Sem5_Inhibición_enzim

7/28/2019 Sem5_Inhibicin_enzim

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Inhibicin enzimtica

0Analizar los diferentes tipos de inhibicin presentados, irreversibles yreversibles.

0Diferencia entre inhibidores competitivos y no competitivos. ejemplos0Utilizar los grficos de Michaelis-Menten y Lineaweaver-Burk para estudiar el

efecto de los diferentes inhibidores sobre los parmetros cinticos.

0Representar los grficos de Michaelis-Menten y Lineweaver-Burk en unasituacin problema.

0Describir los diferentes mecanismos de regulacin enzimtica.0Comparar y diferenciar entre una enzima michaeliana y una enzima alostrica.0Conocer de qu manera las determinaciones de actividades enzimticas en

sangre pueden ser utilizadas para el diagnstico de enfermedades.

0Definir mapa enzimatico, identificar difrentes mapas enzimticos caracteristicosde diferentes patologias.0Definir el termino Isoenzimas, ejemplos.0Resolver la ejercitacin y los casos clnicos.

Bibliografa.Bioqumica de Harper. Editorial el Manuel Moderno (Mxico)

Principios de Bioqumica. Lenhinger. Editorial Omega (Barcelona)

Bioqumica. Lutber Stryer. Editorial Revert (Barcelona)

La actividad de una enzima puede ser disminuida o eliminada completamente por la

accin de ciertas sustancias a las cuales se las conoce con el nombre genrico de

inhibidoresenzimticos. Debemos aclarar que no deben ser incluidos en este grupode sustancias, aquellos agentes que producen simplemente una destruccin irreversible

de la enzima, como podran ser todos aquellos que conducen a su desnaturalizacin,

como por ejemplo los cidos fuertes.

La inhibicin enzimtica es de gran importancia fisiolgica, ya que a veces la inhibicin

de una sola enzima que forma parte de una cadena de reacciones metablicas puede

inhibir por completo a todo el proceso metablico involucrado y ejercer en esa forma unefecto profundo y a veces fatal sobre el organismo. De ms est recalcar la importancia

que este fenmeno tiene en farmacologa y toxicologa como as tambin en el

desarrollo de herbicidas e insecticidas. De ah que el estudio del mecanismo de accin

de los inhibidores se haya constituido en una de las ms exploradas de la enzimologa

prctica.

Los inhibidores pueden clasificarse en dos grandes grupos:

1)Irreversibles.2) Reversibles

i) competitivosii) no competitivos


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En el primer caso la enzima no recobra su actividad por remocin del inhibidor libre.

Esto es debido a que el inhibidor irreversible, acta por lo general modificando

irreversiblemente o an destruyendo algunos de los grupos esenciales del centro activo.

En el segundo caso, la enzima recobra su actividad por remocin del inhibidor libre (por

ejemplo por simple dilisis). Lo cual demuestra que hay un equilibrio entre el inhibidor

libre y la enzima. Ejemplos de uno y otro tipo de inhibidores los encontramos entrelos llamados reactivos de tioles. Estas sustancias tienen la particularidad de reaccionar

especficamente con grupos sulfhidrilos de las proteinas, aportados por los grupos

laterales correspondientes a los residuos de cistena. Existen ciertas enzimas que

requieren para actuar que algunos de esos grupos sulfhidrilos estn libres. Es evidente

que en esos casos los reactivos de tioles, al bloquear los grupos sulfhidrilos esenciales

de estas enzimas, pueden actuar como inhibidores. Entre algunos reactivos de tioles

podemos mencionar al p-cloromercuribenzoato y el alquilante iodoacetato, que

ejemplifican a un inhibidor reversible y aun inhibidor irreversible respectivamente.

Ambos reaccionan con los grupos sulfhidrilos libres (-SH) de las proteinas, pero en

tanto que el primer lo hace formando un complejo reversible (mercaptida), el segundo

forma un carboximetil-derivado de gran estabilidad, incapaz de disociarse.

Cl-Hg COO- Hg COO- + ClH

Enzima Enzima inactivaP-cloromecuribenzoato

En el primer caso, una vez establecido el equilibrio, si se elimina el p-

cloromercuribenzoato, la reaccin, por el principio de accin de masa, se va a desplazar

hacia la izquierda, disocindose el complejo enzima-inhibidor en enzima libre e

inhibidor. Si la eliminacin es total, toda la enzima recuperar su forma libre activa.

En cambio, en el segundo caso, una vez formado el carboximetil-derivado, es imposible

disociarlo dada su extraordinaria estabilidad, por ende, la eliminacin del exceso del

inhibidor ser ineficaz para hacer recuperar la actividad original.

Otro ejemplo de inhibicin irreversible es el representado por los llamados gases

neurotxicos que se desarrollaron durante la 2 guerra mundial, para ser utilizados como

gases de guerra.


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Son sustancias que reaccionan con el grupo alcohlico del resto lateral correspondiente

a la serina de algunas enzimas que tienen un hidroxilo en el centro activo y que es

necesario para que la enzima presente actividad.

Una enzima de ese tipo es la acetilcolinestearasa que interviene en los procesos de

transmisin del impulso nervioso, causando entre otros efectos, parlisis de los

msculos estriados.

acetilcolinestearasaAcetilcolina + H2O colina + acetato

Una de las primeras sustancias que se utiliz con ese fin es el diisopropilfluorofosfato

que reacciona con la enzima en la siguiente forma.

Se lo utiliz tambin como insecticida (pertenece al grupo de los organofosforados). Es

muy efectivo pero sumamente peligroso por su volatilidad.

Vamos ahora a referirnos exclusivamente a la inhibicin reversible en la cual elinhibidor tambin interacta con algn grupo esencial de la enzima, pero hacindolo en

forma reversible. Las distintas formas de interacciones se traducen en varios tipos de

inhibicin perfectamente diferenciables experimentalmente. Los dos tipos ms comunes

son la competitiva y la no competitiva.

En la inhibicin competitiva el inhibidor se combina reversiblemente con la enzima enel sitio por el cual se debera unir el sustrato, impidiendo por lo tanto la formacin delcomplejo activo enzima-

sustrato. De ah el nombre de

competitiva porque

efectivamente tanto el

inhibidor como el sustrato

compiten por el mismo sitio y

tratan de desplazarse

mutuamente de la enzima. Las

posibles formas de reaccionar

del sustrato y el inhibidor conla enzima pueden presentarse


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por las ecuaciones indicadas en el recuadro.

Por ello este tipo de inhibicin puede disminuirse considerablemente aumentando la

concentracin de sustrato.

En este tipo de inhibidores se incluyen sustancias que estructuralmente son muyparecidas al sustrato y, por lo tanto, pueden ocupar el lugar que ocupara el mismo

sobre la enzima pero no van a ser transformadas por la enzima. .

Un ejemplo clsico de este tipo de inhibicin es el de la inhibicin de la succinatodeshidrogenasa, enzima que tiene por sustrato el cido succnico, por otras sustanciasestructuralmente parecidas al cido succnico, como el cido masnico, el cido oxlico,

y el cido glutrico.

En la inhibicin no competitiva, se postula que el inhibidor se une con la enzima enotro sitio, que no es aquel por el cual se une el sustrato. Por esa razn la unin del

sustrato con la enzima no es

afectada por la presencia del

inhibidor y se puede formar

entones un complejo enzima-

sustrato-inhibidor. Pero este

complejo es catalticamente

inactivo y no puede escindirse en

productos de la reaccin ycomplejo enzima-inhibidor. En

este caso, las posibles formas de

reaccionar del sustrato y el

inhibidor con la enzima se

representan por las ecuaciones

siguientes.

Este tipo de inhibicin se caracteriza entonces porque no puede ser revertido por un

aumento en la concentracin de sustrato. El sustrato no puede desplazar al inhibidor

unido a la enzima.

Experimentalmente ambos tipos de inhibicin pueden distinguirse fundamentalmentemediante la aplicacin del mtodo de Lineweaver y Burk, antes descripto, a la reaccin

cido succnico

cido malnico

cido oxlico

cido glutrico

cido succnico

cido malnico

cido oxlico

cido glutrico


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enzimtica con y sin inhibidor en cuyos respectivos casos se obtendrn los grficos

indicados en las figuras siguientes.

Como puede apreciarse en el grfico, en el caso de la inhibicin competitiva la Vmx

para una dada cantidad de enzima no se modifica por el agregado de inhibidor porque

agregando una concentracin lo suficientemente grande de sustrato se pude desplazar

completamente al inhibidor. Sin embargo, el Km aumenta porque la presencia del

inhibidor hace que se necesite una mayor cantidad de sustrato para saturar a la enzima

que la que se necesitar si el inhibidor no estuviera presente.

En contraposicion a lo anterior, en la inhibicin no competitiva, el inhibidor disminuyeel valor de la Vmx sin modificar el Km ya que la unin del sustrato a la enzima no

est alterada por la simultnea unin del inhibidor.

Sin inhibidor

1/(S)-1/Km -1/Km inh

0

1/Vo

1/Vmx

Con inhibidorVmx

Vmx/2

Km Km inh(sustrato)

10

Vo

Con inhibidor

Sin inhibidor

Michaelis-Menten Lineweaver-Burk

Inhibicin competitiva

Sin inhibidor

1/(S)-1/Km -1/Km inh

0

1/Vo

1/Vmx

Con inhibidorVmx

Vmx/2

Km Km inh(sustrato)

10

Vo

Con inhibidor

Sin inhibidor


Inhibicin competitiva

1/(S)

1/Vo

-1/Km

1/Vmx inh

1/Vmx

(sustrato)

Vo


Inhibicin NO competitiva

Vmx

Vmx/2

Vmx inh

Vmx inh/2

Km = Km inh

Con inhibidor

Sin inhibidor

Con inhibidor

Sin inhibidor

1/(S)

1/Vo

-1/Km

1/Vmx inh

1/Vmx

(sustrato)

Vo


Inhibicin NO competitiva

Vmx

Vmx/2

Vmx inh

Vmx inh/2

Km = Km inh

Con inhibidor

Sin inhibidor

Con inhibidor

Sin inhibidor


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En resumen.

Tipo deInhibicionreversible

Sitio de unin de laenzima

En presenciadel inhibidor

esquema

competitiva- La unin del sustrato ydel inhibidor son

mutuamente excluyentes

- A muy altas

concentraciones de

sustrato desaparece la

inhibicin

- Por lo general, el

inhibidor competitivo es

un anlogo qumico delsubstrato.

- el valor deKm aumenta

- Se mantieneel valor deVmx

no

competitiva

- Se une a un lugar

diferente del sitio activo

de la enzima

- Se une a la enzima libre

y tambin al complejo

enzima-sustrato

- El valor deKm semantiene

- Disminuye elvalor deVmx

Enzimas alostricas

Las enzimas a las cuales nos hemos referido hasta este momento, enzimas michaelianas,

corresponden a lo que se ha dado en llamar enzimas clsicas. Pero adems existen

ciertas enzimas con caractersticas regulatorias que poseen propiedades que las

distinguen de las primera y que e denominan enzimas alostricas.

Las enzimas alostricas como las clsicas reconocen y se asocian en su centro activo a

un sustrato especfico y catalizan su conversin en productos. Pero adems estas

enzimas tienen la propiedad de reconocer selectivamente a uno o varios compuestosdistintos del sustrato cuya asociacin reversible con la proteina tiene por efecto

modificar su actividad frente al sustrato, ya sea activndolo o inhibindolo, sin

participar en nada en la reaccin en s. Dichos compuestos que reciben el nombre de

efectores o moduladores alostricos interaccionan con la enzima en un sitio distinto ygeneralmente distante del centro activo que recibe el nombre de sitio alostrico. Se

acepta que la asociacin del efector alostrico a la proteina en el sitio alostrico

produce una alteracin de la configuracin espacial de la enzima (transicin alostrica)

que se transmite al centro activo modificndolo de tal manera que la actividad de la

enzima aumenta o disminuye segn se trate de un efector o modulador alostrico

positivo o negativo respectivamente.


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Las enzimas alostricas tienen por lo general una estructura proteica ms compleja que

la de las enzimas no regulables, estn constitudas por subunidades. Adems pueden

responder a la accin de ms de un efector alostrico (positivos y negativos), en cuyo

caso poseen en su estructura un sitio alostrico distinto para cada uno de ellos.

Desde ese punto de vista las enzimas alostricas pueden clasificar en tres grandes

grupos:

a) Homotrficas : en las cuales el mismo sustrato puede actual como modulador,generalmente positivo.

b) Heterotrficas: aquellas que son moduladas positiva o negativamente porsustancias distintas del sustrato para cada una de las cuales la enzima posee un

sitio especfico de reconocimiento, y

c) Homotrficas-heterotrficas: responden a efectos regulatorios del mismosustrato y de sustancias distintas del mismo

Desde el punto de vista metablico, estas enzimas, que generalmente catalizanreacciones prcticamente irreversibles, se encuentran ubicadas estratgicamente en

ciertos puntos de las vas metablicas, de tal manera que su regulacin coopera en

forma efectiva en la economa general de la clula. As por ejemplo las encontramos

como primera enzima de una secuencia de reacciones de tal manera que su activacin o

inhibicin aumente o disminuya respectivamente la velocidad de toda la va metablica

involucrada de acuerdo a las necesidades de la clula.

Modelos para las enzimas alostricas

Se han propuesto algunos modelos para interpretar las interacciones entre la proteina, el

sustrato y el o los efectos de las enzimas alostricas. Entre ellos vamos a describirbrevemente los debidos a Monod, Wyman y Changeux (1965) y a Koshland,Nemethy y Filmes (1966).El primero de ellos, conocido con el nombre de modelo concertado simtrico, partedel supuesto de que la proteina regulatoria (oligmero) consiste de dos o ms

subunidades idnticas (protmeros) que se asocian de tal manera que la molcula posea

por lo menos un eje de simetra. Cada subunidad contiene un sitio de unin para cada

sustrato y efector mantenindose la simetra de la molcula. Cada subunidad puede

existir en dos estados conformacionales distintos denominados estados R y T, que

difieren en la posibilidad que poseen de unirse al o los sustratos y los efectores. As R

tiene afinidad por el sustrato mientras que T tiene baja afinidad por el mismo. La

transicin de una conformacin de una subunidad es concertada con la correspondientetransicin en las subunidades vecinas de tal manera que todas las subunidades se


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encuentren en el mismo estado conformacioneal simultneamente y la simetra

molecular se mantenga. Por otra parte el equilibrio entre la forma R y la forma T, se

establece en ausencia de los sustratos y efectores.

En la figura se representa

esquemticamente este modelo para

una proteina oligomtrica

constituida por dos subunidades en

la cual sustrato S y el efector

positivo A se unen slo al estado R,

mientras que el inhibidor I lo hace

exclusivamente al estado T. En

ausencia de sustrato y activador el

equilibrio entre los estados T y R

est desplazado hacia el estado T, es

decir la mayor parte de las

molculas de la enzima se

encuentran al estado T, pero al

agregarse el sustrato S o el

activador A, y al unirse

selectivamente estos ligandos a las

molculas que se encuentran en el estado R, el equilibrio se desplaza en este sentido.

Como la transicin entre las formas T y R para las subunidades es concertada, es

suficiente la unin de la molcula de sustrato o activador a una sola de las subunidadespara que la otra quede en la forma R dejando de esa forma disponible otro sitio de ms

alta afinidad para el sustrato. Cuanto ms sustrato o activador se agregue mayor ser el

nmero de oligmeros en la forma R, observndose en consecuencia lo que se denomina

un efecto coorperativo positivo del estrato y del activador, que se traduce en una curva

de saturacin sigmoide. En el primer caso (sustrato) y de acuerdo a lo que se indic

anteriormente el efecto ser homotrfico cooperativo o positivo y en el segundo caso

(activador), heterotrfico cooperativo o positivo. Pero si se agrega activador en

cantidad suficiente, el equilibrio quedar totalmente desplazado hacia la forma R, y

todas las molculas del oligmero estarn exclusivamente en esa forma y la adicin del

sustrato en ese caso, no podr producir un mayor desplazamiento del equilibrio,

comportndose entonces el sistema como un sistema para el cual es vlido un


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tratamiento cintico del tipo Michaelis-Menten, obtenindose entonces una curva de

saturacin para el sustrato de tipo hiperblico.

En contraste con lo que ocurre con el sustrato y el activador, el inhibidor se une

exclusivamente a la forman T. Si debido a la presencia de sustrato en concentracin

saturante, la enzima se encontraba originalmente casi exclusivamente en el estado R, el

agregado de inhibidor producir un desplazamiento hacia la forma T y por ende lacurva de saturacin para el sustrato se har ms sigmoide a medida que aumenta la

concentracin del inhibidor. El efecto en este caso ser heterotrfico negativo (del

inhibidor con respecto al sustrato).

El modelo de Koshland, Nemethy y Filmer tambin denominado secuencial se basa en

la explicada teora del ajuste inducido. El modelo establece que la unin de un ligando

(sustrato, activador o inhibidor) a una de las subunidades de la molcula enzimtica

oligomtrica, produce un cambio conformacional de dicha subunidad. Esa distorsin

en una subunidad puede afectar secuencialmente la estabilidad y configuracin de las

subunidades vecinas, en la misma forma que la distorsin de una parte de una cadena

polipeptdica, aumentando o disminuyendo la afinidad de las mismas por el sustrato.La figura siguiente ilustra lo dicho para el caso de una enzima alostrica que posee dos

subunidades, cada una de ellas capaz de unirse a una molcula de sustrato y que

presenta un efecto homotrfico positivo de S sobre S.

En el modelo secuencial las interacciones entre las subunidades son posibles

estando las subunidades en distintos estados conformacionales.

En el modelo concertado slo seran posibles los

estados AA y BB de la figura anterior y no el hbrido

AB, los cuales por otra parte deben preexistir actuando

el ligando como estabilizador del estado al cual se unepreferencialmente. En cambio el modelo secuencial si

bien no descarta la posibilidad extrema de un cambio

simultneo en todas las subunidades, sostiene

preferentemente la existencia de cambios secuenciales

en la conformacin de las subunidades inducidas por la

unin del o los ligandos, con la posibilidad de ocurrencia de estados conformacionales

hbridos cuando la proteina est parcialmente saturada.


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Enzimas alostricas- Las enzimas alostricas presentan estructura cuaternaria.

- Tienen diferentes sitios activos, unen ms de una molcula de sustrato

- La unin del sustrato es cooperativa

- La curva de velocidad en funcin de la (s) presenta una forma sigmoidea

- Pequeos cambios en la concentracin del modulador se asocian congrandes cambios en la actividad de la enzima

Regulacin enzimtica

Cuanto ms se avanza en el conocimiento de la bioqumica celular, especialmente porlos aportes hechos en los ltimos aos por la biologa molecular, ms se afianza el

concepto enunciado oportunamente por Changeux, de equiparar el funcionamiento de

una clula al de una verdadera fbrica qumica automtica diseada para aprovechar

lo ms eficientemente la energa disponible. En efecto, en una fbrica automticacoexisten varias lneas de produccin que trabajan simultneamente en forma

concertada y que se regulan a s mismas y entre ellas por medio de controles

automticos, consistentes en circuitos electrnicos especficos de retroalimentacin.

Estos principios pueden aplicarse tambin a los seres vivos, As, el funcionamiento de

la clula ms sencilla, implica la existencia de una verdadera maraa de procesos

metablicos consistentes en secuencias de reacciones qumicas catalizadas por enzimas

especficas. Cada una de estas vas metablicas sera equiparable a las mencionadas

lneas de produccin de la fbrica automtica y las mquinas elementales de la fbrica

celular seran las mencionadas enzimas. Existen en principio cuatro formas posibles de

que la clula controle la velocidad de funcionamiento de dichas vas metablicas:

1)DISPONIBILIDAD DE SUSTRATOComo ya hemos indicado, la actividad de la enzima guarda proporcionalidad con los

niveles de sustrato. Estos determinan la mayor o menor velocidad en la actividad

enzimtica. Al aumentar la concentracin de sustrato, en la clula aumenta su

utilizacin y viceversa. Generalmete el sustarto debe ingresar a la clula o al interior de

una organela. Ejemplo: -oxidacin y sntesis de cuerpos cetnicos.

2) MODIFICACIN COVALENTEMuchas enzimas son reguladas por el agregado o sustraccin de grupos unidos

covalentemente a la misma.

La regulacin covalente ms frecuente se realiza por modificacin de los residuos detirosina, serina y/o treonina de las enzimas por un proceso de unin o eliminacin de

grupos fosfatos. Existen tambin enzimas cuya actividad es modulada por la insercin

covalente de otros grupos., como se muestra en la siguiente tabla.


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En la siguente tabla se dan ejemplos de algunas enzimas cuyas actividades estanreguladas por modificacin covalente que implica fosfo- desfosforilaciones.


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3) MODULACIN ALOSTRICA.Ya se describi anteriormente. Algunos casos

particulares dan origen a diferentes modos

regulatorios. En algunas vas metablicas, la

enzima que cataliza la primera etapa de la serie

suele ser inhibida por el producto de la ltima.Cuando la concentracin de ese producto final

aumenta, ello indica que su elaboracin excede las

necesidades y se frena el funcionamiento de la va

reduciendo la actividad de la enzima reguladora.

Se habla de un proceso de retroinhibicin.

Tambin puede suceder que una enzima sea

estimulada por algn agente que se acumula en el

medio. Cuando existe un exceso de sustrato, l

mismo promueve su utilizacin activando a al

enzima.

4) INDUCCIN O REPRESIN DE LA SINTSIS DE LA ENZIMA.Implica el control de la sntesis de las enzimas regulatorias involucradas en un camino

metablico. Se habla entonces de induccin enzimtica o represin enzimtica segn

que la velocidad de produccin de una dada enzima, o de un conjunto de enzimas

metablicamente relacionadas, y por ende su concentracin celular, sea aumentada o

disminuda respectivamente como respuesta a las necesidades de la clula, actuando

por lo general un metabolito particular como seal desencadenante del proceso. En el

caso de la induccin, ese metabolito puede ser el mismo sustrato de la enzima(metabolito inductor), y en la represin, el producto final de la va metablica de la cual

la enzima reprimida forma parte (metabolito represor). Este mecanismo es mucho ms

lento que los anteriores ya que inplica la sintesis o degradacin de las enzimas

involucradas.

E1 E2 E3 E4

S1 AB C P

-

E1 E2 E3 E4

S1 XY Z P

+

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