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7.12: Enzymhemmung
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Enzyme Inhibition
 
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7.12: Enzyme Inhibition

7.12: Enzymhemmung

Inhibitors are molecules that reduce enzyme activity by binding to the enzyme. In a normally functioning cell, enzymes are regulated by a variety of inhibitors. Drugs and other toxins can also inhibit enzymes. Some inhibitors bind to the enzyme’s active site, while others inhibit enzymatic activity by binding to other sites on the protein structure.

Competitive inhibitors occupy the active site of enzymes, making them unable to accommodate the substrate. However, sufficiently high concentrations of the substrate can outcompete the inhibitor; as a result, competitive inhibitors slow an enzymes initial reaction rate but do not impact the enzyme’s maximum rate. One example of a competitive inhibitor is the drug disulfiram, used to treat chronic alcoholism. When alcohol is ingested, it is normally converted to acetaldehyde, which is then converted to acetyl coenzyme A by acetaldehyde dehydrogenase. Disulfiram binds to and occupies the active site of acetaldehyde dehydrogenase, making the enzyme unable to perform this conversion. As a result, a patient taking disulfiram immediately begins to experience hangover-like symptoms, such as headache, thereby decreasing alcohol consumption.

Noncompetitive inhibitors bind to distinct sites on the enzyme, away from the active site. These are called allosteric sites and when molecules bind to them, the shape of the active site is changed such that the enzyme has a lower affinity for the substrate. Because noncompetitive inhibitors do not occupy the active site, the presence of additional substrate is unable to overcome noncompetitive inhibition and the enzyme is unable to achieve its maximum reaction rate.

Covalent binding between an inhibitor and an enzyme is usually irreversible, as in the case of some toxins. Most regulatory inhibitors normally active in the cell interact with enzymes by weak interactions. This type of binding is reversible and useful for the regulation of metabolic processes. The exploration of new molecules to competitively and non-competitively inhibit enzymes regulating cell growth in cancer is an active area of research.

Inhibitoren sind Moleküle, welche die Enzymaktivität durch Bindung an das Enzym reduzieren. In einer normal funktionierenden Zelle werden die Enzyme durch eine Vielzahl von Inhibitoren reguliert. Auch Medikamente und andere Toxine können Enzyme hemmen. Einige Inhibitoren binden an die aktive Stelle des Enzyms, während andere die Enzymaktivität durch Bindung an andere Stellen der Proteinstruktur verhindern.

Wettbewerbsfähige Inhibitoren besetzen das aktive Zentrum der Enzyme, wodurch diese nicht in der Lage sind, das Substrat aufzunehmen. Jedoch können ausreichend hohe Konzentrationen des Substrats den Inhibitor übertrumpfen. Daher verlangsamen konkurrierende Inhibitoren die anfängliche Reaktionsgeschwindigkeit der Enzyme, beeinträchtigen aber nicht die maximale Geschwindigkeit der Enzyme. Ein Beispiel für einen kompetitiven Inhibitor ist das Medikament Disulfiram. Es wird zur Behandlung von chronischem Alkoholismus eingesetzt. Bei der Einnahme von Alkohol wird dieser normalerweise in Acetaldehyd umgewandelt, der dann von der Acetaldehyd-Dehydrogenase in Acetyl-Coenzym A umgewandelt wird. Disulfiram bindet sich an die Acetaldehyd-Dehydrogenase und belegt ihr aktives Zentrum, so dass das Enzym nicht in der Lage ist, diese Umwandlung durchzuführen. Infolgedessen treten bei einem Patienten, der Disulfiram einnimmt, sofort katerähnliche Symptome wie Kopfschmerzen auf, was zu einem verringerten Alkoholkonsum führt.

Nicht-kompetitive Inhibitoren binden an verschiedene Stellen des Enzyms, die vom aktiven Zentrum entfernt sind. Man nennt diese Stellen allosterische Stellen. Wenn sich Moleküle an sie binden, wird die Form der aktiven Stelle so verändert, dass das Enzym eine geringere Affinität zum Substrat hat. Da nicht-kompetitive Inhibitoren das aktive Zentrum nicht besetzen, kann das Vorhandensein von zusätzlichem Substrat die nicht-kompetitive Inhibition nicht überwinden und das Enzym kann seine maximale Reaktionsgeschwindigkeit nicht erreichen.

Die kovalente Bindung zwischen einem Inhibitor und einem Enzym ist in der Regel irreversibel, wie bei einigen Toxinen. Die meisten regulatorischen Inhibitoren, die normalerweise in der Zelle aktiv sind, interagieren mit den Enzymen durch schwache Wechselwirkungen. Diese Art der Bindung ist reversibel und nützlich für die Regulierung von Stoffwechselprozessen. Die Erforschung neuer Moleküle zur kompetitiven und nicht-kompetitiven Hemmung von Enzymen, die das Zellwachstum bei Krebs regulieren, ist ein aktives Forschungsgebiet.


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