酵素抑制（Enzyme Inhibition）的定量分析是藥物開發和代謝工程的理論基礎。從經典穩態動力學到現代結構導向藥物設計，抑制劑的研究不斷推動酵素學和藥理學的邊界。
可逆性抑制的嚴格動力學推導
對 rapid-equilibrium 可逆性抑制，修改 Michaelis-Menten 方程引入 α 和 α' 因子：
v = Vmax[S] / (αKm + α'[S])
其中 α = 1 + [I]/Ki（I 與 E 的結合常數）、α' = 1 + [I]/Ki'（I 與 ES 的結合常數）。
- 競爭性：α > 1, α' = 1 → Km,app = αKm, Vmax 不變。
- 非拮抗性：α = 1, α' > 1 → Km,app = Km/α', Vmax,app = Vmax/α'。
- 純非競爭性：α = α'（Ki = Ki'）→ Km 不變, Vmax,app = Vmax/α。
- 混合型：α ≠ α' 且都 > 1，Km 和 Vmax 都改變。
Cornish-Bowden plot（[S]/v vs. [I]）和 Dixon plot（1/v vs. [I]）是圖形判斷抑制類型的替代方法。
不可逆抑制的動力學
不可逆抑制遵循二步機制：E + I ⇌ EI → E-I（共價修飾）。動力學以 kinact（最大不可逆化速率常數）和 KI（使 kinact 達到一半的 [I]）描述。kinact/KI 是衡量效力的二級速率常數，類似催化效率 kcat/Km。
藥物開發中，covalent inhibitors 經歷了從「避免」到「擁抱」的策略轉變。ibrutinib（BTK 抑制劑，治療 CLL）、osimertinib（EGFR T790M 抑制劑，治療 NSCLC）和 sotorasib（KRAS G12C 抑制劑，FDA 2021 批准）都是靶向特定 Cys 殘基的共價藥物。設計要點是確保 warhead（如丙烯醯胺）的反應性足夠弱，只在被導向到活性位點近距離後才反應，以避免 off-target 毒性。
過渡態類似物設計
Wolfenden 的理論預測，完美過渡態類似物的 Ki 可達 10⁻¹⁵-10⁻²⁰ M。Schramm 實驗室的 immucillin-H（PNP 的 TSA，Ki = 56 pM）驗證了此預測。設計流程為：KIE 測量 → TS 結構計算（QM/MM）→ TSA 合成 → 結合力和選擇性驗證。
結構導向藥物設計（SBDD）
X-ray 共結晶和 cryo-EM 揭示抑制劑與活性位點的分子交互作用模式，指導 lead optimization。FEP（自由能微擾）計算可預測化學修飾對結合自由能的影響，現代精度達 ~1 kcal/mol。HIV protease 抑制劑開發是 SBDD 的里程碑——從 saquinavir（1995）到 darunavir（Ki = 16 pM，超高基因屏障），每一代都由共結晶結構迭代指導。
藥物選擇性與新型降解策略
kinome-wide selectivity profiling（如 KINOMEscan）可測量化合物對 ~400 種激酶的結合。提升選擇性策略包括靶向 DFG-out 態（type II, 如 imatinib）、活性位點外口袋（type III/IV, 如 trametinib）和利用非保守殘基。PROTAC 技術繞過催化抑制，以 bifunctional 分子（一端結合 POI，另一端招募 E3 ligase 如 CRBN/VHL）誘導靶蛋白降解，開闢了 undruggable targets 的新路線。