非競合阻害

非競合阻害（レイドラーとバンティングはこれを反競合阻害と呼ぶことを好んだが^{[ 1 ]}、この用語は広く採用されていない）は、ミカエリス・メンテンパラメーターの見かけの値が $V$ そして $K_{\mathrm {m} }$ 同じ割合で減少する。

これは2つの観察によって認識できる。第一に、基質濃度を増加させても逆転しない。 $a$ 第二に、線形プロットは、 $V$ そして $K_{\mathrm {m} }$ 例えば、ラインウィーバー・バークプロットでは、交差する線ではなく平行な線として見られる。阻害剤は酵素-基質複合体には結合できるが、遊離酵素には結合できないと仮定することで説明されることもある。この種のメカニズムはかなりまれであり、^{[ 2 ]}実際には、非競合阻害は、一方の基質濃度を変化させ、もう一方の基質濃度を飽和レベルに一定に保つ2基質反応における阻害の極限ケースとして主に遭遇する。^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

数学的定義

阻害剤濃度での非競合阻害 $i$ ミカエリス・メンテン式は次の形式をとります。^{[ 4 ]}

v={\frac {Va}{K_{\mathrm {m} }+a(1+i/K_{\mathrm {iu} })}}

その中で $v$ 濃度における速度 $a$ 基質と $i$ 阻害剤の制限速度 $V$ ミカエリス定数 $K_{\mathrm {m} }$ および非競合阻害定数 $K_{\mathrm {iu} }$ 。

これは、見かけの速度定数を用いて記述するとわかるように、ミカエリス・メンテン式と全く同じ形式である。

v={\frac {V^{\mathrm {app} }a}{K_{\mathrm {m} }^{\mathrm {app} }+a}}

その中で $V^{\mathrm {app} }={\frac {V}{1+i/K_{\mathrm {iu} }}}{\text{ and }}K_{\mathrm {m} }^{\mathrm {app} }={\frac {K_{\mathrm {m} }}{1+i/K_{\mathrm {iu} }}}$

$V^{\mathrm {app} }$ そして $K_{\mathrm {m} }^{\mathrm {app} }$ 阻害の結果として、同じ割合で減少する。

_{これは、非競合的酵素阻害のラインウィーバー・バークプロットを見ると明らかです。阻害剤が存在する場合でも存在しない場合でも、VとKm}の比率は同じままです。

これは、ミカエリス・メンテンデータのプロットの一般的な方法のいずれでも見ることができます。たとえば、ラインウィーバー・バークプロットでは、非競合阻害の場合、元の酵素-基質プロットに平行な線が生成されますが、縦軸の切片は高くなります。^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

{\frac {1}{v}}={\frac {K_{\mathrm {m} }}{Va}}+{\frac {1+i/K_{\mathrm {iu} }}{V}}

生物系におけるその意義と用途

非競合阻害の特異な特性は、生物学的および生化学的システムにおける阻害効果に様々な影響をもたらします。非競合阻害は、生物システム内に様々な形で存在します。実際、非競合阻害剤に特有の阻害特性、例えば基質の高濃度で最もよく作用する傾向などは、いくつかの重要な身体機能が適切に機能するために不可欠であることがしばしば明らかになります。^{[ 7 ]}

がんのメカニズムへの関与

非競合的メカニズムは、特定の種類の癌に関与しています。一部のヒトアルカリホスファターゼは、特定の種類の癌で過剰発現していることがわかっており、これらのホスファターゼは非競合的阻害を介して作用することが多いです。また、ヒトアルカリホスファターゼをコードする遺伝子の多くは、ロイシンやフェニルアラニンなどのアミノ酸によって非競合的に阻害されることもわかっています。^{[ 8 ]}アルカリホスファターゼ活性を調節し、その活性と癌との関連性についてより詳しく知るために、関連するアミノ酸残基の研究が行われてきました。^{[ 9 ]}

さらに、非競合阻害は、形質転換関連タンパク質53と協働して、がん細胞の活動を抑制し、特定の形態のがんにおける腫瘍形成を予防するのに役立っています。これは、ペントースリン酸経路の酵素であるグルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼを阻害するためです。この酵素が担う副次的な役割の1つは、活性酸素レベルの制御の調節を助けることです。活性酸素種は、細胞が生存できるように適切なレベルに維持されなければなりません。酵素の基質であるグルコース-6-リン酸の濃度が高い場合、酵素の非競合阻害ははるかに効果的になります。^[¹⁰^] がんメカニズムにおける基質濃度に対するこの極端な感受性は、混合阻害ではなく非競合阻害が関与していることを示唆しています。混合阻害は同様の特性を示しますが、基質の存在に関係なく、一部の阻害剤が遊離酵素に結合するため、基質濃度に対する感受性が低いことがよくあります。^[⁷^]このように、高基質濃度における非競合阻害剤の極めて強い作用と基質量に対する全体的な感受性から、この種のプロセスは非競合阻害によってのみ可能となることが示唆される。

細胞膜および細胞小器官膜における重要性

生物系内の様々な疾患において非競合阻害が認められるが、必ずしも病理学的状態のみに関連するわけではない。非競合阻害は、通常の身体機能にも関与する可能性がある。例えば、非競合阻害能を有する活性部位は膜中に存在すると考えられており、細胞膜から脂質を除去し、立体構造変化によって活性部位へのアクセス性を高めると、非競合阻害に類似した効果（すなわち、非競合阻害と非競合阻害の両方）が生じることが示されている。 $V$ そして $K_{\mathrm {m} }$ 減少）。特にミトコンドリア膜脂質では、脂質を除去するとミトコンドリア内のαヘリックス含有量が減少し、非競合阻害に似た ATPaseの変化が引き起こされる。^{[ 11 ]}

膜内に非競合酵素が存在することは、他の多くの研究でも裏付けられています。例えば、膜活性の調節に関与するタンパク質ADPリボシル化因子の研究では、ラクトン抗ウイルス剤であるブレフェルジンAが非競合阻害によってタンパク質の中間体の1つを捕捉することが分かりました。このことから、この種の阻害は病理細胞だけでなく、様々な種類の細胞や細胞小器官内に存在することが明らかになりました。実際、ブレフェルジンAはゴルジ体の活性と細胞膜を介した移動の調節におけるその役割に関連していることが分かりました。^{[ 12 ]}

小脳顆粒層における存在

非競合阻害は、体の他のさまざまな部分でも役割を果たすことがあります。たとえば、脳内でN-メチル-D-アスパラギン酸グルタミン酸受容体が阻害されるメカニズムの一部です。具体的には、このタイプの阻害は、小脳の層を構成する顆粒細胞に影響を与えます。これらの細胞は前述の受容体を持っており、エタノールを摂取すると通常その活動が増加します。これは、エタノールを除去すると離脱症状につながることがよくあります。さまざまな非競合ブロッカーは、受容体の拮抗薬として作用し、プロセスを変更します。たとえば、阻害剤メマンチンなどがあります。^{[ 13 ]}実際、同様のケース（必ずしもエタノールによるものではないが、 N-メチル-D-アスパラギン酸グルタミン酸受容体の過剰発現を伴う場合）では、非競合阻害はその特殊な性質により過剰発現を無効にするのに役立ちます。非競合阻害剤は高濃度の基質を非常に効率的にブロックするため、その特性と受容体自体の固有の特性が相まって、大量のアゴニストによって過剰に開いているN-メチル-D-アスパラギン酸グルタミン酸チャネルを非常に効果的にブロックする。 ^{[ 14 ]}