抑制常数 Ki 计算器(Cheng-Prusoff 公式)
公式来源
Cheng-Prusoff 公式由 Cheng Y-C 与 Prusoff W-H 于 1973 年发表在 Biochemical Pharmacology(PMID: 4202581;原文 Biochem Pharmacol 1973;22(23):3099-108,DOI 10.1016/0006-2952(73)90196-2),从稳态酶动力学速率方程直接推导,是将实测 IC50 换算为真实抑制常数 Ki 的标准方法,至今引用逾万次。
IC50(半数抑制浓度,half-maximal inhibitory concentration)描述的是在特定实验条件下将酶活性抑制 50% 所需的抑制剂浓度;Ki(抑制常数,inhibition constant)是抑制剂与靶标结合的内在平衡解离常数,与底物浓度无关。
三种抑制机制的公式
竞争性抑制(Competitive inhibition)
Ki = IC50 / (1 + [S] / Km)
竞争性抑制剂与底物争夺同一活性位点。底物浓度越高,“挤走”抑制剂所需浓度越大,IC50 随之升高;Ki 修正了这种浓度依赖性,还原真实亲和力。
纯非竞争性抑制(Pure noncompetitive inhibition)
Ki = IC50
抑制剂以相同亲和力结合游离酶 E 和酶-底物复合物 ES,不干扰底物结合,IC50 不受 [S] 影响,直接等于 Ki。
反竞争性抑制(Uncompetitive inhibition)
Ki' = IC50 / (1 + Km / [S])
抑制剂只结合 ES 复合物,底物浓度越高、可结合靶点越多,IC50 反而随 [S] 升高而降低。此处 Ki’ 为表观抑制常数。
为什么 Ki 比 IC50 更有价值
IC50 是条件依赖的:同一抑制剂,当底物浓度从 0.5×Km 升到 10×Km,竞争性抑制下 IC50 从 1.5×Ki 涨到 11×Ki,差了 7 倍,药物本身没变。Ki 不随实验条件变动,跨实验室可直接比较,发表抑制数据时是首选报告值。
可验证算例(工具默认值):IC50 = 50 nM,[S] = 100 µM,Km = 200 µM,竞争性抑制。 [S]/Km = 100/200 = 0.5,Ki = 50 ÷ (1 + 0.5) = 33.3 nM。
适用边界
- 仅适用于单底物稳态酶动力学,且底物在测定过程中浓度保持恒定(反应转化率 < 10%)。
- 要求 IC50 来自 Hill 斜率 n ≈ 1 的浓度-抑制曲线;n 偏离 1 较大时公式不适用。
- 混合型非竞争性抑制(对 E 与 ES 亲和力不同,α ≠ 1)、受体结合实验(需用放射配体结合版公式)均不在本工具范围内。
常见错误
把 Km 直接填为 [S]:底物浓度 [S] 是测定时实际配制的底物量,Km 是该底物的米氏常数,两者通常不相等。混淆后结果错误但不会报错。
单位未统一:[S] 与 Km 必须换算到相同单位后才能做比值,否则结果差数量级。本工具自动统一为 nM 后计算。
直接以 IC50 代替 Ki 发表:当实验底物浓度为 10×Km 时,竞争性抑制的 IC50 比 Ki 高 11 倍,这一差距足以影响药物筛选的命中判断和 SAR(构效关系)分析结论。
常见问题
实验中底物浓度 [S] 该填哪个值?
填酶活测定体系里配制的固定底物浓度,不是 Km。若在多个底物浓度下都做了 IC50,算出的 Ki 应当保持一致——若差别明显,说明抑制机制可能不是单纯竞争性或非竞争性,需重新判断机制。
IC50 和 Ki 会差多少倍?
对竞争性抑制,IC50/Ki = 1 + [S]/Km。[S] = Km 时差 2 倍,[S] = 10×Km 时差 11 倍。许多实验室为保证信噪比会用高于 Km 的底物,此时若直接以 IC50 评价抑制强度,会系统性高估 Ki。
为什么纯非竞争性抑制不需要输入 [S] 和 Km?
纯非竞争性抑制剂对游离酶 E 与酶-底物复合物 ES 的亲和力相同(α = 1),底物浓度的变化不影响其结合,IC50 不随 [S] 改变,因此 Ki = IC50,与底物无关。
Hill 斜率不等于 1 时还能用这个工具吗?
不建议。Cheng-Prusoff 公式的推导假设 Hill 斜率 n = 1。若拟合 IC50 曲线时 n 偏离较大(< 0.7 或 > 1.3),说明可能存在协同效应、多结合位点或混合型抑制,此时应先明确机制再选用对应的修正公式。