 + [I]/Ki)の因子によってスケーリングされることを予測します。

Mechanisms

競合阻害剤は遊離酵素に結合し、通常は活性部位またはその一部に結合して、結合している間は基質の結合を妨げます。結合は可逆的かつ相互排他的であるため、基質濃度を上げると平衡が酵素-基質複合体の方にシフトし、阻害を完全に克服することができます。したがって、Vmaxは変化せず、見かけのKmは(1 + [I]/Ki)の因子によって増加します（Goldstein, 1944; Cornish-Bowden, 2012）。二重逆数（Lineweaver-Burk）プロットでは、異なる阻害剤濃度に対する線は1/v軸上で交差します。競合阻害剤の場合、Cheng-Prusoffの関係は、測定されたIC50とKiおよび基質濃度を結びつけます（Cheng & Prusoff, 1973）。

Clinical relevance

多くの薬剤は、天然基質に類似し、活性部位を競合する競合阻害剤です。克服可能性を理解することは、その効果が基質または補因子レベルに依存する理由を説明するのに役立ちます（Copeland, 2013）。この項目は、参照および教育のためのメカニズムを説明するものであり、投薬量や治療に関するアドバイスを与えるものではありません。

History

競合阻害と他の可逆的タイプとの速度論的区別は、1940年代までに酵素速度論の定常状態の枠組み内で形式化され（Goldstein, 1944）、実験的に便利なIC50と競合阻害剤の固有定数Kiとの関係は、1973年にChengとPrusoffによって示されました（Cheng & Prusoff, 1973）。

Key figures

• Avram Goldstein
• Athel Cornish-Bowden
• Yung-Chi Cheng
• William Prusoff

Seminal works

• goldstein-1944
• cheng-prusoff-1973

Frequently asked questions

阻害剤が競合的であるとどのように判断できますか？

基質を増やすと阻害が克服され、最大速度Vmaxは変化せず、見かけのKmが上昇します。二重逆数プロットでは、異なる阻害剤レベルの線が1/v軸上で交差します。

競合阻害でVmaxが同じままなのはなぜですか？

非常に高い基質濃度では、基質が活性部位をめぐって阻害剤を上回るため、酵素は依然としてその最大速度に達することができるためです。