Enzym - Inhibitoren

• Wie wirkt Penicillin ?• Wie wirkt Aspirin ?• Welche Rolle spielt Methotrexat in der

Chemotherapie ?• Welche Wirkstoffe werden gegen HIV

entwickelt ?

Hemmung der Enzym-Aktivität

Irreversible

SubstratKompetitiver

Inhibitor

IrreversiblerInhibitor

NichtkompetitiverInhibitor

Substrat

Enzym Enzym

EnzymEnzym

Enzym - Kinetik

Michaelis – MentenGleichung

Lineweaver - BurkDiagramm

V0 = Vmax[ S ]

[ S ] + KM

1V0 Vmax

=KM

[ S ]1

Vmax+ . 1

1/v0

Kompetitive Enzym-Inhibitoren

Kompetitive InhibitorenDihydrofolat Reduktase und Chemotherapie

- blockiert Thymin-Biosynthese

- Bindet 1000xfester an dieDihydrofolat Red.

Nichtkompetitive Enzym-Inhibitoren

Irreversible Inhibitoren

• Gruppen-spezifische Reagenzien• Substrat-Analoga• Suizid-Inhibitoren

(Mechanismus-basierte Inhibitoren)

Gruppen-spezifische Reagenzien:z.B. Diisopropylfluorphosphofat (DIFP)

InaktiviertesEnzym

z.B.: Serin-Protease

Gruppen-spezifische Reagenzien:z.B. Iodacetamid

InaktiviertesEnzym

Enzym Iodacteamid

Substrat-analoge Inhibitoren

Substrat für Chymotrypsin

Tosyl-L-phenylalanin-chlormethylketon (TPCK)

Spezifitäts-Gruppe

Reaktive Gruppe

Substrat-analoge Inhibitoren

TriosephosphatIsomerase

(TIM)

Bromacetol-phosphat

InaktivesEnzym

ähnelt dem SubstratDihydroxyacteonphosphat

Suizid Inhibitoren: Monoamin OxidaseFlavin (prosthetische Gruppe)

Modifiziertes Flavin→ inaktives Enzym

Alkylierung

Penicillin

Reaktive Peptid-Bindung im

β-Lactamring

Wirkung von Penicillin

Peptidoglykan:

Gelb = ZuckerRot = Tetrapeptide Blau = Pentaglycin-Brücke

Bildung der Querverbindungen im Peptidoglykan

Mechanismus der Glykopeptid-Transpeptidase

Ähnlichkeit zwischen Penicillin und dem Substrat

Bildung des Pencilloyl-Enzym Komplexes

Regulation von Enzymaktivität

• Allosterische Kontrolle (Kooperativität, Rückkopplungshemmung)

• Isoenzyme• Kovalente Modifikation• Aktivierung durch proteolytische

Spaltung

Aspartat Transcarbamoylase (ATCase)(erster Schritt der Pyrimidin-Biosynthese)

N-Carbamoyl-aspartat

Carbamoyl-phosphat

Aspartat

Cytidintriphosphat (CTP)

Feedback- (Rückkopplungs-) Hemmung

CTP hemmt die ATCase= Endprodukt-Hemmung

Physiologisch sinnvoll:es wird nur soviel CTP synthetisiert, wie in derZelle benötigt

CTP bindet nicht im aktiven Zentrum,sondern an einer anderen (allos) Stelle(= allosterische oder regulatorische Zentren)CTP = allosterischer Inhibitor

ATCaseQuartärstruktur:

2 katalyt.Trimere(6 c-Ketten)

3 regulat. Dimere(6 r-Ketten)

(c6r6)

Bisubstratanalogon PALA(= starker kompetitiver Inhibitor)

Reaktions-IntermediatSubstrat

N-(Phosphonacetyl)-L-aspartat(PALA)

Aminosäuren von benachbarten Untereinheiten bilden gemeinsam die katalytischn Zentren der

ATCase

T Zustand(Tense state)

R Zustand(Relaxed state)

Änderung der Quartärstruktur

Endprodukt CTPbindet an die regulatorischen Untereinheitenim T – Zustandund stabilisiert denT - Zustand

Kontrolle der ATCase Aktivität(konzertierter Mechanismus)

Allosterisch regulierte Enzyme weichen von der Michaelis-Menten Kinetik ab

SigmoideKurve

ATCase Aktivität in Anwesenheit allosterischerEffektoren

Allosterische Effekte mitsequentiellen Mechanismus

Homo-tetrameres Protein

Untereinheit im T-Zustand

Untereinheit im R-Zustand

Regulation durch variable Isoenzym-KomplexeBeispiel: Lactat Dehydrogenase

Änderung der LDH Zusammen-setzung im Herz während derEntwicklung

LDH Isoenzym Zusammensetzung in verschiedenen Geweben(M=Skelettmuskulatur,H=Herzmuskulatur)

M4

H4

H4H3MH2M2HM3M4

Regulation der Proteinaktivitätdurch kovalente Modifiaktion

Regulation von Enzymaktivität durch Phosphorylierung

OH-Gruppeeines Serin-,

Threonin- oderTyrosinrest

Phosphoryliertes Protein

Proteinkinase

Glycogen - Phosphorylase

Aktivierung durch proteolytische Spaltungeines Proenzyms (Zymogen)

Nach der Spaltung durchTrypsin kommt es zu einerKonformationsänderung, diezur vollständigen Ausbildung des aktiven Zentrums führt

Blutgerinnungs-Kaskade

(intravaskuläres System)

(extravaskuläres System)

Struktur des Fibrinogen

Bildung eines Fibrin - Netzwerks