在酵素動力學中，非競爭性抑制劑（noncompetitive inhibitor）對酵素反應的Vmax與Km影響為何？

本題觀念：

本題考查的是**酵素動力學（Enzyme Kinetics）**中，不同類型抑制劑對酵素反應速率參數的影響。核心概念包括米氏常數（$K_m$）與最大反應速率（$V_{max}$）的定義，以及抑制劑如何透過與酵素（E）或酵素-受質複合物（ES）的結合來改變這些參數。

在酵素動力學的標準分類中，主要有三種可逆抑制作用：

1. 競爭性抑制（Competitive inhibition）
2. 非競爭性抑制（Noncompetitive inhibition）
3. 無競爭性（或稱反競爭性）抑制（Uncompetitive inhibition）

選項分析

• A. Vmax與Km都下降

  • 分析：這是**無競爭性抑制（Uncompetitive inhibition）**的特徵。
  • 理由：此類抑制劑僅與酵素-受質複合物（ES complex）結合。這會導致 $V_{max}$ 下降（因為部分 ES 被鎖住無法生成產物），同時也會使 $K_m$ 下降（因為抑制劑結合 ES 後，根據勒沙特列原理，會促進 E 與 S 的結合，導致表面上親和力增加）。
  • 結論：此選項錯誤。

• B. Vmax與Km都上升

  • 分析：這不是標準酵素抑制劑的典型特徵。
  • 理由：一般抑制劑都會降低酵素活性，不會使 $V_{max}$ 上升。若 $V_{max}$ 上升通常涉及活化劑（Activator）或其他機制。
  • 結論：此選項錯誤。

• C. Vmax下降；Km不變

  • 分析：這是典型**非競爭性抑制（Noncompetitive inhibition）**的特徵。
  • 理由：非競爭性抑制劑結合在酵素的異位點（allosteric site），而非活性位點。標準的（純）非競爭性抑制劑對「游離酵素（E）」和「酵素-受質複合物（ES）」具有相同的結合親和力（即 $K_I = K_I'$）。
    • 對 $V_{max}$ 的影響：由於抑制劑結合後導致酵素失去催化活性，且無法透過增加受質濃度來移除抑制劑，因此有效酵素濃度減少，導致 $V_{max}$ 下降。
    • 對 $K_m$ 的影響：因為抑制劑與 E 和 ES 的結合能力相同，它不會改變酵素對受質的親和力，因此 $K_m$ 保持不變。
  • 結論：此選項正確。

• D. Vmax不變；Km上升

  • 分析：這是**競爭性抑制（Competitive inhibition）**的特徵。
  • 理由：抑制劑與受質競爭同一個活性位點。
    • 對 $V_{max}$ 的影響：若受質濃度極高（$[S] \rightarrow \infty$），受質可以完全競爭過抑制劑，使反應速率仍能達到原本的 $V_{max}$，故 $V_{max}$ 不變。
    • 對 $K_m$ 的影響：抑制劑的存在干擾了受質的結合，需要更高濃度的受質才能達到一半的 $V_{max}$，表現為親和力下降，故 $K_m$ 上升。
  • 結論：此選項錯誤。

答案解析

正確答案：C

非競爭性抑制劑（Noncompetitive inhibitor）的關鍵機制在於它結合於酵素的異位點（allosteric site），且根據標準定義（Pure Noncompetitive），它能與游離酵素（E）及酵素-受質複合物（ES）結合，且結合親和力相等。

1. $V_{max}$ 變小：抑制劑結合後，酵素構型改變或催化能力喪失。即使將受質濃度增加到無限大，也無法將抑制劑「擠」走（因為結合位點不同），因此反應永遠無法達到原本的最大速率。
2. $K_m$ 不變：因為抑制劑不影響受質進入活性位點的難易度（親和力），它純粹是降低了具催化能力的酵素總量。在圖形上，Lineweaver-Burk plot（雙倒數作圖）中，非競爭性抑制劑的直線會與無抑制劑的直線交於 X 軸同一點（$-1/K_m$ 相同），但 Y 軸截距（$1/V_{max}$）會變大（代表 $V_{max}$ 變小）。

核心知識點

考生應熟記以下三種主要可逆抑制劑對動力學參數的影響（必考題型）：

抑制類型 (Type)	結合對象	Vmax 變化	Km 變化	Lineweaver-Burk 圖形特徵
競爭性 (Competitive)	僅結合 E (活性位點)	不變	上升	交於 Y 軸 (旋轉中心在 Y 軸)
非競爭性 (Noncompetitive)	結合 E 或 ES (異位點，親和力相同)	下降	不變	交於 X 軸 (旋轉中心在 X 軸)
無競爭性 (Uncompetitive)	僅結合 ES	下降	下降	兩條線平行

註：若題目提及「混合型抑制（Mixed Inhibition）」，則 $V_{max}$ 下降，$K_m$ 可能上升或下降（視 $K_I$ 與 $K_I'$ 大小而定），但在國考營養師層級中，通常以區分上述三種基本型為主。

參考資料

1. Khan Academy. Enzyme inhibition and kinetics graphs. Retrieved from Khan Academy.
2. GraphPad Curve Fitting Guide. Noncompetitive inhibition.
3. Harper's Illustrated Biochemistry, 31st Edition. Chapter 7: Enzymes: Kinetics.
4. Lehninger Principles of Biochemistry, 8th Edition. Chapter 6: Enzymes.