Конкурентное ингибирование

Конкурентное ингибирование происходит, когда ингибитор и субстрат конкурируют за один и тот же сайт связывания на ферменте, так что только один из них может занимать активный центр в данный момент времени. Поскольку увеличение концентрации субстрата может вытеснить ингибитор, конкурентное ингибирование повышает кажущуюся Km, оставляя максимальную скорость Vmax неизменной.

Definition

Конкурентное ингибирование — это форма обратимого ингибирования, при которой ингибитор связывается со свободным ферментом в активном центре или рядом с ним, взаимоисключающим образом с субстратом, увеличивая кажущуюся Km без изменения Vmax.

Scope

Статья охватывает логику связывания конкурентных ингибиторов, их характерное влияние на параметры Михаэлиса-Ментен, константу ингибирования Ki и способы отличия конкурентного ингибирования от других обратимых типов. Это методологический и биохимический справочник, а не клиническое руководство.

Core questions

• Преодолевает ли увеличение концентрации субстрата ингибирование?
• Сохраняется ли Vmax при увеличении кажущейся Km?
• Где связывается ингибитор относительно сайта связывания субстрата?

Key concepts

• Взаимоисключающее связывание ингибитора и субстрата
• Неизменная Vmax, увеличенная кажущаяся Km
• Константа ингибирования (Ki)
• Преодолимость избытком субстрата
• Линии Лайнуивера-Берка, пересекающиеся на оси 1/v

Key theories

Модель связывания с взаимоисключением

Конкурентное ингибирование моделируется связыванием ингибитора и субстрата со свободным ферментом взаимоисключающим образом; стационарный подход предсказывает неизменную Vmax и кажущуюся Km, масштабированную на коэффициент (1 + [I]/Ki).

Mechanisms

Конкурентный ингибитор связывается со свободным ферментом, как правило, в активном центре или перекрывая его, предотвращая связывание субстрата, пока он связан. Поскольку связывание обратимо и взаимоисключающе, увеличение концентрации субстрата сдвигает равновесие в сторону фермент-субстратного комплекса и может полностью преодолеть ингибирование; следовательно, Vmax остается неизменной, в то время как кажущаяся Km увеличивается в (1 + [I]/Ki) раз (Goldstein, 1944; Cornish-Bowden, 2012). На двойном обратном графике (Лайнуивера-Берка) линии для различных концентраций ингибитора пересекаются на оси 1/v. Для конкурентных ингибиторов соотношение Ченга-Прусоффа связывает измеренную IC50 с Ki и концентрацией субстрата (Cheng & Prusoff, 1973).

Clinical relevance

Многие лекарственные препараты являются конкурентными ингибиторами, которые напоминают природный субстрат и конкурируют за активный центр; понимание преодолимости помогает объяснить, почему их эффект может зависеть от уровней субстрата или кофактора (Copeland, 2013). Эта статья описывает механизм для справки и обучения и не содержит рекомендаций по дозировке или лечению.

History

Кинетическое различие конкурентного ингибирования от других обратимых типов было формализовано в рамках стационарной кинетики ферментов к 1940-м годам (Goldstein, 1944), а связь между экспериментально удобной IC50 и внутренней константой Ki для конкурентных ингибиторов была установлена Ченгом и Прусоффом в 1973 году (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

Как определить, что ингибитор является конкурентным?

Добавление большего количества субстрата преодолевает ингибирование, максимальная скорость Vmax остается неизменной, а кажущаяся Km возрастает; на двойном обратном графике линии для различных уровней ингибитора пересекаются на оси 1/v.

Почему Vmax остается неизменной при конкурентном ингибировании?

Потому что при очень высоких концентрациях субстрата субстрат вытесняет ингибитор из активного центра, поэтому фермент все еще может достичь своей полной максимальной скорости.