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Regulation der Enzymkonformation

Nicht-kompetitive Hemmung

Bei der nicht-kompetitiven Hemmung ändert sich die Bildungs- oder Zerfallsgeschwindigkeit des Enzym-Substrat-Komplexes durch Modifikation des Enzyms. Ein Spezialfall der nicht-kompetitiven Hemmung ist die allosterische Hemmung: Sie beruht auf der Änderung der Affinität des allosterischen Zentrums des Enzyms für einen Effektor, z.B. in der Folge einer Behandlung mit Schwermetallen, Harnstoff oder proteolytischen Enzymen.

Abb.1
Reaktionsschema

Bei der nicht-kompetitiven Hemmung bindet ein nicht-kompetitiv wirkender Inhibitor an eine Stelle, die nicht mit der Substratbindungsstelle identisch ist. Die Bindung des Inhibitors führt deshalb nicht zur Blockierung der Substratbindung, sondern zu einer Konformationsänderung des Enzyms, das dadurch inaktiviert wird. Die Bindung des Inhibitors und die Inaktivierung des Enzyms finden unabhängig vom Vorhandensein des Substrates statt.

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Abb.2
Flash-Animation der nicht-kompetitiven Hemmung

Sind Inhibitor und Enzym in einer Lösung vorhanden, so wird bei der nicht-kompetitiven Inhibition die Konzentration des aktiven Enzyms und dadurch - entsprechend der Gleichung υ max = k cat Δ E - der υ max -Wert vermindert, K M ändert sich dagegen nur geringfügig.

Abb.3
Formel zur Berechnung der Reaktionsgeschwindigkeit bei der nicht-kompetitiven Hemmung

Zur Charakterisierung dieses Typs der Enzymhemmung werden Umsatzgeschwindigkeiten mehrerer Messreihen mit variierenden Substratkonzentrationen bestimmt. In einer Kontrollmessreihe wird kein Hemmstoff eingesetzt und so K M und υ bestimmt. In der direkten Auftragung (Abb. 4) ergeben sich hyperbolische Kurven.

Abb.4
Michaelis-Menten-Darstellung der nicht-kompetitiven Hemmung
Abb.5
Lineare Darstellung der nicht-kompetitiven Hemmung

Bei der Darstellung der nicht-kompetitiven Hemmung werden die linearen Darstellungsformen (Abb. 5) favorisiert. Die verschiedenen Geraden jeder Messreihe ordnen sich zu Mustern an, die für den Hemmtyp und das jeweilige Linearisierungsverfahren charakteristisch sind. In der doppelt-reziproken Darstellung treffen sich alle Geraden in einem gemeinsamen Schnittpunkt links von der Ordinate. Aus der Lage des Schnittpunktes kann das Verhältnis der beiden Hemmkonstanten zueinander abgelesen werden.

Anwendung

Die nicht-kompetitive Hemmung ist besonders wichtig für die Regulation des Zellstoffwechsels, da hier die Beeinflussung der Aktivität durch Metaboliten ohne direkte Substratanalogie möglich ist. Beispiele dafür sind die Endprodukt-Hemmung und die Allosterie. Bei der Allosterie zeigen sich aufgrund von Überlagerungen durch kooperative Effekte häufig nicht-hyperbolische Sättigungskurven, die sich durch einfache Verfahren linearisieren lassen. Der nicht-kompetitive Mechanismus kann in einem solchen Fall durch Extrapolation auf unendliche Substratkonzentrationen erkannt werden. Bei Mehrsubstratreaktionen tritt eine nicht-kompetitive Hemmung häufig auch in Form einer Produkthemmung auf. Dabei bleiben im Laufe des Substratumsatzes zunehmend Produkte im aktiven Zentrum gebunden und hemmen die Enzymreaktion, darunter zum einen die Bindung des Substrates und zum anderen die Bindung des Cosubstrates.

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