Enzymkinetik

Ein Modell reversibler Hemmung wählen, Vmax und Km eingeben und berechnen. Bei einem gehemmten Modell zusätzlich die freie Hemmstoffkonzentration I und die Hemmkonstante Ki festlegen. Die S-Grenze steht unter Diagrammbereich. Die Substratprobe verschieben oder eine genaue freie Substratkonzentration S eingeben; dadurch ändern sich die angezeigten Raten, die Kurven bleiben bestehen. Ergebnis leeren behält die Eingaben. Überschreitet S eine verkleinerte Diagrammgrenze, bleibt die Eingabe bis zur Korrektur ungültig.

Hier werden gewählte Modelle verglichen, keine experimentellen Hemmmechanismen identifiziert. Dargestellt sind Anfangsraten mit einem Substrat unter festen Bedingungen, bei praktisch unverarmten freien Konzentrationen S und I sowie vernachlässigbarer Rückreaktion durch Produkte. Zeitlicher Umsatz, Kooperativität, partielle oder irreversible Hemmung und die Anpassung an Messdaten sind nicht enthalten. Vmax steht in µM/s; S, I, Km und Ki stehen in µM.

Die Rate lautet v = Vmax·S/(α·Km + α′·S). Ohne Hemmung gilt α = α′ = 1. Kompetitive Hemmung hat α = 1 + I/Ki und α′ = 1: Die Bindung von S und I schließt sich gegenseitig aus, was nicht zwingend dieselbe Bindungsstelle bedeutet. Unkompetitive Hemmung bezieht sich auf den Enzym-Substrat-Komplex und hat α = 1, α′ = 1 + I/Ki. Bei rein nichtkompetitiver Hemmung gilt α = α′ = 1 + I/Ki; der Hemmstoff hat dabei gleiche Affinität zum freien Enzym und zum Enzym-Substrat-Komplex.

Die apparenten Parameter sind Vmax,app = Vmax/α′ und Km,app = α·Km/α′. Kompetitive Hemmung lässt Vmax gleich und erhöht Km. Rein nichtkompetitive Hemmung senkt Vmax und lässt Km gleich. Unkompetitive Hemmung senkt beide um denselben Faktor. Km ist die Substratkonzentration bei der Hälfte der jeweiligen asymptotischen Grenzrate, keine allgemeine Affinitäts- oder Bindungskonstante.

Die gestrichelte graue Kurve zeigt den ungehemmten Vergleich, die blaue Kurve das gewählte Modell. Rauten markieren (Km, Vmax/2), sofern die Punkte im Diagrammbereich liegen. Eine kurze gepunktete Linie markiert das asymptotische Vmax des Modells; die Kurve muss es am rechten Rand nicht erreichen. Ein offener grauer Kreis und ein blauer Punkt zeigen die Raten beim gewählten S. Der Hemmanteil ist 100·(v ohne − v Modell)/(v ohne). Bei S = 0 sind beide Raten null, daher ist dieser Prozentwert undefiniert.

Beispiel: Vmax = 100 µM/s, Km = 25 µM, I = Ki = 50 µM und S = 100 µM ergeben ohne Hemmung 80 µM/s, kompetitiv etwa 66,6667, rein nichtkompetitiv 40 und unkompetitiv 44,4444 µM/s. Im letzten Fall gelten Vmax,app = 50 µM/s und Km,app = 12,5 µM; bei S = 12,5 µM beträgt v daher 25 µM/s.

Die Eingabegrenzen dienen der Darstellung: Vmax, Km, Ki und die S-Grenze reichen in ihren Einheiten von 0,001 bis 10000; I reicht von 0 bis 10000 µM und die Probe von 0 bis zur S-Grenze. Das sind keine universellen experimentellen Gültigkeitsbereiche. Alle Berechnungen erfolgen lokal im Browser.

Quellen: IUBMB, Symbolism and Terminology in Enzyme Kinetics (1981); Assay Guidance Manual, Mechanism of Action Assays for Enzymes.