Mecanismos de Regulacin e Inhibicin de la actividad enzimtica

Enzimas Cintica EnzimticaLa cintica enzimtica es el anlisis cuantitativo del efecto de cada uno de los factores que intervienen en la actividad enzimtica, que se evala a travs de la velocidad de la reaccin catalizada.Las variables ms importantes son:Concentracin de enzima, sustratos y productos (incluyendo inhibidores y/o activadores)pHTemperaturaElla est basada en la medicin de la velocidad de reaccin. As en la reaccin:

Se tendr:

Como se observa en la figura, la velocidad de reaccin (pendiente) disminuye continuamente a partir de un valor mximo inicial. Esto se puede deber a:Desaturacin de la enzima con sustrato, por disminucin de la concentracin del sustratoInactivacin de la enzima por su inherente inestabilidad Inhibicin por el productoDesplazamiento del equilibrio, si la reaccin es reversible

ES P

Baja concentracin de sustratoALTA concentracin de sustratoSATURACION44v[s]Efecto de la concentracin de sustrato........55dttsp[ ]Concepto de velocidad iniciald[P]v =, t 066Relacin entre Km y VmaxMichaelis y Menten

Concentracin de Sustrato [S]Velocidad de la reaccin (v)KmVmaxVmax/2La Km es la concentracin de sustrato donde se obtiene la mitad de la Vmax7703_25_enzymes performance.jpg

Concentracin de Sustrato [S]Velocidad de la reaccin (v)KmVmaxVmax/2A mayor Km, menor es la afinidad de la enzima por el sustratoA menor Km mayor es la afinidad de la enzima por el sustrato8803_25_enzymes performance.jpg

99

KmVmax

1010

-1/Km1/VmaxRepresentacin Lineweaver-Burke1111

Efecto del pH en la ENZIMACada enzima tiene un pH ptimo para su actividadEl pH afecta las interacciones inicas12121. Sobre la fijacin del substrato al centro activo:- Grupos disociables de la enzima- Grupos disociables del substrato

2. Sobre la transformacin cataltica del substrato

3. Sobre la estructura de la protena enzimticaEfecto del pH1313En el efecto de la temperatura hay dos componentes:1. Aceleracin de la reaccin segn la ecuacin de Arrhenius

k = A exp (-Ea/RT)

2. Desnaturalizacin trmica de la protena1414Efecto de la temperatura en la ENZIMACada enzima tiene una temperatura ptima.

Temperatura154075Aumento de la velocidadDesnaturacin por calor1515ORGANISMOS TERMFILOSSon organismos que viven a altas t y realizan sus reacciones enzimticas a estas altas tEjemplos son los que viven en las aguas termalesEs tema de investigacin el aislamiento de las enzimas de estos organismos para desarrollar procesos industriales en condiciones ms extremasMecanismos de Regulacin Enzimtica

Inhibidores Enzimticos

Mecanismos de Regulacin de las EnzimasCambio en la tasa de expresin del gen de la enzima.

Las enzimas pueden ser activadas o desactivadas por enzimas proteolticas.

Las enzimas pueden ser activadas o inactivadas por modificaciones covalentes (fosforilacin).

La regulacin alostrica de las enzimas.

Inhibicin Enzimtica.

Regulacin en la expresin de genes

Variaciones las demandas metablicas de una clula pueden llevar a incrementar o disminuir la expresin de una enzima. Regulacin por enzimas proteolticasLas enzimas pueden ser activadas o desactivadas por enzimas proteolticas. Algunas enzimas se sintetizan como precursores inactivos conocidos como proenzimas o zimgenos. Un ejemplo son las enzimas digestivas las cuales se secretan como derivados inactivos.

Regulacin por modificaciones covalentesLa actividad o la estabilidad de las enzimas puede ser regulada por modificaciones covalentes, como la fosforilacin en residuos de serina, treonina y tirosina. Regulacin AlostricaUna molcula o regulador alostrico se fija a la enzima en un lugar distinto y fsicamente alejado del sitio activo de la enzima, lo cual puede incrementar o disminuir la unin del sustrato. Inhibidores EnzimticosSon sustancias que alteran la actividad cataltica de las enzimas disminuyendo total o parcialmente la actividad de estas.

Bothropoides jararaca

El ejemplo ilustra un inhibidor natural y sinttico de la actividad enzimtica El veneno de la serpiente jararaca (de Brasil) contiene un peptido con capacidad de inhibir la enzima convertidora de angiotensina, a partir de este pptido se disearon frmacos con capacidad de inhibir esta enzima y que se utiizan para el tratamiento de la hipertensin. 24Mecanismos de Inhibicin EnzimticaInhibidores Reversibles

La inhibicin reversible se caracteriza por:

La unin entre la enzima y el substrato es reversible.

Existe un equilibrio entre la enzima y el sustrato libre junto con el complejo enzima-sustrato.Mecanismos de Inhibicin EnzimticaInhibidores CompetitivosEl inhibidor competitivo, es aquel que compite con el sustrato por el sitio activo de la enzima, de esta forma impide la formacin de producto.

Inhibicin competitiva

Al aumentar la cantidad de SUSTRATO el inhibidor competitivo es desplazado y se forma productoCompiten con el sustrato por el sitio activo de la enzimaSe une solo a la enzima libreV mx no se altera y K M cambia2929

Inhibidores Competitivos: Caractersticas La inhibicin competitiva es reversible al incrementar la concentracin se sustrato, el cual desplaza al inhibidor del sitio activo de la enzima.

Representacin de los Inhibidores Competitivos

v[S]KmKm ap

1/v1/[S]-1/Km-1/Km apLa inhibicin competitiva incrementa el valor de Km

No modifica la Vmax de reaccin solo se necesita una concentracin ms alta de sustrato para alcanzarla.

Inhibidores CompetitivosSon compuestos que tienen una estructura qumica y/o geomtrica similar al sustrato.

Ejemplo: El Metotrexato es un inhibidor reversible de la enzima dihidrofolato-reductasa

Inhibidor competitivosu estructura es similar a la del sustrato

No se forma producto3333El inhibidor no competitivo modifica la forma del sitio activo lo que impide la interaccin de la enzima con el sustrato.Inhibidores No Competitivos

Los inhibidores no competitivos se unen a un lugar distinto al sitio activo, por lo cual no compiten con el sustrato.

Inhibicin NO competitiva

3636

Inhibidor NO competitivoEl inhibidor NO competitivo se une a la enzima en un sitio diferente del sitio activo3737EESEIISE + PIESISInhibicinNo CompetitivaEl inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre Ey al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EIni el complejo ESI son productivos3838La inhibicin no competitiva no modifica el valor de Km, pero reduce la Vmax.

-1/Km1/[S]1/v

Km[S] vRepresentacin grfica de los Inhibidores No CompetitivosInhibidores AcompetitivosEl inhibidor acompetitivo se fija al complejo enzima-sustrato, pero no a la enzima libre.

Inhibicin Anticompetitiva o IncompetitivaInhibidor IncompetitivoEn este tipo de inhibicin el inhibidor se enlaza al centro activo pero solo despus de que el sustrato lo haya hecho y, por tanto, inhibidor y sustrato no compiten. De esta manera, aunque todo el sustrato est saturando la enzima y toda la enzima est como complejo ES, el inhibidor puede enlazarse produciendo un complejo inactivo ESI.

Como I solo se une a ES estimula la formacin de ES y, por tanto, incrementa la unin del sustrato a la enzima, disminuyendo Km . Sin embargo, el complejo ESI no conduce a productos y Vm disminuye. Inhibidor IncompetitivoSe une a un lugar diferente del sitio activo de la enzimaSe une slo al complejo enzima-sustratoLos efectos que tiene: disminuye el valor de Km y tambin el de VmxEESSE + PIESIInhibicinAnticompetitivaEl inhibidor slo puede fijarse al complejo ES;el complejo ESI no es productivo

4444Representacin grfica de los Inhibidores AcompetitivosLa inhibicin acompetitiva disminuye el valor de Km, y la Vmax.

Mecanismos de Inhibicin EnzimticaInhibidores IrreversiblesReaccionan con la enzima formando un enlace covalente, lo cual:Bloquea la unin del sustrato. Inhibe la actividad de la enzima. Inhiben de forma permanente a la enzima. Se requiere la sntesis de novo de enzima para superar la inhibicin.

Ejemplos de Inhibidores IrreversiblesFrmacos como la Penicilina, la Aspirina y el Disulfiram son inhibidores irreversibles de la actividad de enzimas.

La Penicilina es un inhibidor de la transpeptidasa, encargada de la sntesis de la pared bacteriana.La Aspirina es un inhibidor de la COX, enzima que produce mediadores proiinflamatorios. Disulfiram es un inhibidor de la aldehdo deshidrogenasa, una enzima que participa en el metabolismo del alcohol.

Compuestos txicos como, los gases nerviosos (DFP) o los metales pesados actan como inhibidores irreversibles

Inhibicin Irreversible- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo qumico de la enzima, modificndola covalentemente

- Su accin no se describe por una constante de equilibrio Ki, sino por una constante de velocidad ki:E + I E- A diferencia de la inhibicin reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuacin del inhibidor.

- Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente txicos.4949Inhibidores IrreversiblesProducen inactivacin permanente de la actividad enzimticaSe interfiere con el normal desarrollo de una reaccin o va metablicaEjemplos: p-cloromercuribenzoato, yodoacetato, diisopropilfluorfosfatoAlgunos tipos de inhibidores irreversibles1. Reactivos de grupos -SH

2. Organofosfricos

3. Ligandos de metales

4. Metales pesados5151Inhibicin enzimtica alostericaEnzimas AlostricasSon enzimas cuya estructura proteica est formada de varias subunidadesNo se rigen por la cintica de M - MAdems del sitio o centro activo tienen sitios alostricos o de regulacinSitio activo/sustratos; Sitio alostrico/moduladores o reguladoresLa relacin entre la velocidad de reaccin y la concentracin de sustrato sigue cintica sigmodeaEnzimas alostricasLas enzimas alostricas presentan estructura cuaternaria.Tienen diferentes sitios activos, unen mas de una molcula de sustratoLa unin del sustrato es cooperativala curva de velocidad presenta una forma sigmoidal

5454

Concepto de CooperatividadLa unin de los sustratos al sitio activo de una subunidad produce un cambio conformacional que por contacto fsico se transmite a las subunidades vecinas, facilitando las interaccionesModelos de unin: secuencial y concertadoEjemplos: unin Hb-O2, enzimas alostricas y sus sustratosModuladores AlostricosTambin reciben el nombre de efectores y pueden ser positivos o negativosSe unen al sitio alostrico que puede estar en la misma subunidad que tiene al sitio activo o en las subunidades regulatoriasSu unin produce un cambio conformacional que afecta al sitio activo

Aspartato Transcarbamilasac L-asp + Carbamil-P === Carbamil-asp + Pi . Primera reaccin en la sntesis de pirimidinasEfector positivo: CTP Efector negativo: ATP Tiene dos subunidades catalticas para los sustratos y tres subunidades regulatorias para los efectores

RESUMENLas enzimas son protenas que catalizan las reacciones biolgicasPresentan especificidad por su sustratoCada enzima presenta dos parmetros importantes Vmax (saturacin de la enzima) y la Km (medida de la afinidad por el sustrato)

6060RESUMENLa actividad enzimtica puede ser inhibida, por inhibidores competitivos (similares al sustrato) o por inhibidores no competitivos.La temperatura y el pH afectan a la enzima en su actividad cataltica.Algunas enzimas requieren de coenzimas y/o cofactores para su actividad.6161

Puntos ClaveLas enzimas tienen mltiples mecanismos de regulacin.

La actividad de las enzimas puede ser inhibida por compuestos naturales o sintticos.Existen mecanismos reversibles e irreversibles de inhibicin enzimtica.

Los mecanismos de inhibicin pueden ser dilucidados mediante el anlisis de los cambios de los parmetros cinticos de las enzimas.