Enzym - Inhibitoren
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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 Substrat Kompetitiver Inhibitor Enzym Enzym Substrat Nichtkompetitiver Inhibitor Enzym Irreversibler Irreversible Inhibitor Enzym Enzym - Kinetik Lineweaver - Burk Diagramm Michaelis – Menten Gleichung V0 = Vmax 1/v0 [S] [ S ] + KM 1 1 + = V0 Vmax KM . Vmax 1 [S] Kompetitive Enzym-Inhibitoren Kompetitive Inhibitoren Dihydrofolat Reduktase und Chemotherapie - blockiert ThyminBiosynthese - Bindet 1000x fester an die Dihydrofolat Red. Nichtkompetitive Enzym-Inhibitoren Irreversible Inhibitoren • Gruppen-spezifische Reagenzien • Substrat-Analoga • Suizid-Inhibitoren (Mechanismus-basierte Inhibitoren) Gruppen-spezifische Reagenzien: z.B. Diisopropylfluorphosphofat (DIFP) z.B.: SerinProtease Inaktiviertes Enzym Gruppen-spezifische Reagenzien: z.B. Iodacetamid Enzym Iodacteamid Inaktiviertes Enzym Substrat-analoge Inhibitoren Substrat für Chymotrypsin Spezifitäts-Gruppe Reaktive Gruppe Tosyl-L-phenylalanin-chlormethylketon (TPCK) Substrat-analoge Inhibitoren Triosephosphat Isomerase (TIM) Bromacetolphosphat ähnelt dem Substrat Dihydroxyacteonphosphat Inaktives Enzym Suizid Inhibitoren: Monoamin Oxidase Flavin (prosthetische Gruppe) Alkylierung Modifiziertes Flavin → inaktives Enzym Penicillin Reaktive PeptidBindung im β-Lactamring Wirkung von Penicillin Peptidoglykan: Gelb = Zucker Rot = Tetrapeptide Blau = Pentaglycin-Brücke Bildung der Querverbindungen im Peptidoglykan Mechanismus der GlykopeptidTranspeptidase 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) Carbamoylphosphat Aspartat N-Carbamoylaspartat Cytidintriphosphat (CTP) Feedback- (Rückkopplungs-) Hemmung CTP hemmt die ATCase = Endprodukt-Hemmung Physiologisch sinnvoll: es wird nur soviel CTP synthetisiert, wie in der Zelle benötigt CTP bindet nicht im aktiven Zentrum, sondern an einer anderen (allos) Stelle (= allosterische oder regulatorische Zentren) CTP = allosterischer Inhibitor ATCase Quartärstruktur: 2 katalyt.Trimere (6 c-Ketten) 3 regulat. Dimere (6 r-Ketten) (c6r6) Bisubstratanalogon PALA (= starker kompetitiver Inhibitor) Substrat ReaktionsIntermediat N-(Phosphonacetyl)-L-aspartat (PALA) Aminosäuren von benachbarten Untereinheiten bilden gemeinsam die katalytischn Zentren der ATCase Änderung der Quartärstruktur T Zustand (Tense state) R Zustand (Relaxed state) Endprodukt CTP bindet an die regulatorischen Untereinheiten im T – Zustand und stabilisiert den T - Zustand Kontrolle der ATCase Aktivität (konzertierter Mechanismus) Allosterisch regulierte Enzyme weichen von der MichaelisMenten Kinetik ab Sigmoide Kurve ATCase Aktivität in Anwesenheit allosterischer Effektoren Allosterische Effekte mit sequentiellen Mechanismus Homo-tetrameres Protein Untereinheit im T-Zustand Untereinheit im R-Zustand Regulation durch variable Isoenzym-Komplexe Beispiel: Lactat Dehydrogenase LDH Isoenzym Zusammensetzung in verschiedenen Geweben (M=Skelettmuskulatur, H=Herzmuskulatur) H4 H3M H2M2 HM3 M4 H4 M4 Änderung der LDH Zusammensetzung im Herz während der Entwicklung Regulation der Proteinaktivität durch kovalente Modifiaktion Regulation von Enzymaktivität durch Phosphorylierung Proteinkinase OH-Gruppe eines Serin-, Threonin- oder Tyrosinrest Phosphoryliertes Protein Glycogen - Phosphorylase Aktivierung durch proteolytische Spaltung eines Proenzyms (Zymogen) Nach der Spaltung durch Trypsin kommt es zu einer Konformationsänderung, die zur vollständigen Ausbildung des aktiven Zentrums führt Blutgerinnungs-Kaskade (intravaskuläres System) (extravaskuläres System) Struktur des Fibrinogen Bildung eines Fibrin - Netzwerks
