Tema 7 Inhibidores Enzimáticos Flashcards
Que son los inhibidores enzimáticos
Los inhibidores enzimáticos son los encargados de modular (regular) la actividad enzimática, es por ello por lo que muchos son usados contra microorganismos para defendernos contra infecciones.
Puede servir para tratar enfermedades y patologías mediante la creación de fármacos. La inhibición enzimática es importante debido a que modifica el flujo metabólico, y sirve como fármacos o insecticidas.
Existen varios tipos de inhibición en función del tipo de unión entre el enzima y el inhibidor encontramos inhibición: irreversible (el inhibidor se une al centro activo de la enzima formando un enlace covalente y la destruye) y reversible (competitiva, no competitiva y mixta, acompetitiva)
Inhibición irreversible
Los inhibidores irreversibles se unen al centro activo del enzima formando un enlace covalente, de manera que no se pueden separar una vez se ha formado el enlace, además debe existir complementariedad espacial entre el inhibidor y el enzima.
Para que se forme el enlace covalente, el inhibidor debe tener potencial para crear un enlace covalente que no se pueda romper, y que, de esa forma, la enzima quede inactivada. En este caso, con la serina. Este enlace covalente es fuerte y le va a impedir a la serina llevar a cabo su función.
Este tipo de inhibidores se unas para saber cuáles son los aminoácidos catalíticamente activos, es decir, los aminoácidos responsables de llevar a cabo la función del enzima.
Otro tipo de inhibidores irreversibles es el caso de los sustratos suicidas, donde los inhibidores tienen complementariedad espacial con el estado de transición del enzima, de manera que se une al centro activo del enzima, y cuando esta va a realizar su función, el inhibidor actúa y bloquea el enzima.
Los sustratos suicidas nos permiten ver como la enzima es complementaria al estado de transición. Son menos tóxicos que otros medicamentos porque se unen al centro activo y sólo reaccionan cuando el sustrato está en el estado de transición, bloqueando al enzima.
Un ejemplo de este tipo de inhibidores es la penicilina, que se une a la transpeptidasa inhibiendo la síntesis de peptidoglicano, lo que provoca que las bacterias crezcan con una pared poco resistente y mueran. La penicilina genera una unión covalente con el centro activo de la transpeptidasa. Las bacterias crecen con peptidoglicano débil y se mueren por cambios en la presión osmótica
Sin embargo, se han generado bacterias resistentes a la penicilina que expresan β lactamasas, que inactivan a las penicilinas ya que rompen el anillo de la penicilina.
Para este tipo de bacterias se utiliza el ácido clavulánico, que es un sustrato suicida que se encarga de romper las β lactamasas formando una unión covalente con la serina del centro activo de éstas inactivándolas.
Ante este problema se crea un inhibidor suicida, el ácido clavulánico, que inactiva a las β-lactamasas uniéndose a su centro activo. Están surgiendo bacterias también resistentes a este compuesto.
Inhibidores reversibles
Los inhibidores reversibles no se unen al enzima mediante enlaces covalentes, lo que provoca que se puedan separar del enzima. Estos inhibidores se parecen estructuralmente al sustrato, por lo que pueden unirse al centro activo de la enzima.
Sustrato e inhibidor compiten por el centro activo. Con las representaciones de inversas se haya el tipo de inhibidor. En los inhibidores competitivos las rectas se unen en un punto común 1/Vmáx. Independientemente del inhibidor, Vmáx no varía. Km sí varía y ahora se llama Km aparente (punto de corte de la recta del inhibidor con el eje X). Es modificada por un factor alfa. Existen tres tipos distintos de inhibición reversible:
Competitiva
Acompetitiva y mixta
No competitiva
Inhibición competitiva
En la inhibición competitiva, el sustrato y el inhibidor compiten por unirse al centro activo del enzima, debido a que tienen el mismo sitio de unión. Su influencia puede ser abolida aumentando la concentración de sustrato.
Mediante la representación de inversos, puede verse como todas las líneas convergen en un punto en el eje de las Y, que coincide con el inverso de la velocidad máxima del enzima, es decir, la vmáx del enzima no varía.
Sin embargo, la velocidad es menor a una concentración de sustrato dada, por ello, en la representación de inversos, la kM aumenta. A la kM del inhibidor se le denomina kM aparente, y vienen multiplicada por un factor α.
- Si hay un punto de corte común en el eje y, la inhibición es competitiva (ese punto es el inverso de Vmáx).
- Añadiendo mucha concentración de sustrato, se elimina la influencia de los inhibidores competitivos.
Inhibición acompetitiva
En la inhibición acompetitiva, el sustrato y el enzima tienen centros de unión distintos, por lo que se forma un compuesto ternario formado por el enzima, el sustrato y el inhibidor, el cual es capaz de disminuir la capacidad catalítica del enzima. Este tipo de inhibición es común en enzimas que se unen a más de un sustrato.
Mediante la representación de inversos pueden verse líneas paralelas, donde varían tanto la vmáx aparente, como el kM aparente, ambas por un factor α’.
Se une al complejo ES y se forma un complejo ternario ESI. Se disminuye la actividad catalítica de la enzima.
La representación gráfica da rectas paralelas. Km aparente y Vmáx aparente varían en función de alfa’. Ki’ es la constante de disociación del complejo ESI.
Puesto que un inhibidor a-competitivo sólo se une al complejo ES, añadiendo más sustrato se incrementa la velocidad, pero nunca a los valores en ausencia de inhibidor. Este tipo de inhibición es frecuente cuando la enzima se une a más de un sustrato.
○ Sacamos los puntos de corte con los ejes de la recta sin inhibidor para sacar Vmáx y Km y luego cogemos otra de las rectas para calcular α’.
○ Punto de corte eje X = − α′/Km
Inhibición no competitiva
En la inhibición no competitiva, la velocidad de la reacción es menor a las concentraciones de sustrato, y la velocidad máxima nunca se llega a alcanzar. La pendiente de la recta se incrementa, pero el kM permanece constante, por lo que la vmáx aumenta.
En la representación de inversos puede verse que las líneas convergen en un punto en el eje de las X, que coincide
con la kM.
Las rectas tienen el mismo origen en el punto – 1/Km, variando el inverso de la velocidad. En este caso α = α’ (mismas fórmulas que para los mixtos, pero teniendo en cuenta esta igualdad).
Este inhibidor modifica la velocidad máxima. No afecta a la afinidad del sustrato (1/Km es igual) pero Vmáx no es igual. En presencia de un inhibidor no competitivo, la velocidad de la reacción es menor a todas las concentraciones de inhibidor.
No se llega a alcanzar la Vmax. La pendiente de la recta 1/v frente a 1/S se incrementa, pero Km permanece constante.
Inhibición mixta
En la inhibición mixta, el inhibidor puede unirse o bien al enzima o bien al complejo enzima sustrato.
En la representación de inversos puede verse que las rectas convergen en un punto que no está en ninguno de los ejes. En este tipo de inhibición hay un facto α, y otro α’.
Se dan todas las posibilidades. Las rectas se cortan en el segundo cuadrante, no sobre un eje. Encontramos un factor α y un factor α’.
Regulación enzimatica
En cualquier ruta metabólica, un sustrato se transforma en productos que sirven posteriormente como sustrato deotras reacciones. Todas estas reacciones se encuentran catalizadas por enzimas, que hacen que el metabolismo sea un proceso integrado y altamente regulado.
Las enzimas reguladoras suelen aparecer al principio de la vía, aunque existen rutas en las que las enzimas reguladoras se encuentran al final.
La regulación de las vías metabólicas se ejerce al menos por un enzima regulador cuya actividad puede modificar la cantidad de enzima, o la actividad del enzima. La vía se regula por:
La cantidad de enzima: se puede modificar interviniendo en el proceso de transcripción, de forma que se transcriba más un gen, y por ello se produzcan más proteínas, modificando la estabilidad del ARNm, modificando la traducción del ARNm… Sobre la proteína, se modifica la estabilidad de la proteína.
También se puede regular por la actividad de enzima: disponibilidad de sustrato, por producto (el producto de la reacción se parece al sustrato y puede bloquear la acción de la enzima), enzimas alostéricos, modificaciones covalentes (reversibles como fosforilación o irreversibles como zimógenos), unión a proteínas e isoenzimas (proteínas que tienen la misma función que la enzima, pero con distintas características cinéticas).
La actividad del enzima puede ser controlada por diferentes mecanismos, donde la gran mayoría de ellos provocan cambios en el centro activo del enzima:
- Disponibilidad de sustrato: La cantidad de sustrato participa en definir el flujo de la vía metabólica, de manera que cuanto más sustrato hay, más producto se produce.
- Por producto: Si se acumula mucho producto, éste por sí mismo puede inhibir al enzima que cataliza su síntesis, ya que si se parece al sustrato puede unirse al centro activo del enzima y bloquear su acción.
Regulación alosterica
El modulador alostérico se unirá al centro activo de la subunidad reguladora que sufrirá un cambio conformacional que llega hasta la subunidad catalítica. Este cambio conformacional permite la unión al sustrato (la enzima alcanza un estado más activo al unirse al modulador). Los enzimas alostéricos pueden regular tanto positivamente como negativamente.
Regulación alosterica positiva
En enzimas con al menos dos subunidades, cuando una parte del enzima se liga a su sustrato, induce un cambio conformacional en la otra parte, lo que provoca que ésta tenga afinidad por su sustrato, y se una a él produciendo un producto.
Inhibición alostérica por producto: el producto inhibe al primer paso de la vía metabólica (feedback). Por ejemplo, en la síntesis de isoleucina a partir de treonina, la acumulación de isoleucina bloquea el primer paso del proceso.
Retroinhibicion
Regulación alosterica negativa
En la retroinhibición, unos de los productos de la ruta metabólica es el responsable de inhibir la vía. De esta manera se consigue integrar el metabolismo, es decir, se consigue que no se forme producto en exceso.
En el caso de la enzima aspartato transcarbamilasa, que se encarga de la síntesis de nucleótidos pirimidínicos, puede hablarse de regulación alostérica, ya que es un enzima formado por 6 subunidades reguladoras, y otras 6 subunidades catalíticas, es decir, que tienen estructura cuaternaria.
Aspartato transcarbamilasa (ATC): primer paso de la síntesis de nucleótidos pirimidínicos. Tiene un estado relajado y otro activado. Sus sustratos son el carbamilfosfato y el aspartato (reguladores homotrópicos). Como reguladores heterotrópicos tiene: el ATP (positivo); el CTP, que es un producto de esta vía de síntesis y es un
regulador heterotrópico negativo.
Este enzima presenta dos estados: un estado tenso, en el que no tiene afinidad por su sustrato, y un estadorelajado de alta afinidad.
El carbamilP y el aspartato son los sustratos de este enzima, que además actúan como reguladores homotrópicos positivos, de forma que aumenta la afinidad del enzima por los sustratos.
El ATP y el CTP son dos reguladores heterotrópicos. El ATP actúa como regulador heterotrópico positivo aumentando la afinidad del enzima por los sustratos, mientras que el CTP es uno de los productos de la vía de
síntesis del aspartato transcarbamilasa, y, además, es un regulador heterotrópico negativo, que disminuye mucho la afinidad del enzima por el sustrato.
Regulación homotropica y heterotropica
Efecto homotrópico POSITIVO del S en la actividad del enzima. Al representarlo se obtiene una sigmoide que indica que con poca cantidad y aumenta rápidamente la velocidad. Por ejemplo: carbamilfosfato y aspartarto.
Efecto heterotrópico de ACTIVACIÓN (+) como el ATP o de INHIBICIÓN (-) como el CTP sobre la afinidad del enzima: Sistemas K (modifican la afinidad) y hay sistemas V (modifican la velocidad).
Estos son ejemplos de sistemas K, debido a que modifican la afinidad del enzima por el sustrato, pero también existen los sistemas V, que modifican la velocidad de la reacción catalizada por ese enzima.
Modelos de alosterismo
El alosterísmo puede ser explicado mediante dos modelos:
○ Modelo concentrado (Monod, Wyman y Changeux): cuando se une el sustrato a una de las subunidades del enzima, todas cambian a un estado de alta afinidad.
○ Modelo secuencial (Koshland): cuando el sustrato se une a una de las subunidades del enzima, éstas van cambiando a un estado de alta afinidad una a una.
Modificación covalente
Hay más de 500. Se tratan de fosforilaciones (quinasas), ubiquitinaciones, acetilaciones, etc. Originan un cambio conformacional y por lo tanto cambios de afinidad en el centro activo de la enzima. También se puede desfosfatar (fosfatasas). La modificación covalente puede ser reversible o irreversible.
Modificación covalente reversible
Las modificaciones covalentes reversibles más importantes son:
Fosforilación: es la modificación más común. Es llevada a cabo por quinasas. Se consigue meter mucha carga negativa en la molécula, lo que provoca cambios estructurales, y cambios conformacionales. Su
acción es revertida por las fosfatasas, que defosforilan para que el sistema sea regulable.
Adenilación.
Acetilación.
Miristolación: se añade un ácido graso a un enzima que le permite unirse a la membrana.
Ubiquitinación: sirve para marcar proteínas que deben ser destruidas en el proteasoma.
ADPribosilación: es importante en la fijación de nitrógeno.
Metilación.
Es el caso de la glucogenofosforilasa del músculo, que se encarga de degradar glucógeno, cuando se encuentradefosforilada, tienen baja afinidad por el sustrato, sin embargo, cuando una quinasa la fosforila en residuos de serina, el enzima abre el centro activo aumentando su afinidad por el glucógeno, del cual corta glucosa 1P, que luego se transforman en glucosa 6P, que entre a la vía glucolítica.
Este proceso tiene lugar hasta que el enzima es desactivado por la acción de fosfatasas, que defosforilan el enzima y causan que vuelva a su estado de baja afinidad.
Ejemplo: la glucógeno fosforilasa del músculo degrada el glucógeno a varias glucosas que entran en glucólisis.
Es una enzima con baja afinidad. Esta enzima es fosforilada por la fosforilasa-quinasa que fosforila las serinas y abre el centro activo para que pueda entrar el glucógeno. La fosforilasa fosfatasa hidroliza los fosfatos y revierte el efecto.
