Nichtkompetitive Hemmung

Bei der nichtkompetitiven Hemmung kann der Inhibitor sowohl an das freie Enzym (E) als auch an den Enzym-Substrat-Komplex [E-S] binden. Es können somit folgende Komplexe entstehen:

• Enzym-Substrat-Komplex [E-S]
• Enzym-Inhibitor-Komplex [E-I]
• Enzym-Substrat-Inhibitor-Komplex [E-S-I]

Das Produkt kann jedoch nur ausgehend vom Enzym-Substrat-Komplex gebildet werden.

Bei der reinen nichtkompetitiven Hemmung ist die Maximalgeschwindigkeit (V_max) der Enzymreaktion herabgesetzt, während die Michaelis-Menten-Konstante (K_m) unverändert bleibt. Dies beruht darauf, dass aus dem Enzym-Inhibitor-Komplex kein Produkt gebildet werden kann. Der Inhibitor verringert somit die Konzentration des katalytisch aktiven Enzyms, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit bei gegebener Substratkonzentration sinkt. Eine Erhöhung der Substratkonzentration kann die Hemmung nicht aufheben, da funktionsfähige Enzyme durch den Inhibitor blockiert sind.

Links: Schema zur Wirkung eines nichtkompetitiven Inhibitors. Der Inhibitor (I) kann an das Enzym (E) binden, wodurch sich ein Enzym-Inhibitor-Komplex ([E-I]) bildet. Analog kann ein Substrat (S) an das Enzym binden, wobei ein Enzym-Substrat-Komplex ([E-S]) entsteht. Daneben kann sich – entweder ausgehend vom [E-S] oder [E-I] – ein Komplex aus Enzym, Substrat und Inhibitor ([E-S-I]) bilden, der wiederum zum [E-I] oder [E-S] zerfallen kann. Ausgehend vom [E-S] wird das Produkt (P) gebildet. An den Reaktionspfeilen sind die jeweiligen Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten aufgetragen. Rechts: Michaelis-Menten-Kurve Diagramm eines Enzyms ohne Inhibitor (blau) und in Gegenwart eines nichtkompetitiven Inhibitors (orange). In Gegenwart des Inhibitors ist die Maximalgeschwindigkeit verringert, während der Km-Wert identisch bleibt.

Mathematisch lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit eines Enzyms in Gegenwart eines nichtkompetitiven Inhibitors mit der Michaelis-Menten-Gleichung beschreiben. Dabei wird lediglich V_max durch die geänderte ("apparente") Maximalgeschwindigkeit V_maxapp ersetzt, wobei K_i die Inhibitorkonstante ist:

$${\displaystyle v_{max}app={\frac {v_{max}}{1+{\frac {[I]}{K_{I}}}}}}$$

Die nichtkompetitive Hemmung ist ein Sonderfall der gemischten Hemmung.

• Bei der nichtkompetitiven Hemmung bindet der Inhibitor mit gleicher Affinität an das Enzym und den Enzym-Substrat-Komplex
• Bei der gemischten Hemmung unterscheidet sich diese Affinität → K_m kann sich verändern und es wird entweder mehr Enzym-Inhibitor-Komplex oder mehr Enzym-Substrat-Inhibitor-Komplex gebildet

Die allosterische Hemmung ist ein Spezialfall der nichtkompetitiven Hemmung. Hier führt die Bindung des Inhibitors an eine regulatorische Stelle des Enzyms zu einer Konformationsänderung. Das Substrat kann somit nur erschwert oder gar nicht an das aktive Zentrum binden.

• Schwermetalle: z.B. Quecksilber, Silber, Blei, Cadmium, Zinn binden i.d.R. an negative Stellen der Aminosäureketten von Proteinen
• Cyanid hemmt die Cytochrom-c-Oxidase nichtkompetitiv
• Fluorid bindet u.a. die Enolase

• Berg et al., Stryer Biochemie, 7. Auflage, Springer, 2013