Nichtkompetitive Hemmung

Nichtkompetitive Hemmung tritt auf, wenn ein Inhibitor an einer vom aktiven Zentrum verschiedenen Stelle bindet und die Katalyse unabhängig davon reduziert, ob das Substrat gebunden ist. In ihrer klassischen Form senkt sie die maximale Geschwindigkeit Vmax, während die scheinbare Km unverändert bleibt, da die Zugabe von mehr Substrat einen Inhibitor, der nicht um das aktive Zentrum konkurriert, nicht verdrängen kann.

Definition

Nichtkompetitive Hemmung ist eine Form der reversiblen Hemmung, bei der der Inhibitor mit gleicher Affinität an das freie Enzym und den Enzym-Substrat-Komplex an einer vom aktiven Zentrum verschiedenen Stelle bindet, wodurch Vmax gesenkt wird, während die scheinbare Km unverändert bleibt; gemischte Hemmung ist der allgemeinere Fall, bei dem die beiden Affinitäten unterschiedlich sind.

Scope

Der Eintrag behandelt die Bindungslogik der nichtkompetitiven und der breiter gefassten gemischten Hemmung, ihre Auswirkungen auf die Michaelis-Menten-Parameter und wie sie kinetisch von der kompetitiven Hemmung unterschieden werden. Es handelt sich um eine biochemische und methodologische Referenz, nicht um eine klinische Leitlinie.

Core questions

• Bindet der Inhibitor an eine andere Stelle als das aktive Zentrum?
• Ist Vmax reduziert, während die scheinbare Km unverändert (rein nichtkompetitiv) oder ebenfalls verändert (gemischt) ist?
• Kann überschüssiges Substrat die Hemmung überwinden?

Key concepts

• Bindung an einer vom aktiven Zentrum verschiedenen Stelle
• Reduziertes Vmax, unveränderte scheinbare Km (rein nichtkompetitiv)
• Gemischte Hemmung als allgemeiner Fall
• Nicht-Überwindbarkeit durch überschüssiges Substrat
• Lineweaver-Burk-Linien, die sich auf der 1/[S]-Achse schneiden

Key theories

Modell der nicht-wechselseitig-exklusiven Bindung

Bei der reinen nichtkompetitiven Hemmung bindet der Inhibitor freies Enzym und Enzym-Substrat-Komplex mit der gleichen Affinität, sodass Substrat- und Inhibitorbindung unabhängig sind; die Steady-State-Behandlung sagt eine unveränderte Km und eine um den Faktor 1/(1 + [I]/Ki) reduzierte Vmax voraus. Gemischte Hemmung verallgemeinert dies auf ungleiche Affinitäten.

Mechanisms

Ein nichtkompetitiver Inhibitor bindet an eine andere Stelle als das aktive Zentrum und kann sowohl das freie Enzym als auch den Enzym-Substrat-Komplex binden. Im reinen Fall sind die beiden Bindungsereignisse unabhängig, sodass der Inhibitor die effektive Konzentration des aktiven Enzyms senkt: Vmax fällt um den Faktor 1/(1 + [I]/Ki), während die scheinbare Km unverändert bleibt, und die Hemmung kann nicht durch Zugabe von Substrat überwunden werden (Cornish-Bowden, 1974; Cornish-Bowden, 2012). In einem doppelt-reziproken Diagramm schneiden sich die Linien für verschiedene Inhibitorkonzentrationen auf der 1/[S]-Achse. Gemischte Hemmung ist der allgemeine Fall, bei dem der Inhibitor das freie Enzym und den Komplex mit unterschiedlichen Affinitäten bindet, wodurch sowohl Km als auch Vmax verändert werden. Die Bindung an einer regulatorischen Stelle verknüpft nichtkompetitives Verhalten mit allosterischen Modellen der Konformationsänderung (Monod, 1965).

Clinical relevance

Inhibitoren, die abseits des aktiven Zentrums wirken, können hochselektiv sein und sind nicht durch akkumulierendes Substrat überwindbar, eine Eigenschaft, die für die pharmakologische Beschreibung ihrer Wirkungen relevant ist (Copeland, 2013). Dieser Eintrag erklärt den Mechanismus zu Referenz- und Bildungszwecken und bietet keine Dosierungs- oder Behandlungsratschläge.

History

Die kinetische Trennung von nichtkompetitiver, unkompetitiver und gemischter Hemmung sowie praktische grafische Methoden zur Schätzung ihrer Hemmkonstanten wurden in der enzymkinetischen Literatur konsolidiert, einschließlich der Replot-Methode von Cornish-Bowden aus dem Jahr 1974 (Cornish-Bowden, 1974). Das allosterische Modell von Monod, Wyman und Changeux lieferte eine strukturelle Begründung für die Hemmung an Stellen, die sich vom aktiven Zentrum unterscheiden (Monod, 1965).

Key figures

• Athel Cornish-Bowden
• Jacques Monod
• Jean-Pierre Changeux

Seminal works

• cornish-bowden-1974
• monod-1965

Frequently asked questions

Wie unterscheidet sich die nichtkompetitive Hemmung von der kompetitiven Hemmung?

Ein kompetitiver Inhibitor bindet an das aktive Zentrum und erhöht Km, während Vmax unverändert bleibt, und wird durch überschüssiges Substrat überwunden; ein reiner nichtkompetitiver Inhibitor bindet an einer anderen Stelle, senkt Vmax, während Km unverändert bleibt, und kann nicht durch Zugabe von Substrat überwunden werden.

Was ist gemischte Hemmung?

Gemischte Hemmung ist der allgemeine Fall, bei dem der Inhibitor das freie Enzym und den Enzym-Substrat-Komplex mit unterschiedlichen Affinitäten bindet, sodass sich sowohl die scheinbare Km als auch Vmax ändern; reine nichtkompetitive Hemmung ist der Spezialfall, bei dem die beiden Affinitäten gleich sind.