1.3.4

Enzymhemmung (Inhibition)

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):

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.

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:


Weitere Beispiele für Kompetitive Hemmung:

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

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

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.

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.

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.

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


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 43
Benzylsuccinat in der aktiven Stelle der Carboxypeptidase A

 

 

 

 

 

 


Abb. 44
Inhibition der Succinatdehydrogenase

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 45
Inhibition der Acetylcholinesterase

 

 

 

Abb. 46
Nichtkompetitive Hemmung

 

Abb. 47
Allosterische Hemmung bei Trypsin

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Abb. 48
Feedback Inhibition

 

 

 

Abb. 49
DIFP und Sarin

 

Abb. 50
Schwermetalle

Weiterführende Quellen:

Hemmung der Acetylcholinesterase: http://wizard.pharm.wayne.edu/biochem/enz.html

Suche nach Enzymen: http://life.nthu.edu.tw/~g854239/ExPASy/5cofactor.htm oder http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/search.html

Inhibitoren: http://www.sigmaaldrich.com/Brands/Sigma/Enzyme_Explorer_Home/Inhibitor_Index/Inhibitor_Index_A_to_C.html