酶的竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂有什么区别?

心中u你

酶的竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂有什么区别?
原文地址：https://www.zhihu.com/question/372174890

长长的路

***总结：Km反映的是底物与酶的亲和能力，Vm指的是底物浓度很大时的反应速度。***
1. 竞争性抑制作用：抑制剂只与底物结合，降低了酶与底物的结合能力，但是底物浓度很大时可以减少这种抑制程度，所以**Km下降 Vm不变**。
2. 反竞争性抑制作用：抑制剂只与底物-酶复合物结合，妨碍第二步反应，增加底物也无法减少这种抑制程度，所以**Km下降 Vm下降**。
3. 非竞争性抑制作用：抑制剂可与酶，酶-底物复合物结合，此时，底物与抑制剂可以分别与酶的不同部位结合，所以相对不影响酶与底物结合。所以**Km不变 Vm下降**
4. **也可以这样记忆，其实只要抑制都会使Km和Vm值下降，但有两个特例。一个是竞争性抑制作用：底物变多可以与抑制剂竞争，所以底物浓度很大时，抑制剂基本没有抑制作用，即Vm不变。另一个是非竞争性抑制作用：由于该抑制剂可同时与底物，底物-酶复合物相互作用，从化学平衡上看，这两种作用相互抵消，使其Km不变**

感恩由您

为了更加形象的理解这个问题，我们可以做一个比喻~首先我们可以将反应过程当成一对情侣（男女主）结婚，而把抑制剂当成男二（与男1竞争女主），酶活性中心是女主，活性中心以外的调节位点是男主丈母娘，Km是男女主亲和力（记住亲和力越大Km值越小），Vmax是结婚的速率（可以是男女主也可以是女主与男二的结婚速率），好人物关系搞清楚了我们开始分析三种方式：
1.竞争性抑制：Km上升  Vmax不变

男二与男一公平竞争女主（女主与男主亲和力会受影响下降，结婚速率不变，因为也有可能女主和男二结婚，如果男二更有优势的话）~~Km上升   Vmax不变
2.非竞争性抑制：Km不变  Vmax下降

男二不直接与男一竞争而去影响（讨好）丈母娘（酶活性中心以外的调位点）所以女主和男主的亲和力不变（Km不变），但因为丈母娘的原因他们结婚速率会下降（Vmax下降）
3.反竞争性抑制：Km下降  Vmax下降

男二不仅讨好丈母娘，还来恶心男女主（炫富等你们想象到的任何不好的方式），这导致了男女主亲和力上升（Km下降）而因为讨好了丈母娘，丈母娘反对导致男女主结婚速率也会下降（Vmax下降）

队长是我

何为抑制剂

生物新陈代谢过程中的生化反应是由酶催化的，在酶催化反应中能使酶活力降低或丧失的作用称抑制作用，把能引起抑制作用的物质称为抑制剂。
酶的抑制剂可分为不可逆抑制剂和可逆抑制剂两大类。

不同抑制剂有什么作用

不可逆抑制剂

不可逆抑制剂与酶的必需基团以共价键结合，引起酶的永久性失活，其抑制作用不能够用透析、超滤等温和物理手段解除；可逆抑制剂与酶蛋白以非共价键结合，引起酶活性暂时性丧失，其抑制作用可以通过透析、超滤等手段解除[1]。
可逆抑制剂

①竞争性抑制剂
竞争性抑制剂的化学结构与酶作用的底物结构相似，并且能与底物竞争，可逆地与酶活性部位相结合，形成酶-抑制剂复合物（EI），而底物不能与EI结合，导致酶促反应被抑制，酶对底物的催化效率降低，一旦除去抑制物，酶又能和其专一的底物结合。
②在非竞争性抑制
非竞争性抑制中，底物和抑制剂结合到酶的不同活性位点，形成酶-底物抑制剂（EI）或酶-底物-抑制剂复合物（ESI）。ESI复合物不能进一步分解为产物，导致酶促反应被抑制，降低了催化效率，因为只有酶－底物复合物反应才能形成产物。
③反竞争性抑制剂
反竞争性抑制剂不与游离酶结合，必须在酶-底物复合物（ES）形成后，与酶活性中心外的调节位点结合形成酶-底物-抑制剂复合物（ESI），但ESI不能转变成产物。当反应体系中存在反竞争性抑制剂时，不仅不排斥酶和底物的结合，反而增加了二者的亲和力，这与竞争性抑制作用恰好相反，所以称为反竞争性抑制作用[2]。



图１ 酶催化的可逆性抑制作用示意图

（E：酶， S：底物， P：产物， I：抑制剂， ES：酶-底物复合物， EI：酶-抑制剂复合物， ESI：酶-底物-抑制剂复合物）

竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂和反竞争性抑制剂的抑制作用，分别对应以下不同的反应平衡。




图２ 酶催化的可逆性抑制的机制

（E：酶， S：底物， P：产物， I：抑制剂， ES：酶-底物复合物， EI：酶-抑制剂复合物， ESI：酶-底物-抑制剂复合物）
至于竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂对酶催化效率的影响，如下：

竞争抑制剂在酶的活性部位与底物"竞争"，使酶效率降低，但竞争性抑制剂和酶的结合是可逆的，抑制作用的程度取决于底物和抑制剂的比率，倘若有过量的底物存在，抑制剂也就无力竞争，从而能达到最初反应速率的最大值。
而非竞争性抑制剂与酶的非活性位点结合，其作用强弱主要取决于抑制剂的绝对浓度，不能通过增加底物浓度来完全解除抑制作用，因而永远达不到最初的反应速率最大值。



图３ 底物浓度及抑制剂对酶促反应速度的影响

（Enzyme Inhibition：酶抑制剂；Rate of reaction：反应速率；Substrate concentration：底物浓度；Normal enzyme：正常酶；Competitive inhibitor：竞争性抑制剂；Noncompetitive inhibitor：非竞争性抑制）

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队长是我

哈哈哈，这个问题不难回答，但是要面对并无多少生物化学基础的高中学，生解释清楚还是要费些功夫的。
我先说答案，再做解释。

酶的竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂与酶的专一性有关。酶的专一性是由酶和底物的特异空间结构所决定的，酶与底物特异结合催化反应。竞争性抑制剂与底物有类似的结构，可竞争结合酶的活性部位，导致反应速率下降。而非竞争性抑制剂不和底物产生竞争，而是与酶的其它部位结合，导致酶不能正常工作。竞争性抑制剂与底物硬钢，而非竞争性抑制剂是侧面突袭。
以下是对答案的解释（内容较长，可以先看图，文字慢慢看。）
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1. 酶具有专一性

人们很早就意识到了酶只能催化一种或者一类化学反应，具有专一性的特点，并作出了相应的解释。
1894年费舍尔（Fisher）提出了酶与底物作用的 “锁与钥匙（lock and key）”假说，并以此来解释酶的专一性。人教版生物学教材在必修Ⅰ课后题中呈现了这个学说的基本原理（旧版教材86页[1]，新版教材85页[2]）。



图1：解释酶专一性的“锁钥模型”，图片来源[1] [2]

该模型认为: 酶和底物在其结合部位的结构应当严格匹配，高度互补，犹如一把锁与其原装钥匙在结构上的互补与匹配。不过此理论将酶的结构看做是刚性结构，与实际情况并不符合。
1913年生物化学家米契里斯（Michaelic）和门藤（Menten）提出了酶的中间复合物学说。他们认为酶降低活化能的原因是酶分子与底物分子先结合形成不稳定的中间复合物，这个中间复合物再进一步分解出产物[3]，释放出原来的酶。



图2：酶与底物结合形成复合体，图片来源[3]

1958年Koshland提出的“诱导契合学说”可以看做是“锁钥模型”的升级版，是目前解释酶的专一性上比较获得认可的学说。该学说认为酶与底物在空间距离上彼此接近时，酶受底物分子的诱导，其构象发生有利于底物结合的变化，从而互补契合进行反应，形成酶-底物复合体[4]。



图3：诱导契合，图片来源[4]

1984年，我国科学家邹承鲁院士用自己创立的动力学方法，从变性平衡态和变性动力学两方面比较研究了多种不同类型的酶在变性过程中构象和活力变化的关系，发现变性时酶活性的丧失先于可察觉的构象变化。在进一步大量实验的基础上提出 “酶活性部位处于分子的局部区域并柔性较高”；“酶活性部位柔性为酶充分表现活性所必需”等理论。邹承鲁院士的工作为生物化学领域作出了具有重大意义的开创性工作。



图4：人教版科学家访谈----邹承鲁院士，图片来源[1]

了解了上述关于酶的专一性的几个重要的理论解释，我们一起来看看现阶段对酶工作原理的具体解释。
2.酶促反应

现在对酶促反应的过程共识大致如下。
由于酶与底物特异的空间结构，酶允许底物进入其活性部位。此过程活性部位空间结构发生改变并与底物通过氢键、离子键，范德华力等作用力结合（有些底物也会发生形变）。由此，酶降低化学反应的活化能，加速化学反应的进行，催化底转化为产物。反应结束后酶释放产物，活性部位空间结构恢复至可与底物诱导契合的状态，等待下一次酶促反应的进行[5]。



图5：酶促反应原理示意图，图片来源[5]

接下来，我们就用上述理论，对酶的竞争性抑制和非竞争性抑制的原理做解释。
3.竞争性抑制剂与非竞争性抑制剂

根据抑制剂与酶的作用方式及抑制作用是否可逆，可把抑制作用分为两大类不可逆的抑制作用和可逆的抑制作用。抑制剂与酶的必需基团以共价键结合引起酶活力丧失，不能用物理方法除去抑制剂而使酶复活的，称为不可逆抑制，也称为酶的修饰抑制。抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活力降低或丧失，能用物理方法除去抑制剂而使酶复活，这种抑制作用是可逆的，称为可逆抑制。
竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂均属于可逆的抑制剂。
竞争性抑制剂（I）与底物（S）往往有着类似的结构，可与底物竞争结合酶（E）的活性部位。因为酶的活性部位不能同时既与底物结合又与抑制剂结合，因而在底物和抑制剂之间产生竞争，形成一定的平衡关系。这种抑制作用可以通过增加底物浓度而解除（下图a）。
非竞争性抑制是底物和抑制剂同时和酶结合，两者没有竞争作用。有些酶与抑制剂结合后，活性部位的空间结构改变，使之不能与底物结合，酶失去催化作用（下图b）。
注意图ab酶结构的区别，a图酶是直的，b图酶是弯的。



图6：竞争性抑制剂（a）和非竞争性抑制剂（b），图片来源[4]

当然，非竞争性抑制剂也有别的情况。比如有些抑制剂与酶结合后，还可以与底物结合；酶与底物结合后，也可以与抑制剂结合。但是这种情况下形成的中间复合物（ESI）不能进一步分解为产物，因此酶活力降低，这类抑制剂与性部位以外的基团相结合，其结构与底物无共同之处，不能用增加底物浓度来解除抑制。也有抑制剂只与“酶-底物复合物”结合并导致酶活力降低的情况，这种抑制剂在有些资料中被称为“反抑制剂”[6]。



图7：酶与底物或抑制剂形成的中间复合物，图片来源[3]

4.小结[7]

酶的竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂引起的抑制作用均属于可逆抑制。竞争性抑制剂与底物具有类似的结构，两者竞争酶的活性部位，抑制剂与酶结合引起酶促反应速率下降。非竞争性抑制剂与底物结构不同，与酶结合的位点也不同，非竞争性抑制剂与酶结合后，可引起酶构象改变并导致酶无法与底物结合；或者虽然可以与底物结合但是无法得到产物等，这些都会导致酶活性降低或丧失。
举个不恰当的比喻，酶是渣男，底物是原配，竞争性抑制剂是小三。底物和竞争性抑制剂谁的浓度大能力强，谁就和底物结合。但是，非竞争性抑制剂是完全不同的另外一种情况，浓度大能力强也无法解决问题。
如果说竞争性抑制剂导致酶“出轨”，那么非竞争性抑制剂就是引起酶“出柜”了。

清风寡欲

三种可逆抑制剂
1竞争性抑制剂        抑制剂化学结构与底物相似，能与底物竞争与酶活性部位的结合，当抑制剂结合与酶活性部位后，底物被排斥在酶活性部位以外，导致酶促反应被抑制
2非竞争性抑制剂     酶可以同时与底物和这类抑制剂结合底物和酶和抑制剂的结合能力互不影响，但形成的三元化合物不能进一步分解为产物，导致酶促反应被抑制，抑制剂结合位点和底物结合位点不同
3反竞争性抑制剂     酶只有与底物结合后，才能与这类抑制剂结合，形成的三元复合物不能分解为产物，导致酶促反应被抑制，抑制剂结合位点和底物的结合位点都不同。