[スポンサーリンク]

chemglossary

酵素触媒反応の生成速度を考えるー阻害剤入りー

[スポンサーリンク]

hodaです。以前、酵素触媒反応の生成速度を考える-ミカエリス・メンテン機構-という記事を書きました。以前考えたミカエリス・メンテン機構では、酵素と基質の反応は阻害されないと考えていました。今回は酵素などの働きを阻害する阻害剤を入れ、前回よりも複雑な機構を持つ酵素触媒反応の生成速度を考えたいと思います。

ざっくりミカエリス・メンテン機構とは

ミカエリス・メンテン機構とは最もシンプルな酵素触媒反応の生成速度を求めることができるモデルです。まずは阻害剤がない酵素触媒反応であるミカエリス・メンテン機構から行きましょう。考える機構は以下のモデルです。

(a) 阻害剤なし

E…酵素 (enzyme の頭文字の E)
S…基質 (substrate の頭文字の S)
ES…酵素―基質複合体
P…生成物 (product の頭文字の P)

Pの生成速度を求める際には上記モデルの反応のうち特に次の部分を考えます。

今回の機構(a)から[ES]の濃度変化は以下の式になります。

KMはミカエリス定数と呼ばれます。

ここで存在するすべての酵素の濃度を[E0]とすると、酵素は酵素単独、または複合体を形成しているので[E0]は以下のように表されます。

[ES]が求まったので、v0 ­= ­k3 [ES]の式に代入してPの生成速度v0を求めます。

Pの生成速度v0が求まりました。
ミカエリス・メンテン機構についてしっかり復習したい方は以前の記事をご覧ください。

今回の本題

ミカエリス・メンテン機構では酵素1種類、基質1種類を考えていますが、実際には阻害剤がいる機構もあります。今回は阻害剤と酵素または複合体がくっついたり離れたりする可逆的阻害を行う反応について考えたいと思います。

(b) 拮抗阻害

阻害剤と基質が酵素の同一部分に作用するために競合します1

I…阻害剤

(a)阻害剤なしのときと同様に、Pの生成速度を求める際には上記モデルの反応のうち特に次の部分を考えます。

よってPの生成速度v0v0 ­= ­k3 [ES]となります。(a)と同じです。

機構(a)で求めたように[ES]の濃度変化は以下の式になります。

(a)のときと同じことから、定常状態近似により導かれる[ES]はKMを用いて(a)と同じになります。

阻害剤・酵素複合体EIの解離定数をKiとすると以下の式で表されます。

ここで存在するすべての酵素の濃度を[E0]とすると、今回は[E0]が以下のように表されます。

[ES]が求まったので、v0 ­= ­k3 [ES]の式に代入してPの生成速度v0を求めます。

Pの生成速度v0が求まりました。

(c) 不拮抗阻害

今回の機構の阻害剤は酵素・基質複合体に作用します1

(a)阻害剤なし、(b)拮抗阻害のときと同様に、Pの生成速度を求める際には上記モデルの反応のうち特に次の部分を考えます。

よってPの生成速度v0v0 ­= ­k3 [ES]となります。(a)(b)と同じです。

機構(a)で求めたように[ES]の濃度変化は以下の式になります。

(a)のときと同じことから、定常状態近似により導かれる[ES]はKMを用いて(a)と同じになります。

阻害剤と酵素と基質の複合体ESIの解離定数をKiiとすると以下の式で表されます。

ここで存在するすべての酵素の濃度を[E0]とすると、今回は[E0]が以下のように表されます。

[ES]が求まったので、v0 ­= ­k3 [ES]の式に代入してPの生成速度v0を求めます。

Pの生成速度v0が求まりました。

(d) 拮抗阻害+不拮抗阻害

(b)拮抗阻害と(c)不拮抗阻害を組み合わせた機構は以下のようになります1

(a)~(c)のときと同様に、Pの生成速度を求める際には上記モデルの反応のうち特に次の部分を考えます。

よってPの生成速度v0v0 ­= ­k3 [ES]となります。­(a)~(c)と同じです。

機構(a)で求めたように[ES]の濃度変化は以下の式になります。

(a)のときと同じことから、定常状態近似により導かれる[ES]はKMを用いて(a)と同じになります。

(b)拮抗阻害で登場した解離定数Kと(c)不拮抗阻害で登場した解離定数Ki­iを用います。

ここで存在するすべての酵素の濃度を[E0]とすると、今回は[E0]が以下のように表されます。

[ES]が求まったので、v0 ­= ­k3 [ES]の式に代入してPの生成速度v0を求めます。

Pの生成速度v0が求まりました。

Lineweaver-Burkプロットで直線のグラフを得る

(a)~(d)で求めたPの生成速度の式は縦軸を1/v0とし、横軸を1/[S]とすると直線のグラフが得られます。阻害剤濃度[I]を変えることにより、どのような阻害が起きているか判断をすることが可能なこともあるので有用でしょう。

(a) 阻害剤なしのLineweaver-Burkプロット

従って(a)阻害剤なしのLineweaver-Burkプロットは以下になります。

 

(b) 拮抗阻害のLineweaver-Burkプロット

従って(b)拮抗阻害のLineweaver-Burkプロットは以下になります。

阻害剤濃度[I]を増加させると1/[S]の係数が大きくなる、つまり直線の傾きは大きくなりグラフの矢印の向きに直線は変化します。一方切片は[I]によらないので、直線は切片で交わります。

(c) 不拮抗阻害のLineweaver-Burkプロット

従って(c)不拮抗阻害のLineweaver-Burkプロットは以下になります。

阻害剤濃度[I]を増加させると切片が大きくなりグラフの矢印の向きに直線は変化します。一方、直線の傾きは[I]に寄らないので、直線は平行になります。

(d) 拮抗阻害+不拮抗阻害のLineweaver-Burkプロット(Ki Kiiのとき)

今回はKi Kiiのときのグラフにしたいと思います。1/v0に0を代入してみます。

これは[I]の値に寄らず、直線は横軸の-1/KMで交わることを表します。

従って(d) Ki Kiiのときの拮抗阻害+不拮抗阻害のLineweaver-Burkプロットは以下になります。

阻害剤濃度[I]を増加させると切片、傾きともに大きくなり、グラフの矢印の向きに直線は変化します。今回はKi Kiiを考えているので、[I]の値に寄らず直線は横軸の-1/KMで交わります1

今回取り上げた(a)~(d)までのグラフを並べてみると違いがよく分かります。

グラフを比べてみると阻害剤濃度[I]を変えることにより直線の変化の仕方が異なるので、どのような阻害が起きているか判断をすることが可能なこともあります1

最後に

今回は拮抗阻害や不拮抗阻害について取り上げましたが、競合的阻害、非競合的阻害、不競合的阻害2などと呼ばれていたり呼び方は様々あるようです。
今回はここまで。

参考文献

  1. 赤路健一, 津田裕子, 林良雄, ベーシック創薬化学, 化学同人, pp. 20-22 (2014)
  2. 長野哲雄, 夏苅英昭, 原博, 創薬化学, 東京化学同人, pp. 72-75 (2004)
  3. 水野哲孝, 山口和也, 堂免一成, 東京大学工学教程 基礎系 化学 物理化学Ⅱ:化学反応論, 丸善出版, pp. 45-46 (2018)
  4. 水野哲孝, 山口和也, 堂免一成, 東京大学工学教程 基礎系 化学 物理化学Ⅱ:化学反応論, 丸善出版, p. 15 (2018)
  5. 野田春彦, 生命科学のための物理化学(第2版), 東京化学同人, pp. 248-250 (1992)
  6. 酵素触媒反応の生成速度を考える-ミカエリス・メンテン機構-

関連書籍

ベーシック創薬化学

ベーシック創薬化学

赤路 健一, 林 良雄, 津田 裕子
¥3,300(as of 05/19 21:40)
Amazon product information
創薬化学

創薬化学

長野哲雄, 夏苅英昭, 原博
¥4,988(as of 05/19 21:40)
Amazon product information

hoda

投稿者の記事一覧

大学院生です。ケモインフォマティクス→触媒

関連記事

  1. 定量PCR(qPCR ; quantitative PCR)、リ…
  2. 非リボソームペプチド Non-Ribosomal Peptide…
  3. 光線力学療法 Photo Dynamic Therapy (PD…
  4. アゾ化合物シストランス光異性化
  5. ノーベル化学賞 Nobel Prize in Chemistry…
  6. フラグメント創薬 Fragment-Based Drug Dis…
  7. 研究のための取引用語
  8. O-脱メチル化・脱アルキル化剤 基礎編

注目情報

ピックアップ記事

  1. 芳香族ニトロ化合物のクロスカップリング反応
  2. ストックホルム市庁舎
  3. 鈴木・宮浦クロスカップリング Suzuki-Miyaura Cross Coupling
  4. 分取薄層クロマトグラフィー PTLC (Preparative Thin-Layer Chromatography)
  5. MALDI-ToF MSを使用してCOVID-19ウイルスの鼻咽頭拭い液からの検出に成功
  6. ペッカ・ピューッコ Pekka Pyykkö
  7. 吉岡里帆さん演じる「化学大好きDIC岡里帆(ディーアイシーおか・りほ)」シリーズ、第2弾公開!
  8. アルツハイマー病に対する抗体医薬が米国FDAで承認
  9. 化学コミュニケーション賞2024、候補者募集中!
  10. 実験白衣を10種類試してみた

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2021年9月
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930  

注目情報

最新記事

山口 潤一郎 Junichiro Yamaguchi

山口潤一郎(やまぐちじゅんいちろう、1979年1月4日–)は日本の有機化学者である。早稲田大学教授 …

ナノグラフェンの高速水素化に成功!メカノケミカル法を用いた芳香環の水素化

第660回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院理学研究科(有機化学研究室)博士後期課程3年の…

第32回光学活性化合物シンポジウム

第32回光学活性化合物シンポジウムのご案内光学活性化合物の合成および機能創出に関する研究で顕著な…

位置・立体選択的に糖を重水素化するフロー合成法を確立 ― Ru/C触媒カートリッジで150時間以上の連続運転を実証 ―

第 659回のスポットライトリサーチは、岐阜薬科大学大学院 アドバンストケミストリー…

【JAICI Science Dictionary Pro (JSD Pro)】CAS SciFinder®と一緒に活用したいサイエンス辞書サービス

ケムステ読者の皆様には、CAS が提供する科学情報検索ツール CAS SciFind…

有機合成化学協会誌2025年5月号:特集号 有機合成化学の力量を活かした構造有機化学のフロンティア

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年5月号がオンラインで公開されています!…

ジョセップ・コルネラ Josep Cornella

ジョセップ・コルネラ(Josep Cornella、1985年2月2日–)はスペイン出身の有機・無機…

電気化学と数理モデルを活用して、複雑な酵素反応の解析に成功

第658回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院 農学研究科(生体機能化学研究室)修士2年の市川…

ティム ニューハウス Timothy R. Newhouse

ティモシー・ニューハウス(Timothy R. Newhouse、19xx年xx月x日–)はアメリカ…

熊谷 直哉 Naoya Kumagai

熊谷 直哉 (くまがいなおや、1978年1月11日–)は日本の有機化学者である。慶應義塾大学教授…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP