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Kinetik der Enzymhemmung

Reversible Enzymhemmung

Viele natürliche und synthetische Wirkstoffe sind reversible Hemmstoffe für Enzyme. Durch die quantitative Analyse der Hemmung lassen sich oftmals Einblicke in die zugrunde liegenden Mechanismen der Enzymaktivität gewinnen.

Abb.1
Reaktionsschema

Der Reaktionsmechanismus enthält jeweils zwei Dissoziationskonstanten für das Substrat S und für den Hemmstoff I (E = Enzym).

Abb.2
Formeln zur Berechnung der Reaktionsgeschwindigkeit

Formen der reversiblen Enzymhemmung

Man unterscheidet prinzipiell zwei Hauptformen der reversiblen Hemmung, die partielle und die vollständige Hemmung. Bei der partiellen Hemmung behält das Enzym auch nach Bindung des Hemmstoffes seine katalytische Aktivität, die jedoch durch den Hemmstoff beeinflusst sein kann. Bei der vollständigen Hemmung bildet das Enzym mit dem Hemmstoff einen inaktiven Dead-End-Komplex, der an der Reaktion nicht mehr teilnehmen kann. Sowohl die partielle, als auch die vollständige Hemmung werden folgendermaßen weiter unterteilt:

Tab.1
Reversible Enzymhemmung
Art der reversiblen HemmungMerkmal
Kompetitive Hemmung (partiell oder vollständig)Diese erfolgt auf der Grundlage der Konkurrenz von Substrat und Inhibitor um das Substrat-bindende aktive Zentrum des Enzyms. Sie kann durch ein erhöhtes Substratangebot aufgehoben werden.
Nicht-kompetitive Hemmung (partiell oder vollständig)Dabei wird die Bildungs- oder Zerfallsgeschwindigkeit des Enzym-Substrat-Komplexes durch Veränderung des Enzymproteins modifiziert. Ein Spezialfall der nicht-kompetitiven Hemmung ist die allosterische Hemmung: sie beruht auf einer Änderung der Affinität des allosterischen Zentrums des Enzyms für einen Effektor, z.B. in der Folge einer Behandlung mit Schwermetallen, Harnstoff oder proteolytischen Enzymen.
Unkompetitive Hemmung (partiell oder vollständig)Dabei bindet der Inhibitor außerhalb des aktiven Zentrums, aber nur wenn bereits das Substrat an das Enzym gebunden ist.
Substrat- oder ProdukthemmungHemmung als Folge eines Substrat- oder Produktüberschusses.

Einen Sonderfall nimmt die Regulation eines Enzyms durch Kontrollproteine, bzw. die Aktivierung durch proteolytische Spaltung ein.

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