Enzymhemmung bezieht sich auf die Fähigkeit, die Aktivität des Enzyms zu verringern oder zu verlieren, verursacht jedoch keine Denaturierung des Enzymproteins. Enzymhemmung wird hauptsächlich durch Veränderungen der chemischen Eigenschaften der essentiellen Gruppen des Enzyms verursacht. Verbindungen, die eine Enzymhemmung verursachen, werden Inhibitoren genannt. Es ist zu beachten, dass Enzymhemmung sich von Enzyminaktivierung unterscheidet und Inhibitoren sich ebenfalls von Denaturierungsmitteln unterscheiden. Enzymhemmung umfasst reversible Hemmung und irreversible Hemmung.

Reversible Hemmung

Reversible Hemmung bezeichnet den vorübergehenden Verlust der Enzymaktivität, der durch die nicht-kovalente Bindung von Inhibitoren an Enzymproteine verursacht wird. Reversible Inhibitoren können durch physikalische Methoden wie Dialyse entfernt werden und die Enzymaktivität kann teilweise oder vollständig wiederhergestellt werden. Reversible Hemmung umfasst kompetitive Hemmung, unkompetitive Hemmung, nicht-kompetitive Hemmung und gemischte Hemmung.

• Kompetitive Hemmung

Die chemische Struktur kompetitiver Inhibitoren ist der der Substrate ähnlich, sodass sie mit den Substraten konkurrieren und an die aktiven Zentren des Enzyms binden können. Wenn der kompetitive Inhibitor an das aktive Zentrum des Enzyms bindet, wird das Substrat vom Reaktionszentrum ausgeschlossen, was zur Hemmung der enzymatischen Reaktion führt. Kompetitive Hemmung kann in der Regel durch Erhöhung der Substratkonzentration aufgehoben werden, das heißt, durch Verbesserung der Konkurrenzfähigkeit des Substrats.

Abbildung 1. Diagramm der kompetitiven Hemmung.

• Nicht-kompetitive Hemmung

Enzyme können sowohl an Substrate als auch an nicht-kompetitive Inhibitoren binden, das heißt, es gibt keinen Wettbewerb zwischen Substraten und nicht-kompetitiven Inhibitoren. Nachdem das Enzym an den nicht-kompetitiven Inhibitor gebunden hat, kann es auch an das Substrat binden, und nachdem das Enzym an das Substrat gebunden hat, kann es auch an den nicht-kompetitiven Inhibitor binden. In diesem Fall können die Zwischenprodukte der enzymatischen Reaktion jedoch nicht weiter zu Produkten abgebaut werden, sodass die Enzymaktivität verringert wird.

Abbildung 2. Diagramm der nicht-kompetitiven Hemmung.

Kompetitive Hemmung kann durch ausreichend hohe Substratkonzentrationen überwunden werden, d. h. indem das Substrat den Inhibitor verdrängt. Allerdings wird der scheinbare Km-Wert steigen, da eine höhere Substratkonzentration erforderlich ist, um den Km-Punkt oder die Hälfte des Vmax zu erreichen. Bei nicht-kompetitiver Hemmung wird Vmax aufgrund der geringeren Effizienz der Reaktion sinken, aber Km bleibt gleich, da die tatsächliche Bindung des Substrats definitionsgemäß weiterhin ordnungsgemäß funktioniert.

Abbildung 3. Michaelis–Menten-Sättigungskurve für eine Enzymreaktion, die die Beziehung zwischen Substratkonzentration und Reaktionsgeschwindigkeit ohne Inhibitor, mit kompetitivem Inhibitor und nicht-kompetitivem Inhibitor zeigt.

• Unkompetitive Hemmung

Bei der unkompetitiven Hemmung bindet der Inhibitor nur an den Substrat-Enzym-Komplex. Diese Art der Hemmung führt dazu, dass sowohl Vmax als auch Km abnehmen.

Abbildung 4. Diagramm der unkompetitiven Hemmung.

• Gemischte Hemmung

Bei der gemischten Hemmung kann der Inhibitor gleichzeitig mit dem Substrat des Enzyms an das Enzym binden. Allerdings beeinflusst die Bindung des Inhibitors die Bindung des Substrats und umgekehrt. Diese Art der Hemmung kann reduziert, aber nicht durch Erhöhung der Substratkonzentration vollständig aufgehoben werden.

Abbildung 5. Diagramm der gemischten Hemmung.

Irreversible Hemmung

Irreversible Hemmung bedeutet, dass der Inhibitor kovalent an die funktionelle Gruppe des aktiven Zentrums des Enzyms bindet und dadurch die Aktivität des Enzyms hemmt. Irreversible Inhibitoren können nicht durch physikalische Methoden wie Dialyse entfernt werden und die Enzymaktivität wiederherstellen.

Irreversible Inhibitoren enthalten häufig reaktive funktionelle Gruppen wie Stickstoff-Lost, Aldehyde, Halogenalkane, Alkene, Michael-Akzeptoren, Phenylsulfonate oder Fluorphosphonate. Diese elektrophilen Gruppen reagieren mit Aminosäureseitenketten und bilden kovalente Addukte. Irreversible Hemmung unterscheidet sich von irreversibler Enzyminaktivierung. Irreversible Inhibitoren sind im Allgemeinen spezifisch für eine Enzymklasse und inaktivieren nicht alle Proteine; sie wirken nicht durch Zerstörung der Proteinstruktur, sondern durch spezifische Veränderung des aktiven Zentrums ihres Zielproteins. Irreversible Inhibitoren zeigen zeitabhängige Hemmung und ihre Wirksamkeit kann daher nicht durch einen IC50-Wert charakterisiert werden. Dies liegt daran, dass die Menge an aktivem Enzym bei einer gegebenen Konzentration eines irreversiblen Inhibitors unterschiedlich ist, je nachdem, wie lange der Inhibitor mit dem Enzym vorinkubiert wurde.

Verwandte Dienstleistungen

Enzymkinetik
Enzymologie-Assays

Um weitere Details zu unseren Dienstleistungen zu besprechen, kontaktieren Sie uns bitte.