비경쟁억제

Non-competitive inhibition
비경쟁적 억제제와 혼동해서는안 된다.
"비경쟁" 리디렉션기타 용도는 경쟁을 참조하십시오.

비경쟁억제는 억제제가 이미 기질을 결합했든 아니든 효소의 활동을 감소시키고 똑같이 효소에 잘 결합하는 효소억제의 일종이다.[1][2]null

억제제는 기질이 이미 결합되었는지 여부에 관계없이 효소에 결합할 수 있지만, 한 상태나 다른 상태에서는 효소를 결합하는 친화력이 더 높으면 혼합 억제제라고 부른다.[2]null

역사

내과의사 마이클리스와 친구(피터 로나)가 병원에서 콤팩트한 연구실을 만들었고, 5년 동안 마이클리스는 100번 이상 성공적으로 출판되었다.병원에서 연구를 하는 동안, 그는 다양한 종류의 억제, 특히 과당과 포도당을 말타아제 활동의 억제제로 사용하는 것을 처음으로 보았다.말타아제는 말토스를 포도당의[3] 두 단위로 분해한다. 실험에서 발견한 것은 비경쟁적 및 경쟁적 억제의 분산을 허용한다.비경쟁적 억제는 특정 그래프에 대한 kcat 값(K는m 아니지만 K는 아님)에 영향을 미친다. 이 억제제는 특정 분자에 대한 특수성이 있는 부지에 결합한다.미카엘리스는 억제제가 구속되면 효소가 비활성화된다고 판단했다.[4]null

당대의 다른 많은 과학자들처럼, 레오노르 마이클리스와 모드 멘텐은 자당의 순응을 변화시키고 그것을 과당과 포도당이라는 두 가지 제품으로 만드는 데 사용된 반응을 연구했다.[4]이 반응에 관여하는 효소를 인버타아제라고 하며, 다른 효소의 키네틱스를 위해 마이클리스와 멘텐이 혁명적으로 지지해 온 효소다.연구된 반응의 비율을 표현하면서, 그들은 그 비율을 대부분 기질 존재뿐만 아니라 효소 농도에 의존하고 있다는 것을 암시하는 방식으로 설명하는 방정식을 도출했다.[4][5]null

아드리안 브라운과 빅토르 앙리는 마이클리스와 멘텐이 잘 알려진 효소 운동학에서 발견될 수 있는 기초를 닦았다.[6]브라운은 이론적으로 그 메커니즘이 이제 효소 운동학에 대해 받아들여질 것이라고 상상했지만, 주장을 할 양적 데이터를 가지고 있지 않았다.[6]빅토르 앙리는 박사학위 논문에서 효소 운동학에 상당한 기여를 했지만 수소 이온 농도와 포도당의 돌연변이의 중요성에 대해서는 주목하지 않았다.헨리의 논문의 목표는 효소-카탈리시스 반응에 대한 그의 지식을 물리 화학의 공인된 법칙과 비교하는 것이었다.[4]앙리는 현재 마이클리스-멘텐 방정식으로 알려진 방정식을 처음으로 쓴 것으로 인정받고 있다.말타아제와 인버타아제에 의해 제어되는 촉매 반응에서 포도당과 과당을 사용하여, 레오노르 미카엘리스는 앙리 시대에 존재하지 않았던 pH 척도를 사용하여 서로 다른 유형의 억제를 구별한 최초의 과학자가 되었다.[4]null

특히 이 반응의 비율을 설명하는 작업을 하는 동안 그들은 또 다른 과학자인 빅터 헨리의 아이디어에 대해 실험하고 추론했는데, 그들이 사용하고 있는 효소는 과당과 포도당이라는 두 반응의 두 가지 생산물 모두에 어느 정도 친화력을 가지고 있었다.[4][5]헨리의 방법을 사용하여, 마이클리스와 멘텐은 정상 상태 실험을 위한 초급률 방법의 개념을 거의 완성했다.그들은 억제를 연구하던 중 비경쟁적(혼합적) 억제가cat k(촉매율)에 미치는 영향과 경쟁력은 속도(V)에 미치는 영향에 의해 특징지어진다는 것을 발견했다.[4]Michaelis와 Menten 실험에서 그들은 수소 이온을 이용한 인버타아제의 pH 효과에 집중했다.[4]인버타아제는 세포외 효모에서 발견되는 효소로, 자당(자당과 과당의 혼합물)을 가수분해하거나 역전시켜 "당분"을 역전시켜 촉매 반응을 일으킨 효소다.인버타아제를 사용하는 주된 이유는 쉽게 검사할 수 있고 실험이 더 빨리 이루어질 수 있기 때문이었다.수크로스는 극지방미터에서 덱스트라토리아-D로 회전하는 반면, 변성당은 공중부양-L로 회전한다.이것은 설탕의 역전을 추적하는 것을 비교적 단순하게 만들었다.그들은 또한 α-D-글루코스가 매우 불안정하고 자발적인 β-D-글루코스의 변화인 인버타제에 의해 촉매작용을 하는 반응으로 방출된다는 것을 발견했다.[6]비록 이 두 가지가 모두 덱스트러래터레이션 형태지만, 그들은 포도당이 돌연변이로도 알려져 있는 자연적으로 변할 수 있다는 점에 주목했다.이것을 고려하지 않은 것은 앙리의 실험이 부족해진 주된 이유 중 하나였다.역방향 촉매제를 사용하여 수크로스 역방향 촉매제를 사용하여 효소가 극지방측정에 의해 얼마나 빨리 반응하는지 알 수 있었기 때문에 수크로스가 역방향으로 작용하는 반응에서 비경쟁적 억제가 발생하는 것으로 밝혀졌다.[4]null

용어.

모든 비경쟁 억제제가 효소를 알로스테릭 부위(즉 활성 부위 이외의 위치)에서 결합하지만, 알로스테릭 부위에서 결합하는 모든 억제제가 비경쟁 억제제인 것은 아니라는 점에 유의해야 한다.[2]사실, 고농축 억제제는 경쟁적, 비경쟁적 또는 비경쟁적 억제제로 작용할 수 있다.[2]null

많은 출처는 이 두 용어를 계속 혼동하거나,[7] 비경쟁적 억제에 대한 정의로서 알로스테릭 억제의 정의를 기술한다.null

메커니즘

비경쟁적 또는 혼합적 억제의 가능한 메커니즘의 예.

비경쟁적 억제는 억제제와 기질이 모두 주어진 시간에 효소에 결합될 수 있는 시스템을 모델링한다.기질과 억제제가 모두 결합되면 효소-기하 억제제 콤플렉스는 제품을 형성할 수 없고 효소-기하 복합체 또는 효소 억제제 콤플렉스로만 다시 전환될 수 있다.비경쟁적 억제는 억제제가 효소와 효소-하향 복합체에 동일한 친화력을 가지고 있다는 점에서 일반적인 혼합 억제와 구별된다.null

예를 들어 글리콜리시스 효소 촉매 반응에서 축적 인에노놀은 피루베이트 키나아제에 의해 피루베이트로 촉매된다.알라닌은 피루바이트에서 합성된 아미노산으로 글리콜리시스 과정에서 효소 피루바이트키나아제를 억제하기도 한다.알라닌은 비경쟁적 억제제여서 여전히 최종 생산물이 되기 위해 활성 부위에서 기질까지 결합한다.[8]null

비경쟁적 억제의 또 다른 예는 뇌에서 포도당-6인산염 억제 헥소키나아제에 의해 제시된다.포도당-6-인산염의 탄소 2와 4는 탄소 6의 인산염과 함께 효소 억제제 복합체에 부착되는 히드록실 그룹을 포함하고 있다.기질과 효소는 억제제가 붙는 그룹 조합이 다르다.포도당-6-인산염의 능력이 동시에 다른 장소에서 결합하는 것은 비경쟁적 억제제로 만든다.[9]null

비경쟁적 억제의 가장 일반적인 메커니즘은 억제제를 고환성 부위로 되돌릴 수 있는 결합을 포함하지만 억제제가 활성 부지에 대한 직접 결합을 포함한 다른 수단을 통해 작동할 수 있다.억제제의 결합이 기질의 결합을 막는 것이 아니고, 반대로 한정된 시간 동안 단순히 제품 형성을 막는다는 점에서 경쟁 억제와 다르다.null

Lineweaver-Burke plot non-competitive inhibition.svg

이러한 억제 유형은 기질에 대한 촉매의 명백한 결합 친화력을 변경하지 않고 화학 반응의 최대 속도를 감소시킨다(Kmapp – Michaelis-Menten 키네틱 참조).비경쟁 억제제가 추가되면 Km은 변경되지 않고 Vmax는 변경된다.Lineweaver-Burk 그림에 따르면 비경쟁 억제제를 추가하는 동안 Vmax가 감소하며, 비경쟁 억제제를 추가하는 경우 기울기와 y 절연의 변화에 의해 그림에 표시된다.[10]null

경쟁과 비경쟁의 일차적인 차이는 경쟁 억제가 기질 대신 억제제를 결합시켜 기질이 결합하는 능력에 영향을 미치고, 기질에 대한 효소의 친화력을 떨어뜨린다는 것이다.비경쟁적 억제에서는 억제제가 알로스테릭 부위에 결합하여 효소-하향 복합체가 화학반응을 수행하는 것을 방지한다.이것은 (기질용) 효소의 Km(선량)에는 영향을 미치지 않는다.비경쟁억제는 여전히 기질이 효소 억제제 콤플렉스에 결합하여 효소-하중 억제제 콤플렉스를 형성할 수 있도록 한다는 점에서 비경쟁억제와는 다르다. 이는 비경쟁억제에서는 사실이 아니며, 알로스테리 bin에 대한 순응적 변화를 통해 기질이 효소 억제제에 결합되는 것을 방지한다.딩딩하다

방정식

비경쟁 억제제가 있는 경우 겉보기 효소 친화력은 실제 친화력과 동일하다.Michaelis-Menten 운동학에서mapp Km = K.이는 억제제가 균형이 유지되도록 효소와 효소-하향 복합체 모두에 균등하게 결합되기 때문에 르 샤틸러의 원리의 결과로 볼 수 있다.그러나 일부 효소는 기질을 상품으로 바꾸는 것이 항상 억제되기 때문에 유효 효소 농도는 낮아진다.null

수학적으로,

예: CYP2C9 효소의 비경쟁 억제제

CYP2C9 효소의 비경쟁 억제제로는 니페디핀, 트란닐시프로민, 페네틸 이소티오시아네이트, 6-히드로록시플라본이 있다.컴퓨터 도킹 시뮬레이션과 대체된 생성된 돌연변이는 6-하이드록시플라본의 비경쟁적 결합 부위가 CYP2C9 효소의 보고된 모든 효소 결합 부위임을 나타낸다.[11]null

참조

  1. ^ Srinivasan, Bharath (2020-09-27). "Words of Advice: teaching enzyme kinetics". The FEBS Journal. 288 (7): 2068–2083. doi:10.1111/febs.15537. ISSN 1742-464X. PMID 32981225.
  2. ^ a b c d John Strelow, Walthere Dewe, Phillip Iversen, Harold Brooks, Jeffrey Radding, James McGee and Jeffrey Weidner, "Mechanism of Action Assays for Enzymes", in G. S. Sittampalam, N. P. Coussens, H. Nelson et al. (editors), Assay Guidance Manual, Eli Lilly & Company and the National Center for Advancing Translational Sciences, 2004.
  3. ^ Srinivasan, Bharath (2021-07-31). "A guide to the Michaelis–Menten equation: steady state and beyond". The FEBS Journal: febs.16124. doi:10.1111/febs.16124. ISSN 1742-464X. PMID 34270860.
  4. ^ a b c d e f g h i Cornish-Bowden, Athel (2015-03-01). "One hundred years of Michaelis–Menten kinetics". Perspectives in Science. Proceedings of the Beilstein ESCEC Symposium - Celebrating the 100th Anniversary of Michaelis Menten-Kinetics. 4 (Supplement C): 3–9. doi:10.1016/j.pisc.2014.12.002.
  5. ^ a b Michaelis, L.; Menten, Miss Maud L. (2013-09-02). "The kinetics of invertin action". FEBS Letters. 587 (17): 2712–2720. doi:10.1016/j.febslet.2013.07.015. ISSN 1873-3468. PMID 23867202. S2CID 43226286.
  6. ^ a b c Cornish-Bowden, Athel (2013-09-02). "The origins of enzyme kinetics". FEBS Letters. A century of Michaelis - Menten kinetics. 587 (17): 2725–2730. doi:10.1016/j.febslet.2013.06.009. PMID 23791665. S2CID 12573784.
  7. ^ "Noncompetitive inhibition and allosteric inhibition". Biology Online (forum). Archived from the original on 25 April 2015. Retrieved 2 April 2012.
  8. ^ Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; Stryer, Lubert (2002). "The Glycolytic Pathway Is Tightly Controlled". Biochemistry. 5th Edition.
  9. ^ Crane, Robert; Sols, Alberto (February 8, 1954). "THE NON-COMPETITIVE INHIBITION OF BRAIN HEXOKINASE BY GLUCOSE-6-PHOSPHATE AND RELATED COMPOUNDS*" (PDF). Department of Biological Chemistry, Washington University School of Medicine. Retrieved November 3, 2017.
  10. ^ 월드롭, G. L. (2009년 1월 22일)효소 억제에 대한 정성적 접근법.http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bmb.20243/pdf에서 2017년 10월 31일 검색
  11. ^ Si, Dayong; Wang, Ying; Zhou, Yi-Han; Guo, Yingjie; Wang, Juan; Zhou, Hui; Li, Ze-Sheng; Fawcett, J. Paul (2008-12-12). "Mechanism of CYP2C9 Inhibition by Flavones and Flavonols". Drug Metabolism and Disposition. American Society for Pharmacology & Experimental Therapeutics (ASPET). 37 (3): 629–634. doi:10.1124/dmd.108.023416. ISSN 0090-9556. PMID 19074529. S2CID 285706. [1]