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Gemischte/nicht-kompetitive Inhibition

Ein gemischter Inhibitor reagiert sowohl mit dem Enzym allein als auch mit dem Enzym-Substrat-Komplex. Die doppelt-reziproke Gleichung für gemischte Inhibition lautet wie folgt:

1/V0 = α’/Vmax + km•α/Vmax • 1/[S]

wobei α = 1+[I]/kI und α’ = 1+[I]/k’I ist

Bei gemischter Inhibition zeigen die Lineweaver-Burk-Diagramme sowohl unterschiedliche Steigungen als auch unterschiedliche y-Achsen bei unterschiedlichen Konzentrationen der Inhibitoren. Um die Parameter zu berechnen, müssen in diesem Fall zwei neue Diagramme erstellt werden: Erstens werden die Schnittpunkte gegen die Konzentrationen der Inhibitoren aufgetragen; auf diese Weise können K'I und Vmax ermittelt werden, wie unter nicht-kompetitiver Inhibition beschrieben. Als Zweites werden die Steigungen gegen die Konzentrationen der Inhibitoren aufgetragen; daraus ergibt sich KI. Die Steigung dieses Diagramms ist km / Vmax. Multipliziert man diese Steigung mit Vmax, erhält man Km.

Links siehst du ein Lineweaver-Burk-Diagramm mit 1 geteilt durch V auf der y-Achse und 1 geteilt durch die Konzentration des Substrats auf der x-Achse. Das Diagramm zeigt die gemischte Inhibition als drei verschiedene Linien in den Farben Grün, Blau und Rot. Diese Linien stellen verschiedene Diagramme mit unterschiedlichen Konzentrationen der Inhibitoren dar, und die Linien haben alle unterschiedliche Steigungen und unterschiedliche y-Achsenabschnitte. Die grüne Linie schneidet die y-Achse bei einem höheren Wert als die beiden anderen Linien. Die blaue Linie schneidet die y-Achse bei einem niedrigeren Wert als die grüne Linie, ihr Schnittpunkt mit der y-Achse ist jedoch höher als die rote Linie, die den niedrigsten y-Schnittpunkt hat. Auf der rechten Seite ist ein weiteres Diagramm zu sehen, in dem die y-Schnittpunkte der einzelnen linearen Regressionen gegen die Konzentration des Inhibitors aufgetragen sind. Das Diagramm zeigt, dass mit steigender Inhibitor-Konzentration auch der y-Schnittpunkt der linearen Regressionslinie steigt

Abbildung 1: a) Lineweaver-Burk-Diagramm, das die gemischte Inhibition zeigt. b) Zeigt die y-Achsen der einzelnen linearen Regressionen, aufgetragen gegen die Konzentration des Inhibitors.

Nichtkompetitive Inhibition

Im Sonderfall der gemischten Inhibition, bei der α = α', d.h. KI = K'I ist, wird die Art der Inhibition als nichtkompetitive Inhibition bezeichnet. In diesem speziellen Fall interagiert der Inhibitor genauso günstig mit dem Enzym-Substrat-Komplex wie mit dem Enzym allein. Wenn du die kinetischen Daten in ein Lineweaver-Burk-Diagramm einträgst, zeigt ein gewöhnlicher x-Achsenabschnitt, dass der Konkurrent nicht-kompetitiv ist [1,2].

Die doppelt-reziproke Gleichung für nicht-kompetitive Inhibition lautet also wie folgt:

1/V0 = α/Vmax + km•α/Vmax • 1/[S]

wobei α = 1+[I]/kI ist

Wenn kinetische Daten mit einem nicht-kompetitiven Inhibitor aufgezeichnet werden, bleibt der scheinbare Km derselbe wie der tatsächliche Km und kann aus einem Lineweaver-Burk-Diagramm berechnet werden, indem die Steigung durch den y-Achsenabschnitt dividiert wird [1]. Um Vmax und KI zu berechnen, müssen die y-Achsenabschnitte der verschiedenen Linien, die aus der linearen Regression der Lineweaver-Burk-Diagramme bei verschiedenen Inhibitor-Konzentrationen erhalten wurden, gegen die Inhibitor-Konzentration aufgetragen werden. Wenn du die lineare Regression einsetzt, können Vmax und KI aus diesem Diagramm auf die gleiche Weise berechnet werden wie im Fall der nicht-kompetitiven Inhibition: Vmax wird berechnet, indem der Kehrwert des y-Achsenabschnitts dieser Linie genommen wird, und KI wird berechnet, indem der y-Achsenabschnitt durch die Steigung dividiert wird.

Schritte zur Berechnung der kinetischen Parameter bei Verwendung eines nicht-kompetitiven Inhibitors

  • Erstelle Lineweaver-Burk-Diagramme der kinetischen Daten und setze die Daten mithilfe der linearen Regression ein (1 Anpassung pro Inhibitor-Konzentration).
  • Berechne Km, indem du die Steigung einer dieser Linien durch den entsprechenden y-Abschnitt teilst (Km sollte nicht von der verwendeten Linie abhängen).
  • Trage die y-Achsenabschnitte jeder dieser Anpassungen als Funktion der Inhibitor-Konzentration in ein Diagramm ein.
  • Um Vmax zu berechnen, nimmst du den Kehrwert des y-Achsenabschnitts dieses Diagramms.
  • Um KI zu berechnen, teile den y-Achsenabschnitt dieses Diagramms durch die Steigung.

Quellen

  1. Lehninger, Albert L.; Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2008). Principles of Biochemistry (5th ed.). New York, NY: W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-7108-1.

  2. Atkins, Peter W.; de Paula, Julio; Friedman, Ronald (2009). Quanta, Matter, and Change: A molecular approach to physical chemistry. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-920606-3.

Nicht-kompetitive Inhibition

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