Was blockiert die Enzymaktivität durch Bindung an das aktive Zentrum eines Enzyms?

Enzyme sind dreidimensionale Maschinen mit einem aktiven Zentrum, das spezifisch geformte Substrate erkennt. Wenn eine Chemikalie das Enzym durch Bindung an das aktive Zentrum hemmt, ist dies ein Zeichen dafür, dass die Chemikalie in die Kategorie der kompetitiven Inhibitoren im Gegensatz zu den nicht-kompetitiven Inhibitoren fällt. Es gibt jedoch Feinheiten innerhalb der Kategorie der kompetitiven Inhibitoren, da einige reversible Inhibitoren sein können, während andere irreversible Inhibitoren sind. Schließlich fügt eine dritte Klasse von gemischten Inhibitoren der Kategorisierung kompetitiver Inhibitoren eine Wendung hinzu.

Eine Chemikalie, die die Enzymaktivität durch Bindung an das aktive Zentrum blockiert, wird als kompetitiver Inhibitor bezeichnet. Diese Arten von Chemikalien haben ähnliche Formen wie das Substrat des Enzyms. Diese Ähnlichkeit ermöglicht es der Chemikalie, mit dem Substrat um die Bindung an das aktive Zentrum des Enzyms zu konkurrieren. Die Bindung des kompetitiven Inhibitors oder des Substrats an das Enzym ist ein Entweder-Oder-Prozess – zu einem bestimmten Zeitpunkt kann nur einer von ihnen passen.

Einige kompetitive Inhibitoren werden als reversible Inhibitoren bezeichnet, was bedeutet, dass sie das aktive Zentrum binden, aber relativ leicht abfallen können. Bei reversiblen kompetitiven Inhibitoren erhöht sich die Substratkonzentration im Reaktionsmischung kann den Inhibitor – ja, den Inhibitor – daran hindern, an das Enzym zu binden für lange. Die Affinität oder Anziehungskraft des Inhibitors und des Enzyms ändert sich nicht, aber ihre Wechselwirkungen werden seltener. Mehr Substrat bedeutet, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt mehr Enzymmoleküle an das Substrat als an den Inhibitor gebunden werden. Das Substrat soll den Inhibitor verdrängen.

Kompetitive Inhibitoren können auch irreversible Inhibitoren sein, dh sie gehen eine kovalente Bindung mit dem aktiven Zentrum ein oder gehen eine so enge Wechselwirkung ein, dass der Inhibitor selten abfällt. Eine kovalente Bindung ist, wenn zwei Atome Elektronen teilen, um eine physikalische Verbindung zu bilden. Das Antibiotikum Penicillin ist ein Beispiel für einen irreversiblen kompetitiven Inhibitor. Bakterien benötigen ein Enzym namens Glykopeptid-Transpeptidase, um die Fasern in ihrer Zellwand zu vernetzen. Penicillin bindet über eine kovalente Bindung an das aktive Zentrum dieses Enzyms und verhindert die Bindung des Substrats.

Inhibitoren, die das aktive Zentrum des Enzyms binden, werden als kompetitive Inhibitoren bezeichnet, und diejenigen, die andere Stellen binden, werden als nicht-kompetitive Inhibitoren bezeichnet. Es gibt jedoch eine andere Klasse von Inhibitoren, sogenannte gemischte Inhibitoren, die entweder die aktives Zentrum, bevor das Substrat dort ankommt oder der Enzym-Substrat-Komplex, nachdem das Substrat angebracht. Gemischte Inhibitoren können das Enzym binden, bevor das Substrat bindet, oder können binden, nachdem das Substrat gebunden hat. Beide Fälle führen zu einem inaktiven Enzym. Somit sind gemischte Inhibitoren bei jeder Substratkonzentration gegen Enzyme wirksam.