مثبط الإنزيم

مثبط الإنزيم هو جزيء يرتبط بالإنزيم ويمنع نشاطه . الإنزيمات هي بروتينات تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية الضرورية للحياة ، حيث يتم تحويل جزيئات الركيزة إلى منتجات . ^[1] يسهل الإنزيم تفاعلًا كيميائيًا محددًا عن طريق ربط الركيزة بموقعه النشط ، وهي منطقة متخصصة في الإنزيم تعمل على تسريع أصعب خطوة في التفاعل .

إن مثبط الإنزيم يوقف ("يثبط") هذه العملية، إما عن طريق الارتباط بالموقع النشط للإنزيم (وبالتالي منع الركيزة نفسها من الارتباط) أو عن طريق الارتباط بموقع آخر على الإنزيم بحيث يتم منع تحفيز الإنزيم للتفاعل. قد ترتبط مثبطات الإنزيم بشكل عكسي أو بشكل لا رجعة فيه. تشكل المثبطات غير العكسية رابطة كيميائية مع الإنزيم بحيث يتم تثبيط الإنزيم حتى يتم كسر الرابطة الكيميائية. على النقيض من ذلك، ترتبط المثبطات العكسية بشكل غير تساهمي وقد تترك الإنزيم تلقائيًا، مما يسمح للإنزيم باستئناف وظيفته. تنتج المثبطات العكسية أنواعًا مختلفة من التثبيط اعتمادًا على ما إذا كانت ترتبط بالإنزيم أو مجمع الإنزيم والركيزة أو كليهما.

تلعب مثبطات الإنزيم دورًا مهمًا في جميع الخلايا، حيث إنها تكون خاصة عمومًا بإنزيم واحد لكل منها وتعمل على التحكم في نشاط هذا الإنزيم. على سبيل المثال، قد يتم تثبيط الإنزيمات في المسار الأيضي بواسطة جزيئات يتم إنتاجها لاحقًا في المسار، وبالتالي تقليص إنتاج الجزيئات التي لم تعد هناك حاجة إليها. يعد هذا النوع من ردود الفعل السلبية طريقة مهمة للحفاظ على التوازن في الخلية . ^[2] تتحكم مثبطات الإنزيم أيضًا في الإنزيمات الأساسية مثل البروتياز أو النوكليازات التي قد تلحق الضرر بالخلية إذا تُركت دون رادع. العديد من السموم التي تنتجها الحيوانات أو النباتات هي مثبطات إنزيمية تمنع نشاط الإنزيمات الحاسمة في الفرائس أو الحيوانات المفترسة .

العديد من جزيئات الأدوية هي مثبطات إنزيمية تمنع إنزيمًا بشريًا شاذًا أو إنزيمًا ضروريًا لبقاء مسببات الأمراض مثل الفيروسات أو البكتيريا أو الطفيليات . تشمل الأمثلة الميثوتريكسات (المستخدم في العلاج الكيميائي وفي علاج التهاب المفاصل الروماتيزمي ) ومثبطات البروتياز المستخدمة لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز . نظرًا لأن مثبطات مسببات الأمراض تستهدف عمومًا إنزيمًا واحدًا فقط، فإن هذه الأدوية شديدة التحديد وتنتج عمومًا آثارًا جانبية قليلة في البشر، بشرط عدم العثور على إنزيم مماثل في البشر. (هذا هو الحال غالبًا، لأن مثل هذه مسببات الأمراض والبشر بعيدون وراثيًا .) غالبًا ما يكون لمثبطات الإنزيم الطبية ثوابت تفكك منخفضة ، مما يعني أن كمية ضئيلة فقط من المثبط مطلوبة لتثبيط الإنزيم. يقلل التركيز المنخفض لمثبط الإنزيم من خطر تلف الكبد والكلى وردود الفعل السلبية الأخرى للأدوية لدى البشر . وبالتالي فإن اكتشاف مثبطات الإنزيم وتحسينها هو مجال بحث نشط في الكيمياء الحيوية وعلم الأدوية .

مثبطات الإنزيم عبارة عن مجموعة متنوعة كيميائيًا من المواد التي تتراوح في الحجم من الجزيئات العضوية الصغيرة إلى البروتينات الجزيئية الكبيرة .

تشمل مثبطات الجزيئات الصغيرة المستقلبات الأولية الأساسية التي تمنع الإنزيمات السابقة التي تنتج تلك المستقلبات. يوفر هذا حلقة تغذية مرتدة سلبية تمنع الإفراط في إنتاج المستقلبات وبالتالي تحافظ على التوازن الخلوي (ظروف داخلية ثابتة). ^{[3] [2]} تشمل مثبطات الإنزيمات الجزيئية الصغيرة أيضًا المستقلبات الثانوية ، والتي ليست ضرورية للكائن الحي الذي ينتجها، ولكنها توفر للكائن الحي ميزة تطورية، حيث يمكن استخدامها لصد الحيوانات المفترسة أو الكائنات الحية المنافسة أو تثبيت الفريسة. ^[4] بالإضافة إلى ذلك، فإن العديد من الأدوية هي مثبطات إنزيمات جزيئية صغيرة تستهدف إما الإنزيمات المعدلة للمرض في المريض ^{[1] : 5} أو الإنزيمات الموجودة في مسببات الأمراض والتي مطلوبة لنمو وتكاثر مسببات الأمراض. ^[5]

بالإضافة إلى الجزيئات الصغيرة، تعمل بعض البروتينات كمثبطات للإنزيمات. وأبرز مثال على ذلك هي السربينات (مثبطات سيرين بروتياز ) التي تنتجها الحيوانات للحماية من تنشيط الإنزيم غير المناسب وتنتجها النباتات لمنع الافتراس. ^[6] فئة أخرى من البروتينات المثبطة هي مثبطات الريبونوكلياز ، والتي ترتبط بالريبونوكليازات في واحدة من أكثر تفاعلات البروتين-البروتين المعروفة إحكامًا . ^[7] حالة خاصة من مثبطات إنزيمات البروتين هي الزيموجينات التي تحتوي على ببتيد طرفي أميني مثبط ذاتيًا يرتبط بالموقع النشط للإنزيم الذي يمنع نشاطه داخل الجزيء كآلية حماية ضد التحفيز غير المنضبط. يتم شق الببتيد الطرفي الأميني (تقسيمه) من مقدمة إنزيم الزيموجين بواسطة إنزيم آخر لإطلاق إنزيم نشط. ^[8]

إن موقع ارتباط المثبطات بالأنزيمات هو في أغلب الأحيان نفس الموقع الذي يرتبط بركيزة الإنزيم. وتُعرف مثبطات الموقع النشط هذه باسم مثبطات أورثوستيرية ("اتجاه "عادي"). ^[9] وتتلخص آلية التثبيط أورثوستيري ببساطة في منع ارتباط الركيزة بالإنزيم من خلال المنافسة المباشرة التي تمنع بدورها الإنزيم من تحفيز تحويل الركائز إلى منتجات. وبدلاً من ذلك، يمكن للمثبط أن يرتبط بموقع بعيد عن الموقع النشط للإنزيم. وتُعرف هذه باسم مثبطات أورثوستيرية ("اتجاه "بديل"). ^[9] وتتنوع آليات التثبيط أورثوستيري وتشمل تغيير تكوين (شكل) الإنزيم بحيث لم يعد بإمكانه الارتباط بالركيزة ( وهو أمر لا يمكن تمييزه حركيًا عن التثبيط أورثوستيري التنافسي) ^[10] أو بدلاً من ذلك تثبيت ارتباط الركيزة بالإنزيم ولكن حبس الإنزيم في تكوين لم يعد نشطًا تحفيزيًا. ^[11]

ترتبط المثبطات القابلة للعكس بالإنزيمات من خلال تفاعلات غير تساهمية مثل الروابط الهيدروجينية والتفاعلات الكارهة للماء والروابط الأيونية . ^[12] تتحد الروابط الضعيفة المتعددة بين المثبط وموقع الإنزيم النشط لإنتاج ارتباط قوي ومحدد.

على النقيض من المثبطات غير القابلة للعكس، لا تخضع المثبطات القابلة للعكس عمومًا لتفاعلات كيميائية عند ارتباطها بالإنزيم ويمكن إزالتها بسهولة عن طريق التخفيف أو الغسيل الكلوي . هناك حالة خاصة وهي المثبطات القابلة للعكس التساهمية التي تشكل رابطة كيميائية مع الإنزيم، ولكن يمكن قطع الرابطة بحيث يكون التثبيط قابلًا للعكس تمامًا. ^[13]

تصنف المثبطات القابلة للعكس بشكل عام إلى أربعة أنواع، كما قدمها كليلاند في عام 1963. ^[14] يتم تصنيفها وفقًا لتأثير المثبط على V _max (أقصى معدل تفاعل يحفزه الإنزيم) و Km (تركيز _{الركيزة} مما يؤدي إلى نصف النشاط الأقصى للإنزيم) حيث يختلف تركيز ركيزة الإنزيم. ^{[15] [16]}

في التثبيط التنافسي لا يمكن للركيزة والمثبط الارتباط بالإنزيم في نفس الوقت. ^{[17] : 134} ينتج هذا عادةً عن وجود تقارب بين المثبط والموقع النشط للإنزيم حيث يرتبط الركيزة أيضًا؛ يتنافس الركيزة والمثبط على الوصول إلى الموقع النشط للإنزيم. يمكن التغلب على هذا النوع من التثبيط من خلال تركيزات عالية بدرجة كافية من الركيزة ( يظل V _{max ثابتًا)، أي عن} طريق التفوق على المثبط في المنافسة. ^{[17] : 134-135} ومع ذلك، _{فإن Km} الظاهري سيزداد مع احتياج تركيز أعلى من الركيزة للوصول إلى نقطة Km ، أو نصف V _max . غالبًا ما تكون المثبطات التنافسية متشابهة في البنية مع الركيزة الحقيقية (انظر على سبيل المثال الشكل "الميثوتريكسات مقابل الفولات" في قسم "الأدوية"). ^{[17] : 134}

في التثبيط غير التنافسي، يرتبط المثبط فقط بمجمع الإنزيم-الركيزة. ^{[17] : 139} يتسبب هذا النوع من التثبيط في انخفاض V _max (تقل السرعة القصوى نتيجة لإزالة المركب المنشط) وانخفاض _Km ( بسبب كفاءة الارتباط الأفضل نتيجة لمبدأ لوشاتيليه والإزالة الفعالة لمجمع ES وبالتالي تقليل Km مما يشير إلى تقارب ارتباط أعلى). _[ ^18] التثبيط غير التنافسي نادر. ^{[17] : 139  [19]}

في التثبيط غير التنافسي، يقلل ارتباط المثبط بالإنزيم من نشاطه ولكنه لا يؤثر على ارتباط الركيزة. ^[16] يرتبط هذا النوع من المثبط بنفس القدر من الألفة بالإنزيم الحر كما هو الحال مع مجمع الإنزيم والركيزة. يمكن اعتباره يتمتع بقدرة المثبطات التنافسية وغير التنافسية، ولكن بدون تفضيل لأي من النوعين. ونتيجة لذلك، فإن مدى التثبيط يعتمد فقط على تركيز المثبط. سوف ينخفض ​​V _max بسبب عدم قدرة التفاعل على الاستمرار بكفاءة، ولكن K _m سيبقى كما هو حيث سيظل الارتباط الفعلي بالركيزة، بحكم التعريف، يعمل بشكل صحيح. ^[20]

في التثبيط المختلط، قد يرتبط المثبط بالإنزيم سواء ارتبط الركيزة بالفعل أم لا. وبالتالي فإن التثبيط المختلط هو مزيج من التثبيط التنافسي وغير التنافسي. ^[16] وعلاوة على ذلك، قد تختلف تقارب المثبط للإنزيم الحر ومجمع الإنزيم والركيزة. ^{[17] : 136-139} من خلال زيادة تركيزات الركيزة [S]، يمكن تقليل هذا النوع من التثبيط (بسبب المساهمة التنافسية)، ولكن لا يمكن التغلب عليه تمامًا (بسبب المكون غير التنافسي). ^{[21] : 381-382} على الرغم من أنه من الممكن أن ترتبط المثبطات من النوع المختلط في الموقع النشط، إلا أن هذا النوع من التثبيط ينتج عمومًا عن تأثير تآزري حيث يرتبط المثبط بموقع مختلف على الإنزيم. يؤدي ارتباط المثبط بهذا الموقع التآزري إلى تغيير تكوين الإنزيم (أي البنية الثلاثية أو الشكل ثلاثي الأبعاد) بحيث يتم تقليل تقارب الركيزة للموقع النشط. ^[22]

يمكن أيضًا تمييز هذه الأنواع الأربعة من التثبيط من خلال تأثير زيادة تركيز الركيزة [S] على درجة التثبيط التي تسببها كمية معينة من المثبط. بالنسبة للتثبيط التنافسي، تقل درجة التثبيط بزيادة [S]، وبالنسبة للتثبيط غير التنافسي، تظل درجة التثبيط ثابتة، وبالنسبة للتثبيط غير التنافسي (يُسمى أيضًا التثبيط المضاد للمنافسة) تزداد درجة التثبيط مع [S]. ^[23]

يمكن وصف التثبيط القابل للعكس كميًا من حيث ارتباط المثبط بالإنزيم ومجمع الإنزيم-الركيزة، وتأثيراته على الثوابت الحركية للإنزيم. ^{[24] : 6} في مخطط مايكلز-مينتن الكلاسيكي (الموضح في مخطط "مخطط آلية التثبيط")، يرتبط الإنزيم (E) بركائزه (S) لتكوين مجمع الإنزيم-الركيزة ES. عند التحفيز، يتحلل هذا المركب لإطلاق المنتج P والإنزيم الحر. ^{[24] : 55} يمكن للمثبط (I) الارتباط إما بـ E أو ES بثوابت التفكك K _i أو K _i '، على التوالي. ^{[24] : 87}

• يمكن للمثبطات التنافسية الارتباط بـ E، ولكن ليس بـ ES. يزيد التثبيط التنافسي من _Km ( أي أن المثبط يتداخل مع ارتباط الركيزة)، لكنه لا يؤثر على V _max (لا يعيق المثبط التحفيز في ES لأنه لا يمكنه الارتباط بـ ES). ^{[24] : 102}
• ترتبط المثبطات غير التنافسية بالإنزيم الاستقلابي. يؤدي التثبيط غير التنافسي إلى تقليل كل من Km و V _{max . يؤثر المثبط على ارتباط الركيزة عن} طريق زيادة تقارب الإنزيم للركيزة (تقليل Km ₎ بالإضافة إلى إعاقة التحفيز (تقليل V _max ). ^{[24] : 106}
• تمتلك المثبطات غير التنافسية تقاربًا متطابقًا لـ E وES ( K _i = K _i '). لا يغير التثبيط غير التنافسي K _m (أي أنه لا يؤثر على ارتباط الركيزة) ولكنه يقلل من V _max (أي أن ارتباط المثبط يعوق التحفيز). ^{[24] : 97}
• ترتبط مثبطات النوع المختلط بكل من E وES، لكن تقاربها لهذين الشكلين من الإنزيم مختلف ( K _i ≠ K _i '). وبالتالي، تؤثر مثبطات النوع المختلط على ارتباط الركيزة (زيادة أو نقصان K _m ) وتعوق التحفيز في معقد ES (تقليل V _max ). ^{[25] : 63-64}

عندما يحتوي الإنزيم على ركائز متعددة، يمكن للمثبطات أن تظهر أنواعًا مختلفة من التثبيط اعتمادًا على الركيزة التي يتم أخذها في الاعتبار. وينتج هذا عن احتواء الموقع النشط على موقعين مختلفين للارتباط داخل الموقع النشط، واحد لكل ركيزة. على سبيل المثال، قد يتنافس المثبط مع الركيزة أ على موقع الارتباط الأول، لكنه قد يكون مثبطًا غير تنافسي فيما يتعلق بالركيزة ب في موقع الارتباط الثاني. ^[26]

تم تصنيف مثبطات الإنزيم القابلة للعكس تقليديًا على أنها تنافسية أو غير تنافسية أو غير تنافسية، وفقًا لتأثيراتها على Km و V _max . ^{[14] تنشأ هذه الأنواع الثلاثة من التثبيط على التوالي من ارتباط المثبط بالإنزيم E فقط في غياب} _{الركيزة} S، أو بمجمع الإنزيم والركيزة ES، أو بكليهما. ينشأ تقسيم هذه الفئات من مشكلة في اشتقاقها ويؤدي إلى الحاجة إلى استخدام ثابتين مختلفين للارتباط لحدث ارتباط واحد. ^[27] يُفترض أيضًا أن ارتباط المثبط بالإنزيم يؤدي إلى تثبيط بنسبة 100٪ ويفشل في النظر في إمكانية التثبيط الجزئي. ^[27] يحجب الشكل الشائع لمصطلح التثبيط أيضًا العلاقة بين ارتباط المثبط بالإنزيم وعلاقته بأي مصطلح ارتباط آخر سواء كانت معادلة ميكايليس-مينتن أو منحنى استجابة الجرعة المرتبط بربط مستقبل الربيطة. لإثبات العلاقة، يمكن إجراء إعادة الترتيب التالية: ^[28]

${\displaystyle {\begin{aligned}{\cfrac {V_{\max }}{1+{\cfrac {\ce {[I]}}{K_{i}}}}}&={V_{\max }}\left({\cfrac {K_{i}}{K_{i}+[{\ce {I}}]}}\right)&&{\text{multiply by }}{\cfrac {K_{i}}{K_{i}}}=1\\&={V_{\max }}\left({\cfrac {K_{i}+[{\ce {I}}]-[{\ce {I}}]}{K_{i}+[{\ce {I}}]}}\right)&&{\text{add }}[{\ce {I}}]-[{\ce {I}}]=0{\text{ to numerator}}\\&={V_{\max }}\left(1-{\cfrac {[{\ce {I}}]}{K_{i}+[{\ce {I}}]}}\right)&&{\text{simplify }}{\cfrac {K_{i}+[{\ce {I}}]}{K_{i}+[{\ce {I}}]}}=1\\&=V_{\max }-V_{\max }{\cfrac {\ce {[I]}}{K_{i}+[{\ce {I}}]}}&&{\text{multiply out by }}V_{\max }\end{aligned}}}$

يوضح هذا الترتيب الجديد أنه على غرار معادلة ميكايليس-مينتن، فإن الحد الأقصى لمعدل التفاعل يعتمد على نسبة مجموعة الإنزيم المتفاعلة مع ركيزتها.

جزء من مجموعة الإنزيم المرتبطة بالركيزة

${\displaystyle {\cfrac {\ce {[S]}}{[{\ce {S}}]+K_{m}}}}$

جزء من مجموعة الإنزيم المرتبطة بالمثبط

${\displaystyle {\cfrac {\ce {[I]}}{[{\ce {I}}]+K_{i}}}}$

إن تأثير المثبط هو نتيجة لنسبة عدد الإنزيم المتفاعل مع المثبط. المشكلة الوحيدة في هذه المعادلة في شكلها الحالي هي أنها تفترض التثبيط المطلق للإنزيم مع ارتباط المثبط، بينما في الواقع يمكن أن يكون هناك نطاق واسع من التأثيرات في أي مكان من تثبيط 100٪ لدوران الركيزة إلى عدم التثبيط. لتفسير هذا، يمكن تعديل المعادلة بسهولة للسماح بدرجات مختلفة من التثبيط عن طريق تضمين حد دلتا V _max . ^{[29] : 361}

${\displaystyle V_{\max }-\Delta V_{\max }{\cfrac {\ce {[I]}}{[{\ce {I}}]+K_{i}}}}$

أو

${\displaystyle V_{\max 1}-(V_{\max 1}-V_{\max 2}){\cfrac {\ce {[I]}}{[{\ce {I}}]+K_{i}}}}$

يمكن لهذا المصطلح بعد ذلك أن يحدد النشاط الأنزيمي المتبقي الموجود عندما يتفاعل المثبط مع الإنزيمات الفردية في المجموعة. ومع ذلك، فإن إدراج هذا المصطلح له قيمة مضافة تتمثل في السماح بإمكانية التنشيط إذا تبين أن مصطلح V _​​max الثانوي أعلى من المصطلح الأولي. ولتوضيح إمكانية التنشيط أيضًا، يمكن إعادة كتابة الترميز بعد ذلك باستبدال المثبط "I" بمصطلح تعديل (محفز أو مثبط) يشار إليه هنا باسم "X". ^{[28] : المعادلة 13}

${\displaystyle V_{\max 1}-(V_{\max 1}-V_{\max 2}){\cfrac {\ce {[X]}}{[{\ce {X}}]+K_{x}}}}$

في حين أن هذه المصطلحات تؤدي إلى طريقة مبسطة للتعامل مع التأثيرات الحركية المتعلقة بالسرعة القصوى لمعادلة ميكايليس-مينتن، فإنها تسلط الضوء على المشاكل المحتملة مع المصطلح المستخدم لوصف التأثيرات المتعلقة بـ _Km . يجب أن تتعلق Km المتعلقة بألفة الإنزيم للركيزة في معظم الحالات بالتغيرات المحتملة في موقع ارتباط الإنزيم والتي قد تنتج مباشرة عن تفاعلات مثبط الإنزيم. وبالتالي، فإن المصطلح المماثل لمصطلح دلتا V _{max المقترح} أعلاه لتعديل V _max يجب أن يكون مناسبًا في معظم المواقف: ^{[28] : المعادلة 14}

${\displaystyle K_{m1}-(K_{m1}-K_{m2}){\cfrac {\ce {[X]}}{[{\ce {X}}]+K_{x}}}}$

يتميز مثبط الإنزيم بثابت تفككه K _i ، وهو التركيز الذي يشغل عنده نصف المثبط الإنزيم. في التثبيط غير التنافسي، يمكن للمثبط أيضًا أن يرتبط بمجمع الإنزيم-الركيزة، ويمكن أن يؤدي وجود الركيزة المرتبطة إلى تغيير تقارب المثبط للإنزيم، مما ينتج عنه ثابت تفكك ثانٍ K _i '. وبالتالي فإن K _i و K _i ' هما ثابتا تفكك المثبط للإنزيم ومجمع الإنزيم-الركيزة، على التوالي. ^{[30] : المصطلحات} يمكن قياس ثابت مثبط الإنزيم K _i مباشرة بطرق مختلفة؛ إحدى الطرق الدقيقة بشكل خاص هي قياس السعرات الحرارية بالمعايرة المتساوية الحرارة ، حيث يتم معايرة المثبط في محلول من الإنزيم ويتم قياس الحرارة المنبعثة أو الممتصة. ^[31] ومع ذلك، من الصعب قياس ثابت التفكك الآخر K _i ' بشكل مباشر، لأن معقد الإنزيم والركيزة قصير العمر ويخضع لتفاعل كيميائي لتكوين المنتج. وبالتالي، يتم قياس K _{i ' عادةً بشكل غير مباشر، من خلال ملاحظة} نشاط الإنزيم تحت تركيزات مختلفة من الركيزة والمثبط، وملاءمة البيانات عبر الانحدار غير الخطي ^[32] لمعادلة ميكايليس-مينتن المعدلة . ^[21]

${\displaystyle V={\frac {V_{max}[S]}{\alpha K_{m}+\alpha ^{\prime }[S]}}={\frac {(1/\alpha ^{\prime })V_{max}[S]}{(\alpha /\alpha ^{\prime })K_{m}+[S]}}}$

حيث يتم تحديد عوامل التعديل α وα' من خلال تركيز المثبط وثابتي تفككه

${\displaystyle \alpha =1+{\frac {[I]}{K_{i}}}}$

${\displaystyle \alpha ^{\prime }=1+{\frac {[I]}{K_{i}^{\prime }}}.}$

_{وبالتالي ،} في وجود المثبط، تصبح _{قيم Km} و Vmax الفعالة للإنزيم (α/α') Km و(1/α') Vmax ، على التوالي. ومع ذلك، تفترض معادلة ميكايليس-مينتن المعدلة أن _{ارتباط المثبط بالإنزيم قد وصل إلى حالة التوازن، والتي قد تكون عملية بطيئة للغاية بالنسبة للمثبطات ذات ثوابت التفكك دون النانومولية. في هذه الحالات ،} يصبح التثبيط غير قابل للعكس فعليًا، وبالتالي فمن العملي أكثر التعامل مع مثبطات الارتباط الوثيق هذه على أنها غير قابلة للعكس (انظر أدناه).

يمكن تصور تأثيرات أنواع مختلفة من مثبطات الإنزيم القابلة للعكس على النشاط الأنزيمي باستخدام التمثيلات الرسومية لمعادلة ميكايليس-مينتين، مثل مخططات لاينويفر-بورك أو إيدي-هوفستي أو هانز-وولف . ^{[17] : 140-144} يتم توفير التوضيح من خلال مخططات لاينويفر-بورك الثلاثة الموضحة في شكل مخططات لاينويفر-بورك . في الرسم البياني العلوي، تتقاطع خطوط التثبيط التنافسي على المحور y ، مما يوضح أن مثل هذه المثبطات لا تؤثر على V _max . في الرسم البياني السفلي، تتقاطع خطوط التثبيط غير التنافسية على المحور x ، مما يوضح أن هذه المثبطات لا تؤثر على Km . ومع ذلك، نظرًا لأنه قد يكون من الصعب تقدير K _i و K _i ' بدقة من مثل هذه المخططات، ^[33] فمن المستحسن تقدير هذه الثوابت باستخدام طرق الانحدار غير الخطي الأكثر موثوقية. _[ ^33]

آلية التثبيط التنافسي الجزئي تشبه آلية التثبيط غير التنافسي، باستثناء أن مركب EIS له نشاط تحفيزي، والذي قد يكون أقل أو حتى أعلى (تنشيط تنافسي جزئيًا) من مركب الإنزيم والركيزة (ES). يُظهر هذا التثبيط عادةً قيمة V _{max أقل، ولكن قيمة} K _m غير متأثرة . ^[18]

تثبيط الركيزة أو المنتج هو عندما يعمل إما ركيزة الإنزيم أو منتجه أيضًا كمثبط. قد يتبع هذا التثبيط الأنماط التنافسية أو غير التنافسية أو المختلطة. في تثبيط الركيزة، هناك انخفاض تدريجي في النشاط عند تركيزات عالية من الركيزة، ربما من إنزيم له موقعان متنافسان لربط الركيزة. عند الركيزة المنخفضة، يكون الموقع عالي الألفة مشغولاً وتتبع الحركية الطبيعية . ومع ذلك، عند التركيزات الأعلى، يصبح الموقع المثبط الثاني مشغولاً، مما يثبط الإنزيم. ^[34] غالبًا ما يكون تثبيط المنتج (إما منتج الإنزيم نفسه، أو منتج لإنزيم في مجرى مجرى مساره الأيضي) سمة تنظيمية في التمثيل الغذائي ويمكن أن يكون شكلاً من أشكال ردود الفعل السلبية . ^[2]

يحدث التثبيط البطيء المحكم عندما يخضع مركب الإنزيم المثبط الأولي EI لتماثل تكويني (تغيير في الشكل) إلى مركب ثانٍ أكثر إحكامًا، EI*، ولكن عملية التثبيط الكلية قابلة للعكس. يتجلى هذا في زيادة تثبيط الإنزيم ببطء. في ظل هذه الظروف، تعطي حركية ميكايليس-مينتن التقليدية قيمة خاطئة لـ K _i ، والتي تعتمد على الوقت. يمكن الحصول على القيمة الحقيقية لـ K _i من خلال تحليل أكثر تعقيدًا لثوابت معدل التشغيل ( k _on ) والإيقاف ( k _off ) لارتباط المثبط بحركية مماثلة للتثبيط غير القابل للعكس . ^{[17] : 168}

مثبطات نظائر متعددة الركائز هي مثبطات انتقائية عالية الألفة يمكن تحضيرها للإنزيمات التي تحفز التفاعلات مع أكثر من ركيزة واحدة عن طريق التقاط طاقة ربط كل من هذه الركائز في جزيء واحد. ^{[35] [36]} على سبيل المثال، في تفاعلات نقل الفورميل لتخليق البيورين ، تم تحضير مثبط إضافة متعدد الركائز (MAI) قوي إلى جليسيناميد ريبونوكليوتيد (GAR) TFase صناعيًا عن طريق ربط نظائر ركيزة GAR وعامل مساعد N-10-formyl tetrahydrofolate معًا لإنتاج ثيوجليسيناميد ريبونوكليوتيد ديديازافولات (TGDDF)، ^[37] أو إنزيميًا من ركيزة GAR الطبيعية لإنتاج GDDF. ^[38] هنا كان ثابت التفكك دون النانومول (KD) لـ TGDDF أكبر من المتوقع ربما بسبب المزايا الإنتروبية المكتسبة و/أو التفاعلات الإيجابية المكتسبة من خلال الذرات التي تربط المكونات. كما لوحظ أن مثبطات الأدينوزين أحادي الفوسفات تنتج في الخلايا عن طريق تفاعلات الأدوية الأولية مثل إيزونيازيد ^[39] أو ربيطات مثبطات الإنزيم (على سبيل المثال، PTC124 ) ^[40] مع العوامل المساعدة الخلوية مثل ثنائي نوكليوتيد النيكوتيناميد الأدينين (NADH) وثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP) على التوالي. ^[41]

نظرًا لأن الإنزيمات تطورت لربط ركائزها بإحكام، وترتبط معظم المثبطات القابلة للعكس في الموقع النشط للإنزيمات، فليس من المستغرب أن تكون بعض هذه المثبطات متشابهة بشكل لافت للنظر في البنية مع ركائز أهدافها. مثبطات اختزال ثنائي هيدروفولات (DHFR) هي أمثلة بارزة. ^[42] ومن الأمثلة الأخرى على مقلدي الركيزة هذه مثبطات البروتياز ، وهي فئة فعالة علاجيًا من الأدوية المضادة للفيروسات القهقرية المستخدمة لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز . ^{[43] [44]} بنية ريتونافير ، مثبط بروتياز مقلد للببتيد (محاكي للببتيد) يحتوي على ثلاث روابط ببتيدية ، كما هو موضح في الشكل "التثبيط التنافسي" أعلاه. نظرًا لأن هذا الدواء يشبه الببتيد الذي يمثل ركيزة بروتياز فيروس نقص المناعة البشرية، فإنه يتنافس مع الركيزة في الموقع النشط للإنزيم. ^[45]

غالبًا ما يتم تصميم مثبطات الإنزيم لمحاكاة الحالة الانتقالية أو الوسيط لتفاعل محفز بالإنزيم. ^[46] وهذا يضمن أن المثبط يستغل تأثير استقرار الحالة الانتقالية للإنزيم، مما يؤدي إلى تقارب ارتباط أفضل ( K _i أقل ) من التصميمات القائمة على الركيزة. ومن الأمثلة على مثبطات الحالة الانتقالية هذه عقار أوسيلتاميفير المضاد للفيروسات ؛ حيث يحاكي هذا العقار الطبيعة المستوية لأيون الأكسونيوم الحلقي في تفاعل إنزيم النورامينيداز الفيروسي . ^[47]

ومع ذلك، لا تعتمد جميع المثبطات على بنية الركائز. على سبيل المثال، لا تعتمد بنية مثبط بروتياز فيروس نقص المناعة البشرية الآخر تيبرانافير على ببتيد ولا يوجد تشابه بنيوي واضح مع ركيزة البروتين. يمكن أن تكون هذه المثبطات غير الببتيدية أكثر استقرارًا من المثبطات التي تحتوي على روابط ببتيدية، لأنها لن تكون ركائز للببتيدازات وأقل عرضة للتحلل. ^[48]

في تصميم الأدوية من المهم أن نأخذ في الاعتبار تركيزات المواد التي تتعرض لها الإنزيمات المستهدفة. على سبيل المثال، تحتوي بعض مثبطات بروتين كيناز على هياكل كيميائية تشبه ATP، أحد المواد التي تتكون منها هذه الإنزيمات. ^[49] ومع ذلك، فإن الأدوية التي تعتبر مثبطات تنافسية بسيطة سوف تضطر إلى التنافس مع التركيزات العالية من ATP في الخلية. يمكن أيضًا تثبيط بروتين كيناز عن طريق المنافسة في مواقع الارتباط حيث تتفاعل الكينازات مع بروتينات الركيزة الخاصة بها، ومعظم البروتينات موجودة داخل الخلايا بتركيزات أقل بكثير من تركيز ATP. ونتيجة لذلك، إذا ارتبط مثبطان لبروتين كيناز في الموقع النشط بنفس التقارب، ولكن أحدهما فقط هو الذي يتعين عليه التنافس مع ATP، فإن المثبط التنافسي في موقع ربط البروتين سوف يثبط الإنزيم بشكل أكثر فعالية. ^[50]

ترتبط المثبطات غير القابلة للعكس تساهميًا بالإنزيم، وبالتالي لا يمكن عكس هذا النوع من التثبيط بسهولة. ^[51] غالبًا ما تحتوي المثبطات غير القابلة للعكس على مجموعات وظيفية تفاعلية مثل خردل النيتروجين ، والألدهيدات ، والهالوكانات ، والألكينات ، ومستقبلات مايكل ، وسلفونات الفينيل ، أو الفلوروفوسفونات . ^[52] تتفاعل هذه المجموعات المحبة للإلكترونات مع السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية لتكوين نواتج إضافة تساهمية . ^[51] البقايا المعدلة هي تلك التي تحتوي على سلاسل جانبية تحتوي على نوكليوفيلات مثل مجموعات الهيدروكسيل أو السلفهيدريل ؛ وتشمل هذه الأحماض الأمينية السيرين (التي تتفاعل مع DFP ، انظر الرسم التخطيطي "تفاعل DFP")، وكذلك السيستين أو الثريونين أو التيروزين . ^[53]

يختلف التثبيط غير القابل للعكس عن التعطيل غير القابل للعكس للإنزيم. ^[54] تكون المثبطات غير القابلة للعكس بشكل عام محددة لفئة واحدة من الإنزيمات ولا تعمل على تعطيل جميع البروتينات؛ فهي لا تعمل عن طريق تدمير بنية البروتين ولكن عن طريق تغيير الموقع النشط لهدفها بشكل خاص. على سبيل المثال، تتسبب درجات الحموضة أو درجات الحرارة القصوى عادةً في تحلل بنية البروتين بالكامل، ولكن هذا تأثير غير محدد. وبالمثل، تدمر بعض المعالجات الكيميائية غير المحددة بنية البروتين: على سبيل المثال، يؤدي التسخين في حمض الهيدروكلوريك المركز إلى تحلل الروابط الببتيدية التي تربط البروتينات معًا، مما يؤدي إلى إطلاق الأحماض الأمينية الحرة. ^[55]

تُظهر المثبطات غير القابلة للعكس تثبيطًا يعتمد على الوقت، وبالتالي لا يمكن وصف قوتها بقيمة IC _50. وذلك لأن كمية الإنزيم النشط عند تركيز معين من المثبط غير القابل للعكس ستختلف اعتمادًا على المدة التي يتم فيها حضن المثبط مسبقًا مع الإنزيم. بدلاً من ذلك، يتم استخدام قيم k _obs /[ I ]، ^[56] حيث k _obs هو معدل التعطيل شبه الأول الملحوظ (تم الحصول عليه من خلال رسم لوغاريتم النشاط بنسبة % مقابل الوقت) و[ I ] هو تركيز المثبط. تكون معلمة k _obs /[ I ] صالحة طالما أن المثبط لا يشبع الارتباط بالإنزيم (في هذه الحالة k _obs = k _inact ) حيث k _inact هو معدل التعطيل.

تشكل المثبطات غير القابلة للعكس أولاً معقدًا غير تساهمي قابل للعكس مع الإنزيم (EI أو ESI). بعد ذلك، يحدث تفاعل كيميائي بين الإنزيم والمثبط لإنتاج "المعقد المسدود" المعدل تساهميًا EI* (معقد تساهمي غير قابل للعكس). يُطلق على المعدل الذي يتكون به EI* معدل التعطيل أو k _inact . ^[13] نظرًا لأن تكوين EI قد يتنافس مع ES، يمكن منع ارتباط المثبطات غير القابلة للعكس من خلال المنافسة إما مع الركيزة أو مع مثبط ثانٍ قابل للعكس. يُعد تأثير الحماية هذا دليلاً جيدًا على تفاعل محدد للمثبط غير القابل للعكس مع الموقع النشط.

يتم التحقيق في خطوات الارتباط والتعطيل لهذا التفاعل عن طريق حضانة الإنزيم مع المثبط واختبار كمية النشاط المتبقية بمرور الوقت. سينخفض ​​النشاط بطريقة تعتمد على الوقت، وعادةً ما يتبع ذلك التحلل الأسي . إن ملاءمة هذه البيانات لمعادلة المعدل تعطي معدل التعطيل عند هذا التركيز من المثبط. يتم ذلك عند عدة تركيزات مختلفة من المثبط. إذا كان هناك مركب EI قابل للعكس، فسيكون معدل التعطيل قابلاً للتشبع وملاءمة هذا المنحنى ستعطي k _inact و K _i . ^[57]

هناك طريقة أخرى تستخدم على نطاق واسع في هذه التحليلات وهي مطياف الكتلة . هنا، يعطي القياس الدقيق لكتلة الإنزيم الأصلي غير المعدل والإنزيم المعطل الزيادة في الكتلة الناتجة عن التفاعل مع المثبط ويظهر القياس الكيميائي للتفاعل. ^[58] يتم ذلك عادةً باستخدام مطياف الكتلة MALDI-TOF . ^[59] في تقنية تكميلية، تتضمن بصمة كتلة الببتيد هضم البروتين الأصلي والمعدل باستخدام بروتياز مثل التربسين . سيؤدي هذا إلى إنتاج مجموعة من الببتيدات التي يمكن تحليلها باستخدام مطياف الكتلة. سيكون الببتيد الذي يتغير في الكتلة بعد التفاعل مع المثبط هو الذي يحتوي على موقع التعديل. ^[60]

لا تشكل جميع المثبطات غير القابلة للعكس نواتج إضافة تساهمية مع أهداف الإنزيم الخاصة بها. ترتبط بعض المثبطات القابلة للعكس بإحكام شديد بالإنزيم المستهدف بحيث تكون غير قابلة للعكس بشكل أساسي. قد تظهر مثبطات الارتباط الوثيق هذه حركية مماثلة للمثبطات غير القابلة للعكس التساهمية. في هذه الحالات، ترتبط بعض هذه المثبطات بسرعة بالإنزيم في معقد EI منخفض الألفة ثم يخضع هذا لإعادة ترتيب أبطأ إلى معقد EI* شديد الارتباط (انظر الرسم التخطيطي "آلية التثبيط غير القابلة للعكس"). يُطلق على هذا السلوك الحركي الارتباط البطيء. ^[62] غالبًا ما ينطوي إعادة الترتيب البطيء هذا بعد الارتباط على تغيير تكويني حيث "يضغط" الإنزيم حول جزيء المثبط. تشمل أمثلة مثبطات الارتباط البطيء بعض الأدوية المهمة، مثل الميثوتريكسات ، ^[63] والألوبيورينول ، ^[64] والشكل المنشط من الأسيكلوفير . ^[65]

يعد ثنائي إيزوبروبيل فلورو فوسفات (DFP) مثالاً على مثبط البروتياز غير القابل للعكس (انظر الرسم التخطيطي "تفاعل DFP"). يقوم الإنزيم بتحليل الرابطة بين الفوسفور والفلور، لكن بقايا الفوسفات تظل مرتبطة بالسرين في الموقع النشط ، مما يؤدي إلى إبطال مفعوله. ^[67] وبالمثل، يتفاعل ثنائي إيزوبروبيل فلورو فوسفات أيضًا مع الموقع النشط لإستراز الأسيتيل كولين في مشابك الخلايا العصبية، وبالتالي فهو سم عصبي قوي، بجرعة مميتة أقل من 100  مجم. ^[68]

تثبيط الانتحار هو نوع غير عادي من التثبيط غير القابل للعكس حيث يحول الإنزيم المثبط إلى شكل تفاعلي في موقعه النشط. ^[69] ومن الأمثلة على ذلك مثبط تخليق البوليامين ، ألفا-ديفلوروميثيلورنيثين (DFMO)، وهو نظير للحمض الأميني أورنيثين ، ويستخدم لعلاج داء المثقبيات الأفريقي (مرض النوم). يمكن أن يحفز ديكاربوكسيل أورنيثين نزع الكربوكسيل من DFMO بدلاً من الأورنيثين (انظر الرسم التخطيطي "آلية مثبط DFMO"). ومع ذلك، يتبع تفاعل نزع الكربوكسيل هذا إزالة ذرة الفلور، مما يحول هذا الوسيط الحفزي إلى إيمين مترافق ، وهو نوع شديد المحبة للإلكترونات. يتفاعل هذا الشكل التفاعلي من DFMO بعد ذلك مع بقايا السيستين أو اللايسين في الموقع النشط لتعطيل الإنزيم بشكل لا رجعة فيه. ^[61]

نظرًا لأن التثبيط غير القابل للعكس غالبًا ما ينطوي على التكوين الأولي لمركب مثبط إنزيم غير تساهمي (EI)، ^[13] فمن الممكن أحيانًا أن يرتبط المثبط بالإنزيم بأكثر من طريقة. على سبيل المثال، في الشكل الذي يوضح اختزال التريبانوثيون من الطفيلي الأولي البشري Trypanosoma cruzi ، ترتبط جزيئين من مثبط يسمى خردل الكيناكرين في موقعه النشط. يرتبط الجزيء العلوي بشكل عكسي، لكن الجزيء السفلي يرتبط تساهميًا لأنه تفاعل مع بقايا حمض أميني من خلال مجموعة خردل النيتروجين الخاصة به . ^[70]

توجد مثبطات الإنزيم في الطبيعة ^[71] ويتم إنتاجها أيضًا بشكل مصطنع في المختبر. ^[72] تنظم مثبطات الإنزيم الطبيعية العديد من العمليات الأيضية وهي ضرورية للحياة. ^{[3] [1]} بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تكون السموم المنتجة بشكل طبيعي مثبطات إنزيمية تطورت لاستخدامها كعوامل سامة ضد الحيوانات المفترسة والفرائس والكائنات المتنافسة. ^[4] تشمل هذه السموم الطبيعية بعضًا من أكثر المواد السامة المعروفة. ^[73] غالبًا ما تستخدم المثبطات الاصطناعية كأدوية، ولكن يمكن أن تكون أيضًا مبيدات حشرية مثل الملاثيون أو مبيدات الأعشاب مثل الجليفوسات ^[74] أو مطهرات مثل التريكلوسان . تمنع مثبطات الإنزيم الاصطناعية الأخرى الأستيل كولين استريز ، وهو إنزيم يكسر الأستيل كولين ، وتستخدم كعوامل أعصاب في الحرب الكيميائية . ^[75]

تثبيط الإنزيم هو سمة مشتركة للتحكم في المسار الأيضي في الخلايا. ^{[3] غالبًا ما يتم تنظيم} التدفق الأيضي عبر المسار من خلال مستقلبات المسار التي تعمل كمثبطات ومعززات للإنزيمات في نفس المسار. يعد مسار التحلل السكري مثالاً كلاسيكيًا. ^[76] يستهلك هذا المسار الهدام الجلوكوز وينتج ATP و NADH والبيروفات . تعد الخطوة الرئيسية لتنظيم تحلل الجلوكوز هي التفاعل المبكر في المسار المحفز بواسطة فوسفوفركتوكيناز -1 (PFK1). عندما ترتفع مستويات ATP، يرتبط ATP بموقع تآزري في PFK1 لتقليل معدل تفاعل الإنزيم؛ يتم تثبيط تحلل الجلوكوز وينخفض ​​إنتاج ATP. يساعد التحكم في التغذية الراجعة السلبية هذا في الحفاظ على تركيز ثابت من ATP في الخلية. ومع ذلك، لا يتم تنظيم المسارات الأيضية من خلال التثبيط فقط لأن تنشيط الإنزيم مهم بنفس القدر. فيما يتعلق بـ PFK1، فإن الفركتوز 2،6-ثنائي الفوسفات و ADP هما مثالان على المستقلبات التي تعمل كمنشطات غير متآزرة. ^[77]

يمكن أيضًا إنتاج تثبيط الإنزيم الفسيولوجي بواسطة مثبطات بروتينية محددة. تحدث هذه الآلية في البنكرياس ، الذي يقوم بتخليق العديد من إنزيمات السلائف الهضمية المعروفة باسم الزيموجينات . يتم تنشيط العديد من هذه الإنزيمات بواسطة بروتياز التربسين ، لذلك من المهم تثبيط نشاط التربسين في البنكرياس لمنع العضو من هضم نفسه. إحدى الطرق التي يتم بها التحكم في نشاط التربسين هي إنتاج بروتين مثبط التربسين المحدد والقوي في البنكرياس. يرتبط هذا المثبط بإحكام بالتربسين، مما يمنع نشاط التربسين الذي قد يكون ضارًا بالعضو بخلاف ذلك. ^[78] على الرغم من أن مثبط التربسين عبارة عن بروتين، إلا أنه يتجنب التحلل المائي كركيزة بواسطة البروتياز عن طريق استبعاد الماء من موقع التربسين النشط وزعزعة استقرار حالة الانتقال. ^[79] تشمل الأمثلة الأخرى لبروتينات مثبطات الإنزيم الفسيولوجي مثبط بارستار للريبونوكلياز البكتيري بارناز . ^[80]

تطورت الحيوانات والنباتات لتوليف مجموعة واسعة من المنتجات السامة بما في ذلك المستقلبات الثانوية ، ^[81] والببتيدات والبروتينات ^[82] التي يمكن أن تعمل كمثبطات. السموم الطبيعية هي عادة جزيئات عضوية صغيرة ومتنوعة للغاية بحيث يوجد على الأرجح مثبطات طبيعية لمعظم العمليات الأيضية. ^[83] تشمل العمليات الأيضية المستهدفة بالسموم الطبيعية أكثر من الإنزيمات في المسارات الأيضية ويمكن أن تشمل أيضًا تثبيط وظائف المستقبلات والقنوات والبروتينات البنيوية في الخلية. على سبيل المثال، يرتبط باكليتاكسيل (تاكسول)، وهو جزيء عضوي موجود في شجرة الطقسوس في المحيط الهادئ ، بإحكام بثنائيات الأنابيب الدقيقة ويمنع تجميعها في الأنابيب الدقيقة في الهيكل الخلوي . ^[84]

تعمل العديد من السموم الطبيعية كسموم عصبية يمكن أن تسبب الشلل الذي يؤدي إلى الموت وتعمل للدفاع ضد الحيوانات المفترسة أو في الصيد وصيد الفرائس. بعض هذه المثبطات الطبيعية، ^[85] على الرغم من سميتها، مفيدة للاستخدامات العلاجية بجرعات أقل. ^[86] مثال على السموم العصبية هي جليكوالكالويدات ، من الأنواع النباتية في عائلة الباذنجانية (تشمل البطاطس والطماطم والباذنجان ) ، والتي تعمل كمثبطات للأستيل كولينستريز . يؤدي تثبيط هذا الإنزيم إلى زيادة غير منضبطة في الناقل العصبي الأسيتيل كولين، والشلل العضلي ثم الموت. يمكن أن تنتج السمية العصبية أيضًا عن تثبيط المستقبلات؛ على سبيل المثال، الأتروبين من الباذنجان القاتل ( Atropa belladonna ) الذي يعمل كخصم تنافسي لمستقبلات الأسيتيل كولين المسكارينية . ^[87]

على الرغم من أن العديد من السموم الطبيعية هي مستقلبات ثانوية، إلا أن هذه السموم تشمل أيضًا الببتيدات والبروتينات. ومن الأمثلة على الببتيد السام ألفا أمانيتين ، والذي يوجد في أقارب فطر قبعة الموت . وهو مثبط إنزيم قوي، وفي هذه الحالة يمنع إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي الثاني من نسخ الحمض النووي. ^[88] كما أن سم الطحالب ميكروسيستين هو أيضًا ببتيد وهو مثبط لفوسفاتاز البروتين . ^[89] يمكن أن يلوث هذا السم إمدادات المياه بعد ازدهار الطحالب وهو مادة مسرطنة معروفة يمكن أن تسبب أيضًا نزيفًا حادًا في الكبد والوفاة بجرعات أعلى. ^[90]

يمكن أن تكون البروتينات أيضًا سمومًا طبيعية أو مضادات للتغذية ، مثل مثبطات التربسين (التي تمت مناقشتها في قسم "التنظيم الأيضي" أعلاه) الموجودة في بعض البقوليات . ^[91] فئة أقل شيوعًا من السموم هي الإنزيمات السامة: تعمل هذه كمثبطات غير قابلة للعكس لإنزيماتها المستهدفة وتعمل عن طريق تعديل إنزيمات الركيزة كيميائيًا. ومن الأمثلة على ذلك الريسين ، وهو سم بروتيني قوي للغاية يوجد في حبوب زيت الخروع . ^[92] هذا الإنزيم هو جليكوسيداز يعطل الريبوسومات. ^[93] نظرًا لأن الريسين مثبط غير قابل للعكس تحفيزيًا، فإن هذا يسمح لجزيء واحد فقط من الريسين بقتل خلية. ^[94]

الاستخدامات الأكثر شيوعًا لمثبطات الإنزيم هي كأدوية لعلاج الأمراض. تستهدف العديد من هذه المثبطات إنزيمًا بشريًا وتهدف إلى تصحيح حالة مرضية. على سبيل المثال، الأسبرين هو دواء يستخدم على نطاق واسع ويعمل كمثبط انتحاري لإنزيم السيكلوأوكسجيناز . ^[95] يعمل هذا التثبيط بدوره على قمع إنتاج البروستاجلاندين المؤيد للالتهابات وبالتالي يمكن استخدام الأسبرين لتقليل الألم والحمى والالتهاب. ^[95]

اعتبارًا من عام 2017، ^[update]تشير التقديرات إلى أن 29% من الأدوية المعتمدة هي مثبطات إنزيمية ^[96] منها ما يقرب من خمس مثبطات كيناز . ^[96] فئة بارزة من أهداف عقاقير الكيناز هي مستقبلات كينازات التيروزين وهي إنزيمات أساسية تنظم نمو الخلايا ؛ وقد يؤدي فرط نشاطها إلى الإصابة بالسرطان. وبالتالي، تُستخدم مثبطات الكيناز مثل إيماتينيب بشكل متكرر لعلاج الأورام الخبيثة. ^{[97] تعد} كينازات جانوس مثالاً بارزًا آخر لأهداف إنزيمات الأدوية. تمنع مثبطات كينازات جانوس إنتاج السيتوكينات الالتهابية ، وبالتالي تُستخدم هذه المثبطات لعلاج مجموعة متنوعة من الأمراض الالتهابية بما في ذلك التهاب المفاصل والربو ومرض كرون . ^[98]

يظهر مثال على التشابه البنيوي لبعض المثبطات مع ركائز الإنزيمات التي تستهدفها في الشكل الذي يقارن بين عقار الميثوتركسيت وحمض الفوليك . حمض الفوليك هو الشكل المؤكسد لركيزة اختزال ثنائي هيدروفولات ، وهو إنزيم مثبط بقوة بواسطة الميثوتركسيت. يمنع الميثوتركسيت عمل اختزال ثنائي هيدروفولات وبالتالي يوقف تخليق الثيميدين . ^[42] هذا الحجب لتخليق النوكليوتيدات سام بشكل انتقائي للخلايا سريعة النمو، لذلك غالبًا ما يستخدم الميثوتركسيت في العلاج الكيميائي للسرطان. ^[99]

العلاج الشائع لضعف الانتصاب هو السيلدينافيل (الفياجرا). ^[100] هذا المركب هو مثبط قوي للفوسفوديستيراز النوع 5 الخاص بـ cGMP ، وهو الإنزيم الذي يحلل جزيء الإشارة أحادي فوسفات الغوانوزين الحلقي . ^[101] يحفز جزيء الإشارة هذا استرخاء العضلات الملساء ويسمح بتدفق الدم إلى الجسم الكهفي ، مما يسبب الانتصاب. نظرًا لأن الدواء يقلل من نشاط الإنزيم الذي يوقف الإشارة، فإنه يجعل هذه الإشارة تدوم لفترة أطول من الزمن.

تُستخدم الأدوية أيضًا لتثبيط الإنزيمات اللازمة لبقاء مسببات الأمراض. على سبيل المثال، تُحاط البكتيريا بجدار خلوي سميك مصنوع من بوليمر يشبه الشبكة يسمى ببتيدوجليكان. تعمل العديد من المضادات الحيوية مثل البنسلين والفانكومايسين على تثبيط الإنزيمات التي تنتج ثم تربط خيوط هذا البوليمر معًا. ^{[102] [103]} يتسبب هذا في فقدان جدار الخلية لقوته وانفجار البكتيريا. في الشكل، يظهر جزيء من البنسلين (يظهر في شكل كرة وعصا) مرتبطًا بهدفه، وهو الترانسببتيديز من البكتيريا Streptomyces R61 (يظهر البروتين كرسم تخطيطي شريطي ).

يتم تسهيل تصميم الأدوية المضادة للمضادات الحيوية عندما يكون الإنزيم الضروري لبقاء العامل الممرض غائبًا أو مختلفًا جدًا في البشر. ^[104] لا يصنع البشر ببتيدوجليكان، وبالتالي فإن المضادات الحيوية التي تمنع هذه العملية سامة بشكل انتقائي للبكتيريا. ^[105] يتم إنتاج السمية الانتقائية أيضًا في المضادات الحيوية من خلال استغلال الاختلافات في بنية الريبوسومات في البكتيريا، ^[106] أو كيفية صنعها للأحماض الدهنية . ^[107]

الأدوية التي تمنع الإنزيمات اللازمة لتكاثر الفيروسات فعالة في علاج الالتهابات الفيروسية. ^[108] تشمل الأدوية المضادة للفيروسات مثبطات البروتياز المستخدمة لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز ^[109] والتهاب الكبد الوبائي سي ، ^[110] مثبطات النسخ العكسي التي تستهدف فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز، ^[111] مثبطات النورامينيداز التي تستهدف الإنفلونزا ، ^[112] ومثبطات التيرميناز التي تستهدف فيروس تضخم الخلايا البشري . ^[113]

العديد من المبيدات الحشرية هي مثبطات إنزيمية. ^[114] الأسيتيل كولين استريز (AChE) هو إنزيم موجود في الحيوانات، من الحشرات إلى البشر. وهو ضروري لوظيفة الخلايا العصبية من خلال آليته في تحطيم الناقل العصبي الأسيتيل كولين إلى مكوناته، الأسيتات والكولين . ^[115] وهذا أمر غير معتاد إلى حد ما بين النواقل العصبية حيث يتم امتصاص معظمها، بما في ذلك السيروتونين والدوبامين والنورادرينالين، من الشق المشبكي بدلاً من الانقسام . يتم استخدام عدد كبير من مثبطات الأسيتيل كولين استريز في كل من الطب والزراعة. [ ^116] تُستخدم مثبطات تنافسية عكسية، مثل الإيدروفونيوم والفيسوستجمين والنيوستيجمين ، في علاج الوهن العضلي الشديد ^[117] وفي التخدير لعكس الحصار العضلي. ^[118] تعد مبيدات الكاربامات أيضًا أمثلة على مثبطات الأسيتيل كولين استريز العكسية . تعمل مبيدات الآفات العضوية الفوسفاتية مثل الملاثيون والباراثيون والكلوربيريفوس على تثبيط الأسيتيل كولين استريز بشكل لا رجعة فيه. ^[119]

مبيد الأعشاب جليفوسات هو مثبط لإنزيم 3-فوسفوشيكيمات 1-كاربوكسي فينيل ترانسفيراز ، ^[120] كما تعمل مبيدات الأعشاب الأخرى، مثل السلفونيل يوريا، على تثبيط إنزيم أسيتولاكتات سينثاز . ^[121] وكلا الإنزيمين ضروريان للنباتات لإنتاج الأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة. كما يتم تثبيط العديد من الإنزيمات الأخرى بواسطة مبيدات الأعشاب ، بما في ذلك الإنزيمات اللازمة للتخليق الحيوي للدهون والكاروتينات وعمليات التمثيل الضوئي والفسفرة التأكسدية . ^[122]

الأدوية الجديدة هي نتاج عملية تطوير أدوية طويلة ، والخطوة الأولى منها غالبًا هي اكتشاف مثبط إنزيم جديد. ^[123] هناك طريقتان أساسيتان لاكتشاف هذه المثبطات. ^[124]

الطريقة العامة الأولى هي تصميم الدواء العقلاني القائم على محاكاة حالة الانتقال للتفاعل الكيميائي الذي يحفزه الإنزيم. ^[125] غالبًا ما يشبه المثبط المصمم الركيزة عن كثب، باستثناء أن الجزء من الركيزة الذي يخضع للتفاعل الكيميائي يتم استبداله بمجموعة وظيفية مستقرة كيميائيًا تشبه حالة الانتقال. نظرًا لأن الإنزيم قد تطور لتثبيت حالة الانتقال، فإن نظائر حالة الانتقال تمتلك عمومًا تقاربًا أعلى للإنزيم مقارنة بالركيزة، وبالتالي فهي مثبطات فعالة. ^[46]

الطريقة الثانية لاكتشاف مثبطات الإنزيم الجديدة هي الفحص عالي الإنتاجية للمكتبات الكبيرة من المركبات المتنوعة هيكليًا لتحديد الجزيئات الناجحة التي ترتبط بالإنزيم. تم توسيع هذه الطريقة لتشمل الفحص الافتراضي لقواعد البيانات الخاصة بالجزيئات المتنوعة باستخدام أجهزة الكمبيوتر، ^{[126] [127]} والتي يتبعها بعد ذلك تأكيد تجريبي لارتباط نتائج الفحص الافتراضية. ^[128] تشمل الأساليب التكميلية التي يمكن أن توفر نقاط انطلاق جديدة للمثبطات اكتشاف الرصاص القائم على الشظايا ^[129] ومكتبات المواد الكيميائية المشفرة بالحمض النووي (DEL). ^[130]

يمكن تحسين الضربات من أي من الأساليب المذكورة أعلاه إلى روابط عالية الألفة تعمل على تثبيط الإنزيم بكفاءة. ^{[131] يمكن استخدام} الأساليب القائمة على الكمبيوتر للتنبؤ باتجاه الارتباط وألفة المثبط للإنزيم مثل الالتحام الجزيئي ^[132] والميكانيكا الجزيئية للمساعدة في عملية التحسين. ^[133] تُستخدم مثبطات جديدة للحصول على هياكل بلورية للإنزيم في مجمع مثبط/إنزيم لإظهار كيفية ارتباط الجزيء بالموقع النشط، مما يسمح بإجراء تغييرات على المثبط لتحسين الارتباط في عملية تُعرف باسم تصميم الدواء القائم على البنية . ^{[1] : 66} تتكرر دورة الاختبار والتحسين هذه حتى يتم إنتاج مثبط قوي بدرجة كافية.

• تحليل البروتينات المبني على النشاط – فرع من تحليل البروتينات يستخدم مثبطات الإنزيم التساهمية كمراسلين لمراقبة نشاط الإنزيم.
• مضاد الأيض - مثبط إنزيم يستخدم للتدخل في نمو الخلايا وانقسامها
• نظير الحالة الانتقالية - نوع من مثبطات الإنزيم الذي يحاكي الحالة الانتقالية للتفاعل الكيميائي الذي يحفزه الإنزيم

• "بريندا". مؤرشف من الأصل في 1 أبريل 2022.قاعدة بيانات للإنزيمات تقدم قوائم بالمثبطات المعروفة لكل إدخال
• "PubChem". المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية . المكتبة الوطنية للطب.قاعدة بيانات الأدوية ومثبطات الإنزيم
• "الرمزية والمصطلحات في حركية الأنزيمات". مؤرشف من الأصل في 20 يونيو 2006.توصيات لجنة التسمية التابعة للاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية (NC-IUB) بشأن مصطلحات تثبيط الإنزيم