Enzymhemmung Beispiele: Reversibel, Irreversibel, kompetitiv & nicht kompetitiv

Enzyme können durch andere Stoffe ( = Inhibitoren = Hemmstoffe) in ihrer Aktivität gehemmt werden. Man unterscheidet reversible ( rückgängigmachbare) und irreversible (nicht rückgängigmachbare) Hemmung. Man kennt jeweils 2 Formen: kompetitiv und nicht kompetitiv (z.B. allosterisch):

inhibit1

Reversibel sind Inhibitionen, bei denen sich der Inhibitor wieder vom Enzym ablösen kann. Man unterscheidet Kompetitive Inhibitoren, die an der aktiven Stelle binden und nichtkompetitive Hemmstoffe, die an einer anderen Stelle des Enzyms binden und die Enzymaktivität hemmen.

Irreversibel sind solche, bei denn der Inhibitor an der aktiven Stelle kovalent oder fest gebunden bleibt. Das Enzym ist sozusagen “vergiftet” und kann nicht mehr an der Katalyse teilnehmen. Es muss neu hergestellt werden.

Kompetitive Hemmung:

Bei der kompetitiven Hemmung ähnelt der Hemmstoff (kompetitiver Inhibitor) dem Substrat in seiner chemischen Struktur. Kommt der kompetitive Inhibitor an die aktive Stelle, wird er dort festgehalten (Enzym-Inhibitor-Komplex), es kommt jedoch zu keinem für die Zelle sinnvollen Produkt. Somit ist das Enzym mit dem “falschen Substrat” beschäftigt und für die Katalyse des richtigen Substrats blockiert.

kinhibit

compet

Der Inhibitor kann aber wieder von der aktiven Stelle
wegdiffundieren. Gibt man wieder mehr Substrat dazu, nimmt die Zahl der Enzyme zu, die sich mit dem richtigen Substrat beschäftigen und die Hemmung wird reversibel.

Bei einer kompetitiven Hemmung wird also mehr Substrat
benötigt, um die maximale Enzymaktivität zu erreichen.

Als Beispiel soll uns L-Benzylsuccinat dienen, das das Verdauungsenzym Carboxypeptidase kompetitiv hemmt Abb. 43:

cbpbsu3

Weitere Beispiele für Kompetitive Hemmung:

Die Bernsteinsäuredehydrogenase, ein Enzym der Mitochondrien hat als Substrat Bernsteinsäure und wird durch Malonsäure gehemmt.

succd7

Die Acetylcholinesterase, ein Enzym in Nervenzellen hat als Substrat Acetylcholin und wird durch Tacrin kompetitiv gehemmt. Das Medikament wird bei der Alzheimerkrankheit verabreicht.

tacrina

Nichtkompetitive Hemmung

Bei der nichtkompetitiven Hemmung lagert sich der Inhibitor nicht an die aktive Stelle sondern an eine andere Position (allosterisch) am Molekül an. Dadurch ändert sich die Konformation so, daß das Enzym inaktiviert wird.

ainhibit

Allosterische Inhibitoren blockieren einen Teil der Enzyme,
die dann nicht mehr für die Katalyse zur Verfügung stehen.
Links ist das Verdauungsenzym Trypsin mit einem allosterischen
Inhibitor (Kallikrein A, grasgrün oben) zu sehen.

Endprodukthemmung

Unter Endprodukthemmung
versteht man eine Form der allosterischen Hemmung, bei der ein Produkt einer Enzymkette ein früheres Enzym der Kette allosterisch hemmt. Im Stoffwechsel gibt es viele solche Enzymketten. Auf diese Weise regelt sich der Stoffwechsel selbst.


metabk

In Abb. 48 ist die Endprodukthemmung
der Threonindesaminase im Aminosäurestoffwechsel zu sehen. Das Enzym wird allosterisch durch das Endprodukt Isoleucin gehemmt.

Ist wenig Produkt da, wird es nachgebildet, ist viel Produkt da, hemmt es seine Entstehung.

Viele Stoffwechselwege werden so geregelt, z.B. die Zellatmung, der Vorgang der aus der aufgenommenen Glucose in den Mitochondrien ATP herstellt. Dabei wird ein Enzym in der
Mitte der Kette: Citratsynthetase allosterisch durch das Endprodukt ATP gehemmt.

Irreversible Hemmung

Bei der irreversiblen Hemmung wird das Enzym durch einen
fest an der aktiven Stelle gebundenen Inhibitor blockiert.

Diisopropylfluorophosphat
(DIFP)
hemmt irreversibel Serin Proteasen
und andere Enzyme. Sogenannte
Alkylphosphate
(z. B. auch als Kampfgase wie Sarin und in Insektiziden vorhanden) binden sich kovalent an die
Acetylcholinesterase.
Dieses Enzym sorgt für die Weiterleitung von Nervenimpulsen. Die
Organismen sterben an Lähmung der Organfunktion.

dipp

CN Ionen

Die Enzyme, die direkt an der ATP-Gewinnung in den Mitochondrien
beteiligt sind (Cytochrome) lassen sich durch Cyanid-Ionen (CN;
Zynakali) irreversibel hemmen.

Schwermetalle

Viele Enzyme werden durch Schwermetalle wie Hg++,
Cd
++, As++ und Pb++ gehemmt, z. B. GAPD. Dabei binden sich die Metallionen an eine –SH-oder OH-Gruppe an der aktiven Stelle.

Protein-SH + Pb2+
+ HS-Protein —–> Protein-S-Pb-S-Protein + 2H+


Abb. 42

kompetitiver Inhibitor der Carboxypeptidase A
bsucc3gif
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 43

Benzylsuccinat in der aktiven Stelle der Carboxypeptidase A

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 44

Inhibition der Succinatdehydrogenase

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 45

Inhibition der Acetylcholinesterase

 

 

 


Abb. 46

Nichtkompetitive Hemmung
noncomp

 


Abb. 47

Allosterische Hemmung bei Trypsin
trypinh

Klicken Sie auf das Bild für
3D

 


Abb. 48

Feedback Inhibition
epthre

 

 

 


Abb. 49

DIFP und Sarin

dfp

sarin

 

 


Abb. 50

Schwermetalle
sulfy
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