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Inhibidores

Inhibición de enzimas

Los inhibidores enzimáticos son moléculas que disminuyen la actividad de las enzimas. Los conocimientos sobre los inhibidores pueden usarse, por ejemplo, para desarrollar fármacos o para estudiar las rutas bioquímicas, ya que los inhibidores proporcionan una manera de interferir con estas rutas. Los inhibidores enzimáticos pueden ser irreversibles o reversibles. Los inhibidores irreversibles disminuyen la actividad enzimática destruyendo la enzima mediante diferentes mecanismos; por otra parte, los inhibidores reversibles permiten que la enzima siga siendo funcional. Los inhibidores que estudiaremos aquí son inhibidores reversibles [1].

Tipos de inhibición

Los mecanismos de los inhibidores enzimáticos pueden clasificarse en tres grupos principales: inhibidores competitivos, inhibidores acompetitivos e inhibidores mixtos. Los inhibidores competitivos se unen al sitio activo de la enzima compitiendo con el sustrato; los inhibidores acompetitivos se unen al complejo enzima-sustrato en un sitio diferente al sitio activo, pero no se pueden unir a la enzima únicamente; por último, los inhibidores mixtos se pueden unir tanto a la enzima como al complejo enzima-sustrato en un sitio diferente al sitio activo [1].

Se puede pensar en los mecanismos de inhibición enzimática como una extensión del mecanismo Michaelis-Menten. La inhibición competitiva y la acompetitiva pueden verse como un caso especial de inhibición mixta (ver figura 1.a), en las que KI y K’I son las constantes de disociación del complejo EI y el ESI, respectivamente. Si usamos el mismo enfoque que empleamos para derivar la ecuación de Michaelis-Menten (para una derivación detallada, ver [2]), se puede obtener la siguiente ecuación para la inhibición mixta:

V0 = Vmáx•[S] / Km•α+[S]•α’

En la que α = 1+[I]/KI y α’ = 1+[I]/K’I

Como sucede con la ecuación de Michealis-Menten, esta ecuación puede reordenarse para encajar en una gráfica de dobles recíprocos:

1/V0 = α’/Vmáx + Km•α/Vmáx • 1/[S]

Si α > 1 y α’ > 1, la inhibición es mixta; es inhibición competitiva si α’ = 1; es inhibición acompetitiva si α = 1.

Por tanto, hay tres ecuaciones diferentes para los tres tipos de inhibición. Una gráfica de Lineweaver-Burk de los datos cinéticos puede revelar el tipo de inhibición que lleva a cabo el inhibidor (ver las figuras 1.b, 1.c y 1.d) [1, 2].

Arriba vemos la figura 1.a, que ilustra la reacción enzimática completa y los mecanismos de inhibición enzimática como una extensión de esta. La reacción enzimática está compuesta de diferentes pasos que se ilustran en la reacción de izquierda a derecha. La formación del complejo enzima-sustrato es el primer paso de la reacción completa. Este paso va en ambas direcciones y está ilustrado con una flecha bidireccional; la reacción inversa es la disociación del complejo enzima-sustrato de nuevo en enzima y sustrato. El siguiente paso es la disociación del complejo enzima-sustrato en enzima y producto. También se ilustra la adición de inhibidores a la enzima y al complejo enzima-sustrato en la reacción enzimática completa, donde K I y K’ I son las constantes de disociación del complejo enzima-inhibidor y del complejo enzima-sustrato-inhibidor, respectivamente. Además de esta reacción, tenemos el mecanismo de inhibición enzimática que está ilustrado debajo de la reacción completa. Esta reacción es la formación del complejo enzima-sustrato-inhibidor que se crea a partir del complejo enzima-inhibidor y del sustrato. Esta reacción también va en ambas direcciones, como se ilustra con una flecha bidireccional; la reacción inversa es la disociación del complejo enzima-inhibidor-sustrato en el complejo enzima-inhibidor y el sustrato. Debajo de esta ilustración están las figuras 1.b, 1.c y 1.d. Estas figuras muestran tres gráficas de Lineweaver-Burk diferentes, en las que se ven los tres tipos principales de inhibición. La figura 1.b ilustra la inhibición competitiva; la figura 1.c ilustra la inhibición mixta y la figura 1.d ilustra la inhibición acompetitiva. Todas las gráficas tienen 1 dividido entre V en el eje y y 1 dividido entre la concentración de sustrato en el eje x. La figura 1.b es una gráfica con tres líneas distintas que representan diferentes conjuntos de datos con concentraciones de inhibidor distintas, de modo que tienen pendientes diferentes. Estas 3 líneas se cruzan en el mismo punto en el eje y. Al lado de esta gráfica está la figura 1.c, que es otra gráfica que muestra la inhibición mixta como 3 líneas diferentes. Estas líneas representan diferentes conjuntos de datos con concentraciones de inhibidor distintas y todas las líneas tienen diferentes pendientes y diferentes intersecciones en y. Al lado de esta gráfica está la figura 1.d, que es una gráfica que muestra la inhibición acompetitiva como tres líneas diferentes. Estas líneas representan diferentes conjuntos de datos con diferentes concentraciones de inhibidor acompetitivo, y las líneas tienen las mismas pendientes. Sin embargo, las tres líneas se cruzan en puntos distintos con el eje y.

Figura 1: Figura 1.a: Reacción enzimática completa y la extensión del mecanismo de inhibición enzimática. Figura 1.b, c y d: Gráficas de Lineweaver-Burk que muestran los tres tipos principales de inhibición. Si el lugar de intersección en y es el mismo, pero las pendientes son diferentes, el inhibidor es competitivo. Si tanto las pendientes como los lugares de intersección en y son diferentes, el inhibidor es mixto. Si las pendientes son iguales, pero la intersección en y es diferente, el inhibidor es acompetitivo.

Intoxicación por metanol

La enzima alcohol deshidrogenasa no es únicamente específica del etanol; también cataliza la formación de aldehídos a partir de otros alcoholes. Uno de esos alcoholes es el metanol, que se metaboliza en formaldehído y otros compuestos tóxicos que pueden causar ceguera o incluso la muerte [3]. La intoxicación por metanol es bastante común, y puede deberse a la ingestión de alcohol casero. El metanol y el etanol son, por lo tanto, sustratos competitivos; de hecho, el etanol se usa para prevenir la intoxicación después de la ingesta de metanol, pues inhibe la ADH, de modo que esta no cataliza la oxidación de este compuesto [4].

Cálculo de los parámetros cinéticos

Consulta las páginas siguientes para obtener detalles sobre cómo calcular los parámetros cinéticos para diferentes inhibidores:

Inhibición competitiva

Inhibición acompetitiva

Inhibición mixta/no competitiva

Referencias

  1. Lehninger, Albert L.; Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2008). Principles of Biochemistry (5th ed.). New York, NY: W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-7108-1.

  2. Atkins, Peter W.; de Paula, Julio; Friedman, Ronald (2009). Quanta, Matter, and Change: A molecular approach to physical chemistry. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-920606-3.

  3. Beatty, L., Green, R., Magee, K. and Zed, P. (2013) A Systematic Review of Ethanol and Fomepizole Use in Toxic Alcohol Ingestions. Emerg. Med. Int. 2013, 638057.

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Inhibición acompetitiva