Referat: · Enzymregulation · Enzymhemmung. 23. Januar 2006 Enzymregulation / Enzymhemmung...

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·Enzymregulation

·Enzymhemmung

23. Januar 2006 Enzymregulation / Enzymhemmung

Gliederung– Gliederung– Grundbegriffe– Wozu Regulation/Hemmung?– Arten der Regulierung

• Aktivierung/Hemmung– Einteilung nach Wirkung

» Irreversible Hemmung» Kompetitive Hemmung» Unkompetitive Hemmung» Nicht kompetitive Hemmung

– Einteilung nach Bindungsstelle des Inhibitors» Isosterische Regualtion» Allosterische Regulation

– Phosphorylierung von Proteinen• Steuerung der Enzymbildung

– Inhibition– Repression

– Literatur

GrundbegriffeEnzym: • griech. en »in« und zýme »Sauerteig« • veraltete Bezeichnung: Fermente• Definition aus dem Brockhaus:

In allen lebenden Organismen vorkommende, intrazellulär gebildete, hochmolekulare Eiweißstoffe (Proteine), die chem. Reaktionen beschleunigen, indem sie die Aktivierungsenergie herabsetzen und so den Reaktionsablauf unter den Bedingungen, die in einem Organismus vorliegen (physiolog. Bedingungen: niedrige Temperaturen, Normaldruck, wässriges Medium) erst ermöglichen.

Warum ist die Regulation so wichtig?

• Da fast alle biochem. Reaktionen in einem Organismus nur durch Enzymkatalyse (enzymatisch) ablaufen können, beruht die Steuerung des gesamten Stoffwechsels auf der integrierten Regulation der Enzymaktivitäten.

2 Arten der Regulation

• Aktivierung/Hemmung– Hemmung (Inhibition)– Aktivierung

• Steuerung der Enzymbildung– Enzyminduktion– Enzymrepression

Einteilung nach Wirkung• Inhibition

– Irreversible Inhibition

– Reversible Inhibition• partiell• vollständig

Irreversible Inhibition• einige Arzneien und Gifte hemmen ein Enzym dauerhaft

und umumkehrbar. (Inaktivator)

• Werden auch als Selbstmord-Inhibitoren bezeichnet, da es sich um Substanzen handelt, welche zunächst vom Enzym als Substrat erkannt und in das aktive Zentrum aufgenommen werden. Dort gehen sie jedoch eine feste kovalente Bindung mit Aminosäureresten des aktiven Zentrums ein, wodurch dieses dauerhaft blockiert wird.

• z.B. Penicillin, Kohlenstoffmonoxid oder Nitrostigmin und Sarin

Reversible Hemmung I.) partielle Hemmung

II.) vollständige Hemmung- kompetitive Hemmung- unkompetitive Hemmung- nicht kompetitive Hemmung

Kompetitive Hemmung• hier konkurriert das Substrat mit dem

Hemmstoff um die Bindung an das Aktive Zentrum des Enzyms.

Unkompetitive Hemmung• Bindung des Hemmstoffes verhindert

die katalytische Umsetzung des Substrates zum Produkt.

Nicht kompetitive Hemmung

• Der Hemmstoff bindet sowohl an das freie Enzym als auch an den Enzym-Substrat-Komplex. Der Enzym-Substrat-Inhibitor-Komplex ist katalytisch inaktiv.

Einteilung nach Bindungsstelle des Inhibitors

• isosterische Hemmung

• allosterische Hemmung:

Isosterische Hemmung• Ein Hemmstoff ist dem Substrat sehr

ähnlich und bindet ebenfalls an das Aktive Zentrum und blockiert es dadurch.

• Meist kompetitive Hemmung• z.B. binden viele Medikamente an das

Aktive Zentrum und blockieren es dadurch

Allosterische Hemmung• Hier bindet der Hemmstoff an eine zweite

Bindungsstelle im Enzym, die vom aktiven Zentrum verschieden ist, ein allosterisches Zentrum. Änderung der Konformation des Enzyms mit herabgesetzter oder stillgelegter katalytischer Aktivität.

Kooperativität• Tritt bei Proteinen die aus mehreren Untereinheiten

bestehen auf, da sie sich gegenseitig beeinflussen, also kooperieren, spricht man von Kooperativität.

• Angenommen, wir haben ein Enzym mit 4 Untereinheiten und jede kann in 2 Konformationen vorliegen: in einer gespannten T-Form mit geringer Affinität zum Substrat und einer entspannten R-Form mit hoher Affinität.

• Bei geringer Substratkonzentration also auch geringer Substratbindung liegen alle vier Untereinheiten in der T-Form vor, die katalytische Aktivität ist gering. Wird jedoch bei steigender Substratkonzentration von einer Untereinheit ein Substrat gebunden, beeinflusst dies die andere Untereinheiten und führt dazu, dass sie vermehrt von der T- in die R-Form übergehen. Die weitere Substratbindung wird erleichtert. Man nennt dies Kooperativität.

kovalente Modifikation von Enzymen durch

Phosphorylierung• Wie durch einen molekularen Schalter kann das Enzym

beispielsweise nach einem hormonellen Signal durch Kinasen ein- oder ausgeschaltet werden.

• Einführung einer negativ geladenen Phosphatgruppe strukturelle Änderungen (aktive/inaktiv).

• Die Abspaltung der Phosphatgruppe durch Phosphatasen kehrt diesen Vorgang um

flexible Anpassung des Stoffwechsels an wechselnde physiologische Anforderungen

Regulation auf Ebene der Transkription/Translation

• Konstitutive Enzyme: werden stets und unabhängig von den Milieubedingungen gebildet.

• Steuerung der Enzymbildung:– während der Transkription (wieviel mRNA wird gemacht) oder – während der Translation (wird mRNA translatiert oder nicht)

Langsam> Enzyminduktion: regulierte Steigerung der Biosynthese eines

Enzyms

> Enzymrepression: regulierte Verminderung der Biosynthese

Generelle hohe Enzymbildung

• Fix• Transkription findet auf hohem

Level statt, wenn der Promoter der Konsensus-Sequenz sehr ähnelt.

• Bei der Translation muss hingegen die Shine-Dalgarno-Sequenz beträchtlich mit der 16S rRNA komplementär sein.

Enzym Repression • Wenn ein bestimmtes Produkt

vorhanden ist, werden keine Enzyme synthetisiert, die die Reaktion für dieses Produkt katalysieren. z.B. die Aminosäure Arginin

der Sinn: der Organismus verschwendet keine Energie um unnötige Proteine zu synthetisieren.

Enzym Induktion • Die Synthese von einem Enzym

erfolgt nur dann, wenn das entsprechende Substrat vorhanden ist.

• z.B. das Enzym β-Galaktosidase, welches nur synthetisiert wird, wenn Laktose im Medium vorhanden ist.

Literatur• Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG,

Mannheim; Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg, 2003

• Biology of Microorganisms; Brock; 10th International Edition, Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, 2003

• Allgemein Mikrobiologie, Hans G. Schlegel, 7. Auflage, Thieme Verlag, Stuttgart, 1992

• Biochemie des Menschen; Horn, Lindenmeier, Moc, Grillhösl, Berghold, Schneider, Münster; 2. Auflage; Thieme Verlag, Stuttgart, 2003)

• Lehrbuch der Biochemie, Donald Voet, Judith G. Voet, Charlotte W. Pratt; John Wiley & Sons, Inc., 2002

• http://de.wikipedia.org & http://en.wikipedia.org (18.01.2006, 16:30 Uhr)

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