TECNOLOGIA DE LACTEOS Y DERIVADOS
Ao de la Promocin de la Industria Responsable y del Compromiso
Climtico "
UNIVERSIDAD NACIONAL INTERCULTURAL DE LA AMAZONA
Facultad de Ingeniera y Ciencias Ambientales
TEMA:
INHIBICIN ENZIMTICA Y LA REGULACIN DE LA ACTIVIDAD ENZIMTICA
ESTUDIANTE: SANDI CHAVEEZ GONZALES BARDALES DIAZ GARCIA
DADSAFSDGS
Docente:
Blgo. CUCHO FLORES,Carrera profesional: Ing. Agroindustrial
Semestre: 2014 I
YARINA COCHA - PUCALLPA PER06 DE JUNIO DEL 2014
I. OBJETIVOS
Dar a conocer los mecanismos de inhibicin de las enzimas en las
reacciones en las que son protagonistas, y dar a conocer tambin los
tipos de inhibidores. Conocer regulacin de la actividad enzimtica
as como los tipos de reguladores que ayudan a regular las
reacciones enzimticas.
II. INHIBICIN ENZIMTICA.
Existen sustancias que pueden impedir que la enzima desarrolle
su actividad cataltica, ralentizando o paralizando la reaccin
enzimtica. A estas sustancias se las denomina inhibidores
enzimticos. Teniendo en cuenta que las reacciones qumicas en la
clula estn catalizadas por enzimas, es fcil intuir el papel de
muchos inhibidores enzimticos que actan como frmacos, antibiticos o
conservantes; otros pueden ser txicos, potentes venenos. Por
ejemplo, la aspirina (acetilsalicilato) es un analgsico que inhibe
la enzima que cataliza el primer paso en la sntesis de
prostaglandinas, implicadas en la produccin del dolor.
Debemos aclarar que no deben ser incluidos en este grupo de
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 un efecto
profundo y a veces fatal sobre el organismo.
Se conocen dos tipos principales de inhibicin: la reversible y a
la irreversible. La primera implica una unin no covalente del
inhibidor y, por lo tanto, siempre puede revertirse. En la
inhibicin irreversible, el inhibidor se une al enzima de forma
covalente y permanente.
Los inhibidores pueden clasificarse en dos grandes grupos:
1) ReversiblesMs comn, tiene lugar cuando la enzima vuelve a
tener actividad una vez eliminada la sustancia inhibidora. En este
caso, la unin del inhibidor con el enzima se realiza por enlaces no
covalentes, ms fciles de romper. Entre ellos estn la inhibicin
competitiva, la acompetitiva y la no competitiva.
El inhibidor competitivoEl inhibidor se combina reversiblemente
con la enzima en el sitio por el cual se debera unir el sustrato,
formando as un complejo enzima-inhibidor, impidiendo por lo tanto
la formacin del complejo 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 con la enzima pueden presentarse por las
ecuaciones:
La eficacia de un inhibidor competitivo depende de su
concentracin respecto a la del sustrato. Si hay un exceso de
inhibidor ste bloquear los centros activos de las molculas de
enzima, resultando una inhibicin total. No obstante, el proceso es
reversible si se procura exceso de sustrato, que desplazara
totalmente al inhibidor.
En este tipo de inhibidores se incluyen sustancias que
estructuralmente son muy parecidas al sustrato y que por lo pueden
ocupar el lugar que ocupara el mismo sobre la enzima pero que no
pueden ser atacas por la misma.
Un ejemplo clsico de este tipo de inhibicin es el de la
inhibicin de la succinato deshidrogenasa, enzima que tiene por
sustrato el cido succnico, por otras sustancias estructuralmente
parecidas al cido succnico, como el cido malnico, el cido oxlico, y
el cido glutrico.
La succinato deshidrogenasa cataliza la formacin del fumarato,
mediante la eliminacin de un tomo de hidrgeno de cada tomo de
carbono alfa del succinato.
El inhibidor no competitivoSe 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 razn la unin del sustrato con la enzima no es
afectada por la presencia del inhibidor y se puede formar entones
un complejo enzimasustrato- inhibidor. Pero este complejo es
catalticamente inactivo y no puede escindirse en productos de la
reaccin 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 inhibicin se caracteriza entonces porque no puede
ser revertido por un aumento de la concentracin de sustrato. El
sustrato no puede desplazar al inhibidor unido a la enzima.
Experimentalmente ambos tipos de inhibicin pueden distinguirse
fundamentalmente mediante la aplicacin del mtodo de Lineweaver y
Burk antes descripto a la reaccin enzimtica con y sin
inhibidor.
Este tipo de inhibicin se caracteriza entonces porque no puede
ser revertido por un aumento de la concentracin de sustrato. El
sustrato no puede desplazar al inhibidor unido a la enzima.
*En resumen.
Tipo deInhibicinreversibleSitio de unin de laenzimaesquema
competitiva- La unin del substrato y del inhibidor son
mutuamente excluyentes- A muy altasconcentraciones desustrato
desaparece la inhibicin- Por lo general, elinhibidor ompetitivo es
un anlogo qumico delsubstrato.
nocompetitiva- Se une a un lugardiferente del sitio activo la
enzima- Se une a la enzima libre y tambin al
complejoenzima-sustrato
Inhibicin acompetitivaEn este tipo de inhibicin, el I y el S no
compiten por el centro activo del E (de ah que se le llame
inhibicin acompetitiva). El inhibidor (I) solo se une al complejo
ES ya formado, produciendo un complejo inactivo ESI estable.
2) Irreversibles. 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 entre los 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 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.
En el primer caso, una vez establecido el equilibrio, si se
elimina el pcloromercuribenzoato, la reaccin, por el principio de
accin en 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.
Los inhibidores suicidasSon un caso particular de inhibidores
irreversibles, son sustratos modificados que unidos al centro
activo del enzima lo transforma en una especie qumica muy reactiva
que modifica covalentemente al enzima, inactivndola. Tienen, por
tanto, la especificidad del inhibidor competitivo y la potencia de
los inhibidores irreversibles.
Actualmente se utilizan como frmacos dirigidos contra enzimas
especficas. No presentan actividad hasta que se unen al centro
activo de ellas, por lo que suelen ser muy efectivos.
La penicilina modifica covalentemente una transpeptidasa
responsable de la sntesis de la pared celular bacteriana. El
alopurinol es un anlogo estructural de la hipoxantina que inhibe la
xantina oxidasa deforma irreversible, impidiendo que se forme cido
rico, responsable de la gota La aspirina modifica covalentemente
una ciclooxigenasa de la ruta de sntesis de lasprostaglandinas
involucradas en fenmenos de inflamacin y dolor
III. REGULACIN DE LA ACTIVIDAD ENZIMTICA
La interconversin de biomolculas dentro de la clula se da a
partir de vas o rutas metablicas, secuencias de reacciones qumicas
catalizadas por enzimas que llevan a la produccin de los diferentes
componentes celulares. Estas vas pueden ser denominadas anablicas
cuando estn destinadas a la sntesis de un compuesto a partir de
precursores ms pequeos, o catablicas, cuando proceden en el sentido
de degradar compuestos. Algunas vas pueden ser consideradas como
anfiblicas, cuando pueden proceder en uno u otro sentido, y
generalmente comparten algunas enzimas.
Consideremos el camino anfiblico:
Donde E1, E2 y E3 son las enzimas que catalizan cada una de las
reacciones. Como vemos es imposible controlar el flujo en una sola
direccin sin afectar la otra. Por eso, lo que se observa en general
es que las etapas regulatorias de una va metablica anfiblica estn
organizadas de la siguiente manera:
Es decir que siempre habr por lo menos una enzima nicamente
perteneciente a una de las direcciones metablicas. Adems, por lo
general estas reacciones son irreversibles.
Las necesidades fisiolgicas de cada clula hacen que las vas
metablicas sean capaces de cambiar rpidamente de velocidad o
sentido. En realidad, no todas las vas metablicas funcionan a su
mxima capacidad al mismo tiempo y ms an, existen rutas que en
ciertas fases del ciclo celular son anuladas por completo.
Enzimas reguladores: Enzimas alostricos, por unin reversible, no
covalente, de compuestos reguladores (moduladores o efectores
alostricos), metabolitos o cofactores. Enzimas regulados por
modificaciones covalentes reversibles. Enzimas regulados por su
sntesis inactiva: Zimgenos
Enzimas alostricasLas enzimas alostricas son aquellos cuya
actividad est regulada por la unin de distintos efectores a sitios
diferentes (centros alostricos) al que se une el sustrato (centro
activo). Son muy importantes por estar situados en puntos clave
(encrucijadas) de las rutas metablicas.
Los efectores o moduladores los pueden activar (positivos) o
inhibir (negativos), induciendo un cambio conformacional del centro
activo, que facilita o inhibe la actividad enzimtica. La mayora de
los enzimas alostricos son multmeros. Es decir, estn compuestos por
varias subunidades funcionales o protmeros.. Presentan
cooperatividad, el enzima puede estar en dos conformaciones
distintas con diferente actividad enzimtica (estados
conformacionales R y T). La unin de un efector a una subunidad
altera el equilibrio entre ambas conformaciones y el cambio
conformacional se transmite a una o todas las subunidades vecinas.
Como consecuencia de estos fenmenos los enzimas alostricos
presentan curvassigmoidales, al representar V0 frente a [S], por lo
que no se ajustan a la cintica de Michaelis-Menten(curvas
hiperblicas).
REGULACIN POR MODULACIN DE LA ACTIVIDADHay enzimas que pueden
adoptar 2 conformaciones interconvertibles llamadas R (relajada) y
T (tensa). R es la forma ms activa porque se une al sustrato con ms
afinidad. Las formas R y T se encuentran en equilibrio R T(Figura
inferior):
Ciertas sustancias tienden a estabilizar la forma R. Son los
llamadosmoduladores positivos. El propio sustrato es a menudo un
modulador positivo. Las molculas que favorecen la forma R pero que
actan sobre una regin del enzima distinto del centro activo son
losactivadores alostricos(Figura inferior izquierda).Activador
alostrico: favorece la unin del sustratoInhibidor alostrico: impide
la unin del sustrato
Las sustancias que favorecen la forma T y disminuyen la
actividad enzimtica son losmoduladores negativos. Si estos
moduladores actan en lugares distintos del centro activo del enzima
se llaman inhibidores alostricosEFECTO DE LA MODIFICACIN COVALENTE
SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMTICAOtros enzimas pasan de una forma menos
activa a otra ms activa unindose covalentemente a un grupo qumico
de pequeo tamao como el Pio el AMP. Tambin se da el caso inverso,
en el que un enzima muy activo se desactiva al liberar algn grupo
qumico. En las enzimas de las vas degradativas del metabolismo, la
forma fosforilada es ms activa que la no fosforilada, mientras que
en las vas biosintticas ocurre lo contrario. En las figuras
inferiores se ilustra la activacin de una protena por
fosforilacin.Elementos de la reaccinEl enzima no fosforilado es
inactivoEl enzima fosforilado es activo
Tambin se da el caso inverso, en el que un enzima muy activo se
desactiva al liberar algn grupo qumico (defosforilacin,
desadenilacin, etc). En general, las formas fosforilada de las
enzimas de las rutas catablicas (degradativas) del metabolismo, son
ms activas que las defosforiladas, mientras que en las rutas
anablicas (biosintesis) ocurre lo contrario.
Activacin proteoltica: ZimgenosAlgunos enzimas se sintetizan en
forma inactiva, proenzimas o zimgenos, para evitar su accin en el
propio tejido que lo sintestiza. Posteriormente, estos se activan
en el lugar donde tienen que realizar su funcin cataltica. Es
caracterstico de los enzimas digestivos.
La enteropeptidasa inicia la cascada de activacin de los
zimgenos pancreticos, en los primeros tramos del intestino delgado,
activando al tripsingeno en tripsina, que despus ser la encargada
de activar al resto de zimgenos (proelastasa, quimotripsingeno,
procarboxipeptidasa, prolipasa, al propio tripsingeno, etc), en sus
correspondientes formas activas (elastasa, quimotripsina,
carboxipeptidasa, lipasas, tripsina, etc).
IV. CONCLUSION
Se conoci los mecanismos de inhibicin de las enzimas en las
reacciones en las que son protagonistas, y dar a conocer tambin los
tipos de inhibidores. Se conoci la regulacin de la actividad
enzimtica as como los tipos de reguladores que ayudan a regular las
reacciones enzimticas.
V. BIBLIOGRAFIA
Murray Robert k. Bioqumica Harper. Bioqumica Ilustrada 28. ed.
Editorial: McGraw-Hill; 2010 Nelson, D.L. y Cox, M.M. (2005).
Lehninger Principios de Bioqumica. 4 edicin. Ed. Omega. Mathews,
C.K., Van Holde, K.E. y Ahern KG (2002). Bioqumica. 3 edicin. Ed.
Addison Wesley/Pearson Education. Madrid.
Importancia de la KmLa constante de Michaelis-Menten (Km) es un
parmetro cintico importante por mltiplesrazones: Km es la
concentracin de sustrato para la que la velocidad de reaccin es la
mitadde la velocidad mxima. En efecto, si Km = [S], la ecuacin de
Michaelis-Menten sereduce a: v = Vmx /2. El valor de Km da idea de
la afinidad del enzima por el sustrato: A menor Km, mayorafinidad
del enzima por el sustrato, y a mayor Km, menor afinidad. Este
hecho tienefcil explicacin si tenemos en cuenta que Km se define
como (k2+k3/k1), donde lasreacciones 2 y 3 destruyen el complejo
ES, mientras que la reaccin 1 lo forma. As, si Kmes grande, el
complejo ES es inestable pues predomina la tendencia a destruirlo
(pocaafinidad hacia el sustrato), y si Km es pequea, el complejo ES
ser estable, ya quepredomina la tendencia a formarlo (gran afinidad
hacia el sustrato). La Km del sustrato natural es menor que la de
lossustratos anlogos. Si dos sustratos del mismoenzima tienen
distinta Km, el que presente mayor Kmtiene menor afinidad por el
enzima, y la reaccintranscurre siempre a menor velocidad que con
elsustrato de menor Km, salvo a concentracionessaturantes de
sustrato, donde la v = Vmx. Los valores de Km de muchos enzimas
sonprximos a los de la concentracin fisiolgica desus sustratos, de
forma que pequeas variaciones enla [S] pueden suponer grandes
cambios en la velocidadde toda una ruta metablica.