Es gibt mehrere Möglichkeiten die Enzymaktivität in Zellen zu regulieren. Die meisten Stoffwechselvorgänge werden durch Enzyme reguliert wobei man zwei Formen unterscheiden kann:
- In der Zelle vorhandene Enzyme werden gehemmt oder aktiviert.
- Enzyme werden bei Bedarf produziert, indem das entsprechende Gen aktiviert wird.
Möglichkeiten der Hemmung und Aktivierung von Enzymen, die bereits in der Zelle vorhanden sind, werden auf dieser und der folgenden Seite besprochen:
- Hemmung durch Substratüberschuß
- Nichtkompetitive Hemmung
- Kompetitive Hemmung – Verdrängungshemmung
- Allosterische Hemmung
Ein Beispiel für die genetische Bereitstellung von Enzymen ist das Operon-Modell zur Genregulation bei Bakterien von JACOB und MONOD.
Hemmung durch Substratüberschuß
- Aufgrund hoher Substratkonzentrationen behindern sich die Substrate gegenseitig.
- Die Enzymreaktion wird verlangsamt oder kommt ganz zum Erliegen.
Der Einfluss der Substratkonzentration auf den zeitlichen Verlauf einer enzymatischer Reaktion (Enzymkinetik) wurde von LEONOR MICHAELIS und MAUD MENTEN entdeckt und mit der Michaelis – Menten – Gleichung beschrieben.
Nichtkompetitive Hemmung
- Bei der nichtkompetitiven Hemmung wirkt ein Zellgift (Inhibitor = Hemmstoff) auf das Enzym ein, indem es seine räumliche Struktur so verändert, daß die Enzymwirkung stark eingeschränkt bis vollständig unterdrückt wird (Allosterischer Effekt).
- Die Inhibitoren sind meist Schwermetalle (Blei, Quecksilber u.a.), die an unterschiedlichen Stellen des Enzyms binden können und damit die räumliche Struktur verändern (Allosterischer Effekt).
- Die Bindung ist in der Regel irreversibel (nicht umkehrbar), was den Verlust der Enzymfunktion zur Folge hat. Damit eignet sich diese Hemmung nicht für die Regulation der Enzymaktivität.
Kompetitive Hemmung – Verdrängungshemmung
- Ein dem Substrat ähnliches Molekül (Inhibitor) blockiert das aktive Zentrum. Substrat und Inhibitor konkurrieren um das aktive Zentrum (competition: engl. Konkurrenz).
- Die Hemmung ist konzentrationsabhängig: So kann man durch eine Erhöhung der Substratkonzentration die Enzymhemmung wieder aufheben.
- Der Hemmvorgang ist also umkehrbar (reversibel). Das Enzym wird durch den Inhibitor nicht beschädigt oder verändert.
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