Warum haben Enzyme Bindungsstellen (allosterisches Zentrum) für Hemmungen?
Hallo liebe gutefrage-community,
Im Biologieunterricht haben wir mit dem Thema Enzymhemmungen angefangen. Natürlich haben wir uns also auch angeguckt, wie es zu solchen Hemmungen kommt.
Dabei haben sich für mich einige Fragen gestellt;
Warum haben Enzyme eine Bindungsstelle für Hemmungen, wenn sie die Aktivierung des Enzyms blockieren? Was ist der Sinn dahinter, dass solche Bindungsstellen für Hemmungen existieren? Wenn es also z.B. kein allosterisches Zentrum gäbe, käme es nicht zu solchen Hemmungen, oder? Auch käme es zu keinen Vergiftungen durch Schwermetalle wie z.B. Blei, da das Enzym dann keine Bindungsstelle besäße. Hemmungen sind auch in manchen Fällen erwünscht, wie wir im Unterricht lernten (Schmerzmittel- z.B. Aspirin). Aber existieren diese Hemmungen wirklich nur um gewünschte Hemmungen zur Schmerzlinderung zu hervorrufen?
Genauso habe ich meiner Fachlehrerin diese Frage gestellt, doch sie konnte mir keine explizite Antwort auf meine Frage liefern.
Danke im Voraus
MFG
Sümeyye
4 Antworten
Die Regulation der Enzymaktivität ist eine wichtige Sache. Es gibt verschiedene Mechanismen, die dafür sorgen, dass Enzyme wirklich nur dann arbeiten, wenn es notwendig ist.
Die erste Ebene betrifft schon die Synthese der Enzyme, vielleicht kennst du das Operon-Modell bei Bakterien oder anderee Mechanismen zur Genregulation.
Es ist nicht sinnvoll, dass ständig alle Enzyme hergestellt werden, sondern nur dann, wenn es dafür auch einen Bedarf gibt.
Es ist auch nicht sinnvoll, dass Enzyme, die schon synthetisiert wurden ständig arbeiten. Zur Erinnerung: Enzyme werden bei der Reaktion nicht verbraucht.
Bei der allosterischen Hemmung wird das aktive Zentrum durch den Hemmstoff leicht verändert, so dass Substrate gar nicht oder nicht mehr so gut umgesetzt werden können.
Z.B: Die Phosphofructokinase arbeitet am Beginn der Glykolyse, dem ersten Schritt der Zellatmung. Durch ATP wird dieses Enzym allosterisch gehemmt. Dadurch wird sichergestellt, dass die ganze Stoffwechselkette nur abläuft, wenn auch ATP benötigt wird. Sobald ATP im Mangel ist, bzw. sich ADP anhäuft, wird die Hemmung aufgehoben. Es geht hier also um eine Feinanpassung der Geschwindigkeit von Stoffwechselreaktionen.
Aber existieren diese Hemmungen wirklich nur um gewünschte Hemmungen zur Schmerzlinderung zu hervorrufen?
Etliche pharmakologische Substanzen haben eine Wirkung auf den Stoffwechsel oder das Nervensystem. Warum z.B. bestimmte Pflanzen solche Wirkungen erzielen können ist fast schon eine philosophische Frage.
Es gibt z.B. Endorphinrezeptoren, Endorphine können das Schmerzempfinden nach schweren Verletzungen kurzzeitg völlig ausschalten, sie werden vom Körper selber hergestellt. An diese Rezeptoren, auch Opiatrezeptoren, können auch Drogen, wie Morphin andocken. Die Frage, warum diese Pflanzeninhaltsstoffe passgenau an die körpereigenen Rezeptoren passen, kann ich dir auch nicht beantworten
Mit diesen Zentren kann beispielsweise die Enzymaktivität reguliert werden, denn nicht immer ist es sinnvoll, dass ein Enzym arbeitet :) Das spielt zum Beispiel in der Glycolyse eine wichtige Rolle, nämlich dann wenn das allosterische Zentrum auf ein anderes Substrat reagiert, dass später synthetisiert/gespalten wird.
Bei den Enzymen ist es ja so, dass sie in Organismen chemische Reaktionen katalysieren. Nur müssen in diesen immer gewisse Gleichgewichte gewahrt bleiben, damit sie funktionieren können. Und da haben die Inhibitoren eben einen regulatorischen Einfluss. Enzym A macht Produkt B und Produkt B wird ezymatisch zu C. Wenn dann die Konzentration von C zu stark zunimmt, wirkt C als Inhibitor für Enzym A. So ähnlich laufen die Mechanismen, um die Gleichgewichte aufrecht zu erhalten.
"Was ist der Sinn dahinter, dass solche Bindungsstellen für Hemmungen existieren?"
Du musst versuchen, dir vorzustellen, wie unglaublich komplex so ein Stoffwechsel ist und dass er sich im Laufe des Tages ständig an neue Gegebenheiten anpassen muss.
Enzyme beschleunigen (katalysieren) ja Stoffwechselreaktionen. Nicht zu jeder Stoffwechsellage ist dies aber sinnvoll. Eine bestimmte Stoffwechselreaktion soll in dem Moment also nicht beschleunigt werden.
Dann hat "die Natur" es so eingerichtet, dass eine Hemmung der Enzymaktivität auf unterschiedliche Weise möglich ist.
"Wenn es also z.B. kein allosterisches Zentrum gäbe, käme es nicht zu solchen Hemmungen, oder?"
Es gibt auch eine kompetitive Hemmung, dabei ist ein allosterisches Zentrum nicht notwendig. Hierbei bindet der Hemmstoff im aktiven Zentrum.