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Inhibición enzimática

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Inhibición enzimática

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Inhibidor:

Efector que hace disminuir la actividad enzimática, a través deinteracciones con el centro activo u otros centros específicos(alostéricos).

Esta definición excluye todos aquellos agentes que inactivan ala enzima a través de desnaturalización de la molécula enzimática

De esta forma, habrá dos tipos de inhibidores:

I. Isostéricos: ejercen su acción sobre el centro activoII. Alostéricos: ejercen su acción sobre otra parte de la molécula, causando un cambio conformacional con repercusión negativa en la actividad enzimática.

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Los inhibidores isostéricos pueden ser de dos tipos:

1. Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima libre, con el complejo enzima-substrato o con ambos:

E + I EI

2. Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima:

E + I E’

ES + I ESI

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Inhibición reversible

(a) El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo la fijación del substrato: Inhibición Competitiva

(b) El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la fijación del substrato a la enzima, pero sí impide la acción catalítica: Inhibición No Competitiva

(c) El inhibidor se fija únicamente al complejo enzima-substrato una vez formado, impidiendo la acción catalítica; este tipo se conoce como Inhibición Anticompetitiva

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E ES

EI

I

S

E + P

InhibiciónCompetitiva

Las fijaciones de substrato e inhibidor sonmutuamente exclusivas; el complejo EI no es productivo

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E ES

EI

I

S

E + PI

ESI

SInhibición

No Competitiva

El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre Ey al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EIni el complejo ESI son productivos

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E ES

S

E + PI

ESI

InhibiciónAnticompetitiva

El inhibidor sólo puede fijarse al complejo ES;el complejo ESI no es productivo

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E ES

EI

I

S

E + P

Características:- Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas- A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibición- Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico del substrato.- El inhibidor es tan específico como el substrato

Se define una constante deequilibrio de disociación delinhibidor:

Ki = [E] [I]

[EI]

Inhibición Competitiva

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En condiciones de equilibrio rápido, llamando y a la concentración del complejo EI, para la inhibición competitiva obtenemos el siste-ma de ecuaciones

vV s

Ki

Ks

m x

mi

1

Ke x y s

x

Ke x y i

y

m

i

( )

( )

0

0

Que resuelto para x nos da

xe s

Ki

Ksm

i

0

1

De donde

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Por tanto, en la inhibición competitiva,

1. El efecto cinético del inhibidor es el aumento aparente de la Km, que aparece multiplicada por el factor (1 + i/Ki)

2. La Vmax no aparece modificada; para concentraciones muy altas del substrato, v = Vmax, igual que en ausencia de inhibidor

3. Cuanto más pequeño sea el valor de Ki mayor será la potencia del inhibidor competitivo.

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Representación directaInhibición competitiva

s

0 20 40 60 80 100 120

v

0

20

40

60

80

100

120

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1/s-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

1/v

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

-1/Km

-1/(Km(1 + i/Ki))

1/Vmax

Inhibición competitiva - Representación recíproca doble

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COO-

CH2

CH2

COO-

FAD FADH2COO-

CH

CH

COO-

Succinato Fumarato

SDH

Succinato deshidrogenasa COO-

CH2

COO-

Malonato

COO-

C O

CH2

COO-

Oxalacetato

Inhibidorescompetitivos

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COO-

CH2

CH2

COO-

Succinato

COO-

C O

CH2

COO-

Oxalacetato

Inhibidores competitivoscomo ánalogos estructurales

del substrato

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H2N S

O

O

NH2H2N C

O

O-

4-aminobencenosulfonamida

4-aminobenzoato

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N

N

N

N

H2N

N

C NH

O

C H

COO-

CH2

CH2

CO OH

CH3

n

Ác. Fólico

Methotrexate

N

N

N

N

OH

H2N

N

C NH

O

C H

COO-

CH2

CH2

CO OH

H

n

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NH

HN

O

O

CH3

NH

HN

O

O

Br

Timina

5-Bromouracilo

Análogos de base

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OHOCH2

OH

N

O

NH2

OH

OHOCH2

OH

N

O

NH2

OH

Citidina

Citosina arabinósido

Análogos denucleósido

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Un paso más allá en el desarrollo de inhibidores potentes es el concepto de Análogo de Estado de Transición (AET)

- El inhibidor no es estrictamente análogo del substrato, sino del Estado de Transición de la reacción.

- La afinidad de las enzimas por los AET es enorme, del orden nM o pM, con lo que la fijación es tan fuerte que puede considerarse irreversible

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O2N OC

O

O

N+H3C

CH3

CH3

O2N OP

ON+

H3C

CH3

CH3

-O O-

Susbtrato

O2N OC

ON+

H3C

CH3

CH3

-O O-

Estado de transición

O2N OH + ON+

H3C

CH3

CH3

C

O

HO Productos

Análogo deestado de transición

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Substrato

Estado detransición

Análogo deestado de transición

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COO-

H2CNH

-OOC O

NH2

O-

PO O-

O-

PO O-

O-

CH2

COO-

H2CNH

-OOC

O

Aspartatotranscarbamilasa

Estado de transición

Análogo deestado de transición:

N-fosfonoacetil L-aspartato(PALA)

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Angiotensinógeno

Angiotensina IDRVYIHPFHL

Angiotensina IIDRVYIHPF

HL

Renina

Enzima convertidorade Angiotensina, ECA

Hipotensión,hipovolemia,ortostatismo

Aumento de la presión arterial

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C O

HNCH COO-

R

C HR'

NH

C-O C

HO

+

Zn2+

+

Zn2+

C O

NCH COO-

CH3C H

CH-S

H

Análogos de Estado de Transición: Captopril

Estado de transiciónde la ECA

Captopril

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Inhibición Irreversible

- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico de la enzima, modificándola covalentemente

- Su acción no se describe por una constante de equilibrio Ki,

sino por una constante de velocidad ki:

E + I E’

- A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuación del inhibidor.

- Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente tóxicos.

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Algunos tipos de inhibidores irreversibles

1. Reactivos de grupos -SH

2. Organofosfóricos

3. Ligandos de metales

4. Metales pesados

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Reactivos de grupos -SH, 1

(a) Agentes alquilantes

E SH E S CH2 COO-

ICH2 COO- IHYodoacetato

(b) Compuestos insaturados

N CH2 CH3

O

O

E SHE S

N CH2 CH3

O

O

N-Etil maleimida (NEM)

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Reactivos de grupos -SH, 2

(c) Formadores de mercáptidos

HOHg COO-

E SH E S Hg COO-

p-Hidroximercuribenzoato

(d) Oxidantes

Promueven la oxidación de dos tioles a un disulfuro

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Organofosfóricos

CH CH2 OHSer

PF O

CH

CH

H3C CH3

CH3H3C

CH CH2 O P O

CH

CH

H3C CH3

CH3H3C

Ser

DFP:diisopropilfluorofosfato

- Actúan sobre enzimas serínicas- Únicamente sobre la Ser activa- Insecticidas: Parathion, Malathion- Inhibidores de la Acetilcolinesterasa- Neurogases

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Ligandos de coordinación de metales

Es el caso del ion cianuro, CN-

Se fija con gran afinidad a la sexta posición de coordinacióndel Fe hemínico, impidiendo toda modificación posterior.

Por ello actúa sobre sistemas de Fe hemínico con la sexta posición de coordinación libre, como la citocromo oxidasa, de lo que deriva su elevadísima toxicidad

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Substratos suicidas

(Inhibidores activados enzimáticamente)

- Se trata de moléculas que se unen al centro activo de manera específica, igual que el substrato o los inhibidores competitivos

- Una vez unidos al centro activo, la enzima transforma la molécula en una especie química muy reactiva que modifica covalentemente a la enzima, inactivándola

- Tienen por tanto (a) la especificidad del inhibidor competitivo y (b) la potencia de los inhibidores irreversibles

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E + I EI EI* E’ + I*

Modo de acción de los inhibidores suicidas

1 2 3

1. El inhibidor se fija a la enzima igual que el substrato o un inhibidor competitivo convencional

2. La acción catalítica de la enzima convierte al inhibidor I en una especie altamente reactiva I*

3. I* modifica covalentemente a la enzima, inactivándola de forma definitiva al igual que un inhibidor irreversible.

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Ejemplos de inhibidores suicidas, 1

- Sistema de la -lactamasa bacteriana

La utilización masiva de antibióticos -lactámicos (penicilinas,sus derivados semisintéticos y cefalosporinas) ha conducido ala aparición de resistencias a los mismos.

Los microorganismos resistentes a estos antibióticos lo son porproducir una enzima, la -lactamasa, que inactiva a los antibió-ticos -lactámicos.

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R CO NHS

NO

CH3

CH3

COO-

R CO NHS

HN

CH3

CH3

COO-

CO

O-

-Lactamasa

Penicilina (activa)

Ác.peniciloico (inactivo)

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Muy a menudo los preparados de penicilinas o penicilinassemisintéticas se formulan añadiendo un inhibidor suicidade la -lactamasa, el ácido clavulánico

O

NO

COO-

CCH2OH

H-Lactamasa

O

HN

COO-

CCH2OH

H

CO

O-

O

HN

COO-

CCH2OH

H

CO

OCH2CHSer

Esta moléculareacciona con la

serina activa de la-lactamasa,

produciendo suinactivación

Ác.clavulánico

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Ejemplos de inhibidores suicidas, 2

- Sistema de la monoamino oxidasa (MAO) cerebral

Los estados depresivos, en general, están relacionados con undescenso en la concentración de neurotransmisores adrenérgicos(dopamina, noradrenalina, etc.) en determinadas regiones delcerebro.

Una de las enzimas encargadas de la degradación de estos neurotransmisores es la monoamino oxidasa (EC 1.4.3.4).

Por tanto, la inhibición de la monoamino oxidasa se emplea comoterapéutica de los estados depresivos. Se han desarrollado muchosinhibidores suicidas de la MAO

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HO

HO

CHOH CH2 NH2

O2 + H2O

NH3 + H2O2

HO

HO

CHOH CHO

Noradrenalina

Dihidroxifenilglicol

Monoaminooxidasa

La MAO es una flavoproteína:tiene un grupo prostéticoflavínico (FAD) fundamentalpara la catálisis. Los inhibidoressuicidas de la MAO inactivanal cofactor FAD.

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HC C CH N+CH3

CH3

N

NNH

N

H3C

H2C

O

OSE

R

N

NNH

NH

H3C

H2C

O

OSE

R

CH

CHCHN+H3C

H3C

Flavina

Flavina modificada

N,N’ dimetilpropargilamina

(pargilina)

Inhibición suicida de laMAO mediante Pargilina