Enzymhemmung

Reversible Hemmung

Kompetitive Hemmung

• Kompetitive Enzymhemmung: Der Inhibitor ähnelt dem Substrat und konkurriert damit um die Bindungsstelle am aktiven Zentrum des Enzyms.
  • Der Inhibitor bindet am aktiven Zentrum und blockiert so die Interaktion des Substrats mit der Bindungsstelle.
  • Der Inhibitor kann durch einen Überschuss des Substrats verdrängt werden; daher ist diese Hemmung reversible.
  • Er verringert die Affinität des Enzyms zum Substrat.
• Mit abnehmender Affinität steigt der K_m-Wert, da eine erhöhte Substratkonzentration erforderlich ist, um die halbmaximale Geschwindigkeit zu erhalten.
• V_max wird jedoch nicht verändert.
• Änderungen der Michaelis-Menten-Gleichung:
  • Die Zunahme von K_m führt dazu, dass sich die Kurve im Diagramm nach links verschiebt.
  • Die Reaktion kann schließlich V_max erreichen, aber dafür sind viel höhere Substratkonzentrationen erforderlich.
  • Die Kurve verschiebt sich nach links, ohne die Höhe der Kurve zu ändern.
• Änderungen im Lineweaver-Burk-Diagramm:
  • Die Zunahme von K_m führt auch zu einer Zunahme von -1/K_m, wodurch der x-Achsenabschnitt nach links verschoben wird.
  • Die fehlende Veränderung von V_max bewirkt, dass der y-Achsenabschnitt unverändert bleibt.
  • Diese Änderungen bewirken, dass die Linie „vertikaler“ erscheint und das ursprüngliche Diagramm
    am y-Achsenabschnitt kreuzt.

Nicht-kompetitive Hemmung

• Nicht-kompetitive Enzymhemmung: Der Inhibitor ähnelt nicht der Form des Substrates, da er außerhalb des aktiven Zentrums an das Enzym bindet und dieses inhibiert, normalerweise an der allosterischen Stelle.
  • Das Substrat kann somit weiterhin an das aktive Zentrum binden, wird aber durch die zusätzliche Bindung des Inhibitors an der allosterischen Stelle nicht umgesetzt.
  • Die nicht-kompetitive Hemmung kann reversible oder irreversible sein.
  • Ein Substratüberschuss verdrängt den Inhibitor nicht.
• Die Zahl der funktionellen Enzym-Substrat-Komplexe nimmt ab.
• Dies verringert V_max, während K_m gleich bleibt.
• Veränderungen der Michaelis-Menten-Gleichung:
  • Eine Verringerung von V_max führt zu einer Verschiebung der Kurvenhöhe nach unten.
  • K_m bleibt gleich, die Kurve verschiebt sich also nicht auf der x-Achse.
• Änderungen im Lineweaver-Burk-Diagramm:
  • Eine Verringerung von V_max führt zu einer Erhöhung von 1/V_max, wodurch sich der y-Achsenabschnitt nach oben verschiebt.
  • Da sich K _m nicht ändert, bleibt der x-Achsenabschnitt von -1/K_m gleich.
  • Die Kurve mit der neuen Linie erscheint „vertikaler“, wodurch mit der ursprünglichen Linie am
    x-Schnittpunkt eine V-Form entsteht.

Unkompetitive Hemmung

• Unkompetitive Enzymhemmung: Eine seltene Form der Enzymhemmung, gekennzeichnet durch spezifische Bindung eines Inhibitors an den Enzym-Substrat-Komplex.
  • Der Inhibitor bindet außerhalb des aktiven Zentrums, jedoch nur, wenn der Enzym-Substrat-Komplex bereits gebildet ist.
  • Die Folge ist eine reversible Konformationsänderung und damit eine Inaktivierung des Enzyms.
  • Er verhindert das Ablösen des Substrats von der Bindungsstelle.
• K_m wird verringert, da der Inhibitor die Reaktion zugunsten des Enzym-Substrat-Komplexes beeinflusst, was zu einem anfänglichen Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit führt.
• V_max wird ebenfalls reduziert, da das Enzym an der Bildung von Produkten gehindert wird.
• Veränderungen der Michaelis-Menten-Gleichung:
  • Eine Verringerung von K_m führt zu einer leichten Rechtsverschiebung der Kurve.
  • Eine Verringerung von V_max führt zu einer Verschiebung der Kurvenhöhe nach unten.
• Änderungen im Lineweaver-Burk-Diagramm:
  • Ein Verringern von K_m bewirkt, dass -1/K_m ebenfalls abnimmt und verschiebt somit den x-Achsenabschnitt nach rechts.
  • Eine Verringerung von V_max führt zu einer Erhöhung von 1/V_max, wodurch der y-Achsenabschnitt sich nach oben verschiebt.
  • Die Linie verschiebt sich nach rechts und erscheint parallel und oberhalb der ursprünglichen Linie.

Irreversible Hemmung

Suizidhemmung

• Sogenannte “Selbstmordsubstrate” binden über kovalente Bindung irreversible an das aktive Zentrum des Enzyms.
• Sie binden an der gleichen Stelle wie kompetitive Inhibitoren und inaktivieren dabei das Enzym dauerhaft. Dies kann nicht rückgängig gemacht werden kann.
• Um die Aktivität wiederherzustellen, muss das Enzym neu synthetisiert werden
• V_max fällt auf null, da kein Substrat mehr gebunden werden kann.
• Beispiel: Penicillin-Medikamente, die auf bakterielle Penicillin-Bindungsproteine wirken.

Allosterische Regulation

• Allosterische Enzymregulation: Die häufigste Regulationsform; durchgeführt von allosterischen Effektoren.
• Die Effektoren binden außerhalb des aktiven Zentrums des Enzyms, am allosterischen Zentrum. Dies führt zu einer Konformationsänderung und somit zur Aktivierung oder Deaktivierung des Enzyms, abhängig von der Fähigkeit des Substrats, sich an die neue Form anzupassen.
• Bei allosterisch regulierten Enzymen lassen sich zwei Zustandsformen unterscheiden:
  • Die inaktive T-Form (angespannt), stabilisiert durch allosterische Inhibitoren.
  • Die aktive R-Form (entspannt), stabilisiert durch allosterische Aktivatoren.
• Oft stellt das Substrat selbst einen allosterischen Aktivator dar und fördert Konfirmation zur R-Form für seine eigene Umsetzung.
  • Positive Kooperativität: Das erste Substrat erleichtert die Bindung des zweiten Substrats.
  • Negative Kooperativität: Die Bindung des ersten Substrats erschwert die Bindung des zweiten Substrats.
• Abhängig von der Form des allosterischen Effektors können V_max, K_m oder beide Werte geändert werden.
• Die allosterische Regulation ist für geschwindigkeitsbegrenzende Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme am wichtigsten.
• Veränderungen der Michaelis-Menten-Gleichung:
  • Allosterisch regulierte Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme weisen bei dieser Darstellung eine sigmoidale Kurve auf.
  • Die K_m-Werte sind für allosterisch regulierte Enzyme Enzyme Grundlagen der Enzyme normalerweise signifikant höher.
  • Allosterische Inhibitoren verschieben die Reaktion auf die rechte Seite der Kurve.
  • Allosterische Aktivatoren verschieben die Reaktion auf die linke Seite der Kurve.
• Änderungen im Lineweaver-Burk-Diagramm durch Aktivatoren:
  • Die Aktivierung kann V₀ der Reaktion erhöhen, was zu einer Abnahme von 1/V_max führt und eine Abwärtsverschiebung des y-Achsenabschnitts verursacht.
  • Die Aktivierung kann auch zu einer Abnahme von K_m und damit zu einer Abnahme von -1/K_m führen, wodurch sich der x-Achsenabschnitt nach rechts verschiebt.
  • In jedem Fall erscheint die neue Linie im Vergleich zur ursprünglichen Linie „horizontaler“.