Tipos de inhibición enzimática y propósito

¿Qué es la inhibición de enzimas?

Las enzimas son catalizadores biológicos; aceleran las reacciones químicas, pero la reacción no las modifica. Las enzimas son reutilizables; debido a que no son consumidos por la reacción, una enzima puede llevar a cabo cientos, incluso miles, de reacciones. Para comprender cómo funcionan las enzimas, primero es necesario comprender el vocabulario relevante.

Cómo funcionan las enzimas

• Enzima : molécula que facilita una reacción química, pero que no forma parte de la reacción química. Por lo general, está hecho de proteínas (pero puede estar basado en ARN).
• Sustrato (s) : el (los) reactivo (s) de la reacción química facilitada por la enzima. El sustrato (s) debe unirse a la enzima para iniciar la reacción.
• Sitio activo : la ubicación de la enzima donde se unen los sustratos y donde ocurre la reacción química. Por lo general, el sitio activo tiene una forma única y muy fija que se adapta perfectamente al sustrato (s).
• Inhibidor : molécula química que puede unirse a una enzima y retardar o prevenir la reacción química.

Cuando un inhibidor se une a una enzima, el resultado es la inhibición de la enzima . Por lo general, la velocidad de la reacción se reduce considerablemente; a veces la reacción se ve completamente impedida. Sin embargo, los inhibidores juegan un papel importante en el cuerpo; sin ellos, las células no podrían ralentizar o apagar las reacciones. Por ejemplo, las células estarían produciendo enzimas digestivas incluso si los químicos que descomponen ya no estuvieran presentes, o si desperdiciaran energía creando moléculas de las que ya tenían abundancia.

¿Cómo actúan los inhibidores de enzimas?

La inhibición de la enzima ocurre cuando un inhibidor de la enzima se une a una parte de la molécula de la enzima e impide su función. La ubicación donde se une el inhibidor y la fuerza de su interacción con la enzima determina qué tipo de inhibición está involucrada. Los inhibidores vienen en todo tipo de formas y tamaños, desde proteínas complejas hasta moléculas pequeñas de dos átomos. Sin embargo, la mayoría de los inhibidores son específicos de enzimas; solo pueden inhibir el funcionamiento de una enzima. Los médicos incluso usan algunos inhibidores que son medicamentos para tratar diversas enfermedades, por ejemplo, el antibiótico penicilina mata las bacterias al inhibir una enzima necesaria para construir la pared celular bacteriana.

Tipos de inhibición de enzimas

Los dos tipos principales de inhibición enzimática son la inhibición reversible y la inhibición irreversible . La diferencia está determinada por la fuerza de la interacción entre la enzima y el inhibidor. Además, la inhibición reversible se puede subdividir en inhibición competitiva , no competitiva y no competitiva en función de dónde se une el inhibidor a la enzima.

Inhibición enzimática reversible e irreversible

Inhibición irreversible de enzimas

Todos los inhibidores enzimáticos actúan de forma reversible (interacciones débiles, no covalentes que no son permanentes) o irreversiblemente (altera covalentemente la forma de la enzima y / o el sitio activo).

• Inhibición irreversible : un inhibidor modifica químicamente la enzima, generalmente formando enlaces covalentes con los grupos R de ciertos aminoácidos. La interacción inactiva permanentemente la enzima. Los aminoácidos alterados con mayor frecuencia se encuentran en el sitio activo, pero la inhibición irreversible puede ocurrir en cualquier parte de la enzima.
  • Ejemplo: la figura muestra cómo el inhibidor irreversible diisopropilfluorofosfato (DFP) altera químicamente un grupo R de serina crítico ({eq} CH_ {2} -OH {/ eq}) en el sitio activo de la enzima acetilcolina esterasa , una enzima necesaria para funcionamiento neuronal adecuado. Debido a que inactiva permanentemente esta importante enzima neural, la DFP se clasifica como una neurotoxina potente y una dosis de menos de 100 mg puede ser letal.

• Inhibición reversible : un inhibidor se une temporalmente a la enzima y bloquea el acceso o altera la forma del sitio activo. Sin embargo, el efecto se puede revertir una vez que el inhibidor ya no esté unido a la enzima. Cuando el inhibidor se retira, la enzima vuelve a funcionar normalmente.
  • Ejemplo: como se mencionó, el antibiótico penicilina inhibe la formación de la pared celular bacteriana. Se une a la enzima transpeptidasa , que tiene la importante función de unir moléculas de peptidoglicano para formar la pared celular bacteriana protectora. La penicilina se une a la transpeptidasa en su sitio activo y evita que las moléculas de peptidoglicano se unan. Sin embargo, la unión de la penicilina no es permanente, eventualmente abandonará el sitio activo de la enzima para que pueda reanudarse su funcionamiento normal.

Inhibición competitiva, no competitiva y no competitiva

Los inhibidores reversibles pueden clasificarse además como inhibidores competitivos, no competitivos o no competitivos basándose únicamente en el lugar de la enzima en que se unen temporalmente.

Inhibición competitiva

Inhibición no competitiva

• Inhibición competitiva : el inhibidor se une a la enzima en el sitio activo.
  • El inhibidor «compite» directamente con el sustrato para ver cuál se puede unir primero al sitio activo.
  • Cuando el inhibidor se une al sitio activo, evita que el sustrato se una, por lo que no puede ocurrir ninguna reacción.
  • Ejemplo: el etanol, el compuesto que se encuentra en las bebidas alcohólicas, es degradado por una serie de enzimas. Una enzima convierte el etanol en acetaldehído, que luego es degradado inmediatamente por la enzima aldehído oxidasa. El fármaco Antabuse a veces se administra a personas que enfrentan el alcoholismo porque contiene el inhibidor disulfiram , que se une al sitio activo de la aldehído oxidasa, evitando que descomponga el acetaldehído. La acumulación de acetaldehído en el cuerpo no es letal, pero causa náuseas y vómitos intensos.
• Inhibición no competitiva : el inhibidor se une a la enzima lejos del sitio activo.
  • El inhibidor no «compite» con el sustrato; se une a una ubicación completamente diferente.
  • Sin embargo, cuando el inhibidor se une a la enzima, altera la forma del sitio activo de modo que el sustrato ya no puede unirse (evitando que se produzca la reacción).
  • Ejemplo: las bacterias utilizan la enzima treonina desaminasa para convertir el aminoácido leucina en otro aminoácido, isoleucina. Sin embargo, si la concentración de isoleucina es alta en la célula, es un desperdicio de leucina convertirla. Por tanto, la isoleucina se une de forma no competitiva a la treonina desaminasa en un lugar alejado del sitio activo para inactivar la enzima y cerrar la vía de conversión. Este es un ejemplo de regulación de retroalimentación.
• Inhibición no competitiva : el inhibidor se une al complejo enzima-sustrato
  • Esta rara forma de inhibición también se conoce como inhibición anticompetitiva.
  • El sustrato se une a la enzima de forma normal, pero antes de que ocurra la reacción, el inhibidor se une al complejo enzima-sustrato (generalmente en la intersección de los dos en el sitio activo).
  • Ejemplo: los compuestos llamados aminas terciarias pueden inhibir las enzimas acetilcolinesterasa que descomponen los neurotransmisores (las mismas enzimas inhibidas por DFP). Sin embargo, las aminas terciarias solo pueden inhibir la acetilcolinesterasa después de que el neurotransmisor se ha unido y la unión del inhibidor es temporal. Por tanto, este inhibidor no es tan letal como los inhibidores de DFP.

Ejemplos de inhibición de enzimas

Los inhibidores pueden ser beneficiosos o perjudiciales para los seres humanos dependiendo de la función de las enzimas que se inhiban. Como se mencionó, las enzimas son esenciales para el funcionamiento celular normal porque son la única forma de ralentizar o apagar ciertas reacciones químicas en el cuerpo. Además, los inhibidores pueden actuar como medicamentos que curan enfermedades (si inhiben las enzimas esenciales utilizadas por patógenos extraños) o venenos (si inhiben las enzimas humanas con funciones vitales).

Inhibición de enzimas por cianuro

• El cianuro es un veneno ; inhibe de forma no competitiva el Complejo IV en la cadena de transporte de electrones (como se ve en el diagrama). La cadena de transporte de electrones es un paso importante en la respiración celular , que es la forma en que las células extraen energía de los alimentos. Cuando el cianuro se une al complejo IV, provoca un respaldo de electrones en la cadena, lo que evita que su energía se utilice para producir ATP. Si este proceso se inhibe durante el tiempo suficiente (por una alta concentración de cianuro), la célula esencialmente «morirá de hambre» debido a la privación de energía.
• Relenza es una droga sintética creada por científicos de laboratorio. Inhibe competitivamente la neuraminidasa , una enzima que escinde una proteína de acoplamiento (hemaglutinina) que se encuentra en la envoltura (membrana) del virus de la influenza. Si la proteína de acoplamiento no se escinde (debido a la inhibición), las nuevas partículas virales no pueden salir de las células infectadas. Esto retarda la propagación del virus de la gripe en y entre las personas infectadas.

Resumen de la lección

Las enzimas son catalizadores biológicos que aceleran las reacciones químicas pero no son consumidas por la reacción (no son reactivos). Las enzimas reaccionan con sus sustratos (reactivos) en su sitio activo . Cualquier cambio en la forma de la enzima que afecte la forma del sitio activo inactivará la enzima porque el sustrato ya no puede unirse. La inhibición enzimática ocurre cuando una sustancia llamada inhibidor se une a una enzima y evita que funcione. Los inhibidores inhiben las enzimas; impiden que la enzima lleve a cabo su reacción. Hay varios tipos de inhibidores de enzimas:

• Inhibición irreversible : el inhibidor modifica de forma covalente y permanente la enzima para que ya no pueda funcionar.
• Inhibición reversible : el inhibidor se une a la enzima temporalmente; Mientras esté unida, la enzima no funcionará, pero cuando libera la enzima, reanuda su funcionamiento normal.
  • Inhibición competitiva : el inhibidor se une a la enzima en su sitio activo , evitando que el sustrato se una
  • Inhibición no competitiva : el inhibidor se une a la enzima lejos del sitio activo , pero la unión altera la forma del sitio activo, por lo que el sustrato ya no puede unirse.
  • Inhibición no competitiva (también llamada inhibición anticompetitiva): el inhibidor se une al complejo enzima-sustrato después de que el sustrato se une y evita que se lleve a cabo la reacción.

Las enzimas pueden ser perjudiciales o beneficiosas para los seres humanos dependiendo de la función de la enzima que se vea afectada. Los inhibidores normalmente funcionan en las células para ralentizar o apagar reacciones químicas innecesarias en el cuerpo. Los inhibidores también pueden ser medicamentos beneficiosos (por ejemplo, penicilina , que inhibe la enzima responsable de la construcción de las paredes celulares bacterianas, y Relenza , que evita que las partículas virales de la gripe infecten las células) o venenos (por ejemplo, cianuro , que inhibe una enzima importante en el cadena de transporte de electrones (en la respiración celular) o diisopropilfluorofosfato (DFP) , una neurotoxina que inhibe una importante enzima de degradación de neurotransmisores).

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