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混合阻害は酵素阻害の一種で、酵素が基質に結合しているかどうかに関わらず阻害剤が酵素に結合する可能性があるが、どちらか一方の状態に対してより高い親和性を持つ。[1]混合阻害と呼ばれるのは、阻害剤が基質が結合していない場合にのみ酵素に結合できる競合阻害と、阻害剤が基質が結合している場合にのみ酵素に結合できる非競合阻害の概念的な「混合」と見ることができるためである。阻害剤が酵素に結合する能力が、酵素が基質に結合しているかどうかに関わらずまったく同じである場合、それは非競合阻害剤として知られている。[1] [2]非競合阻害は、混合阻害の特殊なケースと考えられることもある。
混合阻害では、阻害剤はアロステリック部位、つまり基質が結合する活性部位とは異なる部位に結合します。ただし、アロステリック部位に結合する阻害剤のすべてが混合阻害剤であるわけではありません。[1]
混合抑制は次のいずれかの結果をもたらす可能性があります。
- 酵素の基質に対する見かけの親和性の低下（Km 値が増加するように見える）-- 阻害剤が遊離酵素への結合を好む場合に見られます。競合的結合をより厳密に模倣します。
- 酵素の基質に対する見かけの親和性の増加（Km 値は減少するように見える）-- 阻害剤が酵素基質複合体への結合を好む場合に見られる。より厳密には非競合的結合を模倣する。
どちらの場合でも、阻害により見かけの最大酵素反応速度は低下する（）。[3]
数学的には、混合阻害は、係数 α と α' (それぞれ競合阻害と非競合阻害を説明するためにミカエリス-メンテン方程式に導入される) が両方とも 1 より大きい場合に発生します。
α = α'の特殊なケースでは非競合的阻害が発生し、その場合阻害は減少しますが、影響はありません。これは実際には非常に珍しいことです。[3]
生物学的例
糖新生では、グアノシン三リン酸（GTP）が存在する場合、酵素cPEPCK（細胞質ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ）がオキサロ酢酸をホスホエノールピルビン酸（PEP）に変換する役割を担っています。このステップは糖新生に特有のもので、体内のグルコースが枯渇した絶食状態で起こります。cPEPCKは、多くの植物に天然に含まれるイソフラボンであるゲニステインによって制御されることが知られています。 [4]ゲニステインがcPEPCKの活性を阻害することが初めて証明されました。ある研究では、このイソフラボンの存在により血糖値が低下しました。血糖値が下がるということは、血液中のグルコースが少ないことを意味します。絶食中の被験者でこれが起こるのは、糖新生が阻害され、グルコースの生成増加が妨げられたためです。ゲニステインには血糖値を下げる作用があるため、抗糖尿病作用があると言われています。[4]ゲニステインが酵素cPEPCKを阻害するメカニズムをさらに評価しました。まず、cPEPCKを、酵素の既知の阻害剤である3-メルカプトプロピオン酸（3-MPA）の存在下に置きました。これをゲニステインの存在下にcPEPCKを置いた結果と比較したところ、混合阻害のメカニズムがcPEPCKの活性を低下させるのに使用されていることが明らかになりました。[4] cPEPCKは、PEPの形成を触媒する際に複数の構成をとります。結合していない、GDPに結合している、またはGTPに結合している場合があります。これらの異なる構成でのゲニステインに対する親和性を調べる実験が行われました。その結果、ゲニステインが結合したGDPを持つ酵素よりも、結合したGTPを持つcPEPCKに結合することを優先することが明らかになりました。結合したGDPは安定性が低いことがわかりました。[4] これは、GTP結合cPEPCKがゲニステインに対する拡張された結合部位を明らかにしたためです。[4] これは、酵素の意図された基質であるオキサロ酢酸と同じ結合部位ですが、他の構成ではゲニステインの存在下ではそうではありませんでした。[4]これは、ゲニステインによるcPEPCKの阻害のメカニズムが競合的阻害と非競合的阻害の混合であるという証拠を提供しました。
カリクレインはセリンプロテアーゼの一種で、タンパク質中の特定のアミノ酸の後ろにあるペプチド結合を切断します。これら15種類のカリクレイン（KLK1～KLK15）は、ヒトの組織中に存在します。この分子がタンパク質を切断する能力により、細胞表面受容体が効果的に活性化され、多くの生物学的シグナル伝達経路の重要な要素となり、カスケードを通じて増幅されます。このセリンプロテアーゼファミリーは、疾患のバイオマーカーとなることが多く、そのため阻害の対象となっています。[5]これらのカリクレインを阻害することで、転移性癌やアルツハイマー病などの疾患を治療できる可能性があります。[5]フクゲチン、または（+）-モレロフラボンは、ガルシニア・ブラジリエンシスから単離された植物性ビフラボノイドの一種です。[5]フクゲチンを単離した後、さまざまな濃度でKLK1、 KLK2、KLK3、KLK4、KLK5、KLK6、およびKLK7と混在させました。 [5]これにより、パラメーターKmとVmaxを導出することで酵素反応速度論を分析することができました。ミカエリス・メンテン反応速度論モデルを使用して、イーディー・ホフスティー図をプロットしました。[5]これにより、フクゲチンは、酵素単独および酵素基質複合体に対してさまざまな親和性を示すことで、混合阻害剤として作用することが確認されました。反応速度論による分析では、フクゲチンはこれらのKLKに対してVmaxを低下させ、Kmを増加させました。[5]通常、競合阻害では、Vmaxは同じままでKmが増加し、非競合阻害では、Vmaxは低下しますがKmは同じままです。これら両方の変数の変化は、混合阻害剤の効果と一致するもう 1 つの発見です。
参考文献
- ^ abc 「阻害の種類」。国立衛生研究所化学ゲノムセンター。2011年。2011年9月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年4月2日閲覧。
- ^ 「酵素阻害」ロンドンサウスバンク大学。2012年3月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年4月2日閲覧。
- ^ ab Storey KB (2004).機能的代謝：調節と適応. Wiley-IEEE. p. 12. ISBN 978-0-471-41090-4。
- ^ abcdef Katiyar SP、Jain A、 Dhanjal JK 、 Sundar D (2015)。「触媒溝に隣接した拡張結合部位を用いたゲニステインによるcPEPCKの混合阻害」。PLOS ONE。10 ( 11 ): e0141987。Bibcode :2015PLoSO..1041987K。doi : 10.1371 / journal.pone.0141987。PMC 4631375。PMID 26528723。
- ^ abcdef サントス JA、近藤 MY、フレイタス RF、ドス サントス MH、ラマーリョ TC、アシス DM、ジュリアノ L、ジュリアノ MA、プザー L (2016 年 3 月)。 「ヒト組織カリクレインの混合型阻害剤としての天然フラボンフクゲチン」生物有機および医薬化学に関するレター。26 (5): 1485 ～ 1489 年。土井:10.1016/j.bmcl.2016.01.039。PMID 26848109。