효소 저해제

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경쟁적 저해제가 가역적으로 효소에 붙음, 기질이 붙는 것을 방지. 반면에, 기질이 붙는 것은 저해제가 붙는 것을 막음. 기질과 저해제는 효소를 두고 경쟁함.
저해의 종류. 이 분류는 W.W. Cleland가 소개함.[1]

효소 저해제(enzyme inhibitor) 또는 효소 억제제는 효소의 반응률을 줄이며 다양한 종류가 있다. 또한 "기질 대체제" 라고도 한다.

경쟁적 저해제[편집]

경쟁적 저해(Competitive inhibitor)에서, 저해제와 기질은 효소를 두고 경쟁을 한다. 기질과 효소는 동시에 결합할 수 없다. [2] 종종 경쟁적 저해제는 효소의 기질과 매우 흡사하다. 예를들어, 메토트렉세이트(methotrexate)는 디히드로엽산환원효소(dihydrofolate reductase)의 경쟁적 저해제이다. 디히드로엽산환원효소는 dihydrofolate를 tetrahydrofolate로 환원시키는 촉매이다. 엽산(folic acid)과 메토트렉세이트의 유사점은 글의 오른쪽 맨 아래에 나타나있다. 몇몇 경우들에는, 경쟁자는 결합부위(binding site)말고 다른 곳에 붙을 수 있고, 알로스테릭반응을 하여 결합부위의 모양을 바꾼다. 예를 들어, 스트리키닌(strychnine)은 포유류의 척수와 뇌간의 글리신 수용체에 알로스테릭 저해제로 작용한다. 글리신은 주요한 시냅스 후부의 억제성 신경전달물질이다. 스트리키닌은 다른 곳에 붙어서 글리신 수용체의 글리신 친화도를 낮춘다. 그 결과, 글리신에 의한 저해가 감소되어 경련이 일어나게 된다.[3] 경쟁적 저해에서 반응의 최대속도는 바뀌지 않는다. 높은 기질의 농도가 최대속도에 도달하게 해준다. 그러나 겉보기Km값은 증가한다.

무경쟁적 저해제[편집]

무경쟁적 저해(Uncompetitive inhibitior)에서, 저해제는 아무것도 붙어있지 않은 자유 효소에 붙을 수 없고 오직 효소기질-복합체에만 붙을 수 있다. 효소저해제기질-복합체는 효소적으로 불활성상태이다. 이러한 경우의 저해는 드물지만, 다중결합효소들(multimeric enzymes)에서 일어날 것이다.

비경쟁적 저해제[편집]

비경쟁적 저해제(Non-competitive inhibitior)는 기질과 동시에 결합부위에 결합할 수 있지만, 활성부위가 아닌 알로스테릭 부위에 결합한다. 효소저해제복합체와 효소저해제기질복합체들은 효소적으로 불활성화이다. 왜냐하면 비경쟁적저해제는 경쟁적저해제와는 달리 높은 농도의 기질에 의해서 유도되지 않기 때문이다. 겉보기Vmax는 바뀐다. 그러나 기질은 여전히 효소에 붙을 수 있기 때문에 Km은 같게 유지된다.

혼합 저해제[편집]

혼합저해제는 효소저해제기질-복합체가 효소적으로 활성화가 있다는 것을 제외하고는, 불경쟁적 저해제와 유사하다. 이 저해제는 미카엘린스-멘텐식이 맞지 않는다. 많은 유기체에서, 저해제는 되먹임 기작으로서 역할을 한다. 만약 효소가 하나의 기질에게서 너무 많은 생산물을 만들어 낸다면, 생산물은 효소의 경로에서 저해제로 작용하여서 반응을 느리게 하고 충분한 양이 되면 반응을 멈추게 할 것이다. 이것을 음성되먹임이라고 부른다. 이러한 형식의 저해를 혼합 저해라고 한다. 기질/속도의 그래프는 쌍곡선을 그리지 않지만 S자(字)모양의 시그모이드 모양이다.

엽산의 공동효소(왼쪽)과 항암약인 메토트렉세이트(오른쪽)는 구조적으로 매우 닮았다. 결과적으로, 메토트렉세이트는 엽산을 사용하는 효소의 경쟁적 저해제로 사용된다.

비가역적 저해제는 효소와 함께 반응하고 단백질과 함께 공유결합을 한다. 불활성화는 비가역적이다. 이 물질은 약에 포함되어있는데, 기생충감염질병인 말라리아에 사용된다.[4] 페니실린아스피린 또한 이 방식으로 작용한다. 이 약들과 함께, 화합물은 활성부위에 결합하고 효소는 저해제를 하나 혹은 그 이상의 아미노잔기를 비가역적으로 반응시켜서 활성화형태로 바꾼다.

저해제의 사용[편집]

저해제가 효소의 기능을 모듈화 하기 때문에, 저해제는 약에 자주 쓰인다. 약에 쓰이는 저해제의 공통된 예로는 아스피린이 있는데, 아스피린은 염증전달자를 만드는 Cyclooxygenase-1(COX-1)과 Cyclogenase-2(COX-2) 효소를 막는다. 그렇게 하여서 통증과 염증을 억제한다. 그러나, 다른 효소저해제들은 독성이 있다. 예를 들어, 독극물인 청산가리(cyanide)는 비가역적인 효소억제제로 시토크롬 c 산화효소(cytochrome c oxidase)의 활성부위의 구리와 철에 붙고 세포호흡을 막는다.[5]

참고 문헌[편집]

  1. Cleland, W.W. (1963년). The Kinetics of Enzyme-catalyzed Reactions with two or more Substrates or Products 2. {I}nhibition: Nomenclature and Theory. 《Biochim. Biophys. Acta》 67: 173–87.
  2. Price, NC. (1979년). What is meant by 'competitive inhibition'?. 《Trends in Biochemical Sciences》 4 (11): pN272. doi:10.1016/0968-0004(79)90205-6.
  3. Dick, Ronald M. (2011). 〈Chapter 2. Pharmacodynamics: The Study of Drug Action〉, Ouellette, Richard G.; Joyce, Joseph A.: 《Pharmacology for Nurse Anesthesiology》. Jones & Bartlett Learning. ISBN 978-0-7637-8607-6
  4. (5 January 1992) Mechanism of the irreversible inactivation of mouse ornithine decarboxylase by alpha-difluoromethylornithine. Characterization of sequences at the inhibitor and coenzyme binding sites. 《Journal of Biological Chemistry》 267 (1): 150–8. PMID 1730582.
  5. Yoshikawa S and Caughey WS. (15 May 1990). Infrared evidence of cyanide binding to iron and copper sites in bovine heart cytochrome c oxidase. Implications regarding oxygen reduction. 《J Biol Chem.》 265 (14): 7945–58. PMID 2159465.