Abbildung 30.4 zeigt den Michaelis-Menten-Graphen für ein Enzym mit und ohne kompetitive und nichtkompetitive Hemmstoffe. Abbildung 30.5 zeigt die entsprechenden Lineweaver-Burk-Diagramme. Das dargestellte Enzym hat in Abwesenheit eines Inhibitors eine maximale Geschwindigkeit Vmax = 10 Einheiten und eine Michaelis-Konstante Km = 2 mmol/l.
Kompetitive Hemmstoffe werden als Medikamente eingesetzt. Sie sind in ihrer Struktur dem natürlichen Substrat ähnlich und konkurrieren daher um die Bindungsstelle am Enzym. So hat der Krebsmedikament Methotrexat eine ähnliche Struktur wie Folat, das Substrat der Dihydrofolatreduktase. Methotrexat wird zur Hemmung der Dihydrofolatreduktase bei der Krebschemotherapie eingesetzt.
Aus den Abbildungen geht hervor, dass das Enzym in Gegenwart eines kompetitiven Hemmstoffs eine höhere Substratkonzentration benötigt, um den Wettbewerb mit dem Hemmstoff zu „gewinnen“. Bei ausreichender Substratkonzentration gibt der Wettbewerbshemmer jedoch den Vorrang an das Enzym ab, das dann mit seiner maximalen Geschwindigkeit Vmax arbeiten kann. Hinweis: Der kompetitive Hemmer blockiert die Substratbindungsstelle am Enzym, wodurch die Affinität des Enzyms zum Substrat verringert wird; d.h. er erhöht Km (in diesem Beispiel auf 4 mmol/l), die Vmax bleibt jedoch unverändert.
Nichtkompetitive Hemmstoffe binden nicht an die Substratbindungsstelle, sondern an eine andere Stelle des Enzyms, so dass der hemmende Effekt nicht durch Erhöhung der Substratkonzentration überwunden werden kann. Um das Prinzip der nichtkompetitiven Hemmung zu verstehen, genügt es sich zu merken, dass für jedes Substrat eine eigene Bindungsstelle existiert. Eine Erhöhung der Konzentration eines Substrats hat daher keinen Einfluss auf die Bindung des Hemmstoffs an das Enzym, der eine andere (nicht-substratbindende) Stelle blockiert. Daher blockieren nichtkompetitive Hemmstoffe einen bestimmten Anteil der Enzymmoleküle, ohne Km zu verändern, aber Vmax um einen konstanten Prozentsatz zu senken.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen wettbewerbsfähiger und nichtwettbewerbsfähiger Hemmung?
Wettbewerbsfähige Hemmstoffe konkurrieren mit dem Substrat um die Bindungsstelle am Enzym, während nichtwettbewerbsfähige Hemmstoffe an einer anderen Stelle des Enzyms binden und den Effekt nicht durch Erhöhung der Substratkonzentration überwunden werden kann.
Wie beeinflussen diese beiden Hemmarten die Kenngrößen des Enzyms?
Wettbewerbsfähige Hemmstoffe erhöhen die Michaelis-Konstante Km, lassen die maximale Reaktionsgeschwindigkeit Vmax aber unverändert. Nichtwettbewerbsfähige Hemmstoffe senken die Vmax, ohne Km zu beeinflussen.
Wo finden diese beiden Hemmarten praktische Anwendung?
Wettbewerbsfähige Hemmstoffe wie Methotrexat werden als Medikamente eingesetzt, um Enzyme wie die Dihydrofolatreduktase zu hemmen. Nichtwettbewerbsfähige Hemmstoffe können ebenfalls pharmakologisch genutzt werden, um bestimmte Enzymaktivitäten zu blockieren.