INHIBICIÓN ENZIMÁTICA

La actividad de una enzima puede ser disminuida o eliminada completamente por la acción de ciertas sustancias a las cuales se las conoce con el nombre genérico de inhibidores enzimáticos. Debemos aclarar que no deben ser incluidos en este grupo de sustancias, aquellos agentes que producen simplemente una destrucción irreversible de la enzima, como podrían ser todos aquellos que conducen a su desnaturalización, como por ejemplo los ácidos fuertes.

La inhibición enzimática es de gran importancia fisiológica, ya que a veces la inhibición de una sola enzima que forma parte de una cadena de reacciones metabólicas puede inhibir por completo a todo el proceso metabólico involucrado y ejercer en esa forma un efecto profundo y a veces fatal sobre el organismo. De más está recordarles la importancia que este fenómeno tiene en farmacología y toxicología como así también en el desarrollo de herbicidas e insecticidas. De ahí que el estudio del mecanismo de acción de los inhibidores se haya constituido en una de las más exploradas de la enzimología práctica.Los inhibidores pueden clasificarse en dos grandes grupos:1) IRREVERSIBLES.2) REVERSIBLES:

a)COMPETITIVOS.b)NO COMPETITIVOS.

En el primer caso la enzima no recobra su actividad por remoción del inhibidor libre. Esto es debido a que el inhibidor irreversible, actúa por lo general modificando irreversiblemente o aun destruyendo algunos de los grupos esenciales del centro activo. En el segundo caso, la enzima recobra su actividad por remoción del inhibidor libre (por ejemplo por simple diálisis). Lo cual demuestra que hay un equilibrio entre el inhibidor libre y la enzima.

Ejemplos de uno y otro tipo de inhibidores los encontramos entre los llamados reactivos de tioles. Estas sustancias tienen la particularidad de reaccionar específicamente con grupos sulfhidrilos de las proteinas, aportados por los grupos laterales correspondientes a los residuos de cisteína. Existen ciertas enzimas que requieren para actuar que algunos de esos grupos sulfhidrilos estén libres. Es evidente que en esos casos los reactivos de tioles, al bloquear los grupos sulfhdrilos 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.

HgCOO- + ClHCl-HgCOO- ↔

P-cloromecuribenzoatoEnzimainactiva

Enzima

En el primer caso, una vez establecido el equilibrio, si se elimina el p- cloromercuribenzoato, la reacción, por el principio de acción en masa, se va a desplazar hacia la izquierda, disociándose el complejo enzima-inhibidor en enzima libre e inhibidor. Si la eliminación es total, toda la enzima recuperará 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 eliminación del exceso del inhibidor será ineficaz para hacer recuperar la actividad original.

Otro ejemplo de inhibición irreversible es el representado por los llamados gases neurotóxicos que se desarrollaron durante la 2ª guerra mundial, para ser utilizados como gases de guerra.

Son sustancias que reaccionan con el grupo alcohólico 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 transmisión del impulso nervioso, causando entre otros efectos, parálisis de los músculos estriados.

ACETILCOLINESTEARASA

Acetilcolina + H2O ↔ colina + acetato

Una de las primeras sustancias que se utilizó con este fin es el diisopropilfluorofosfato que reacciona con la enzima en la siguiente forma.

Se lo utilizó también como insecticida (pertenece al grupo de los organofosforados). Es muy efectivo pero sumamente peligroso por su volatilidad.

Vamos ahora a referirnos exclusivamente a la inhibición reversible en la cual el inhibidor también interactúa con algún grupo esencial de la enzima, pero haciéndolo en forma reversible. Las distintas formas de interacciones se traducen en varios tipos de inhibición perfectamente diferenciables experimentalmente. Los dos tipos más comunes son la competitiva y la no competitiva.

En la inhibición competitiva el inhibidor se combina reversiblemente con la enzima en el sitio por el cual se debería unir el sustrato, impidiendo por lo tanto la formación del complejo activo enzima-sustrato. De ahí 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 con la enzima pueden presentarse por las ecuaciones:

Por ello este tipo de inhibición se caracteriza en que puede disminuirse considerablemente aumentando la concentración de sustrato.

Este tipo de inhibidores se incluyen sustancias que estructuralmente son muy parecidas al sustrato y que por lo pueden ocupar el lugar que ocuparía el mismo sobre la enzima pero que no pueden ser atacas por la misma.

Un ejemplo clásico de este tipo de inhibición es el de la inhibición de la succinato deshidrogenasa, enzima que tiene por sustrato el ácido succínico, por otras sustancias estructuralmente parecidas al ácido succínico, como el ácido malónico, el ácido oxálico, y el ácido glutárico.

En la inhibición no competitiva, se postula que el inhibidor se une con la enzima en otro sitio, que no es aquel por el cual se une el sustrato. Por esa razón la unión 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 catalíticamente inactivo y no puede escindirse en productos de la reacción y complejo 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 inhibición se caracteriza entonces porque no puede ser revertido por un aumento de la concentración de sustrato. El sustrato no puede desplazar al inhibidor unido a la enzima. Experimentalmente ambos tipos de inhibición pueden distinguirse fundamentalmente mediante la aplicación del método de Lineweaver y Burk.

Como puede apreciarse en el gráfico, en el caso de la inhibición competitiva la Vmáx para una dada cantidad de enzima no se modifica por el agregado de inhibidor porque agregando una concentración lo suficientemente grande de sustrato se puede 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 necesitaría si el inhibidor no estuviera presente.

En contraposicion a lo anterior, en la inhibición no competitiva, el inhibidor disminuye el valor de la Vmáx sin modificar la Km ya que la unión del sustrato a la enzima no está alterada por la simultánea unión del inhibidor.

EN RESUMEN.

TIPO DE INHIBICION

SITIO DE UNION DE LA ENZIMA

EN PRESENCIA DEL INHIBIDOR

ESQUEMA

COMPETITIVA La unión del substrato y del inhibidor son mutuamente excluyentes.

A muy altas concentraciones de sustrato desaparece la inhibición.

Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico del substrato.

El valor de Km aumenta.

Se mantiene el valor de Vmáx.

NO COMPETITIVA

Se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima. Se une a la enzima libre y también al complejo enzima-sustrato.

El valor de Km se mantiene. Disminuye el valor de Vmáx.