En determinadas condiciones, el inhibidor se puede separar fácilmente de la enzima.

Inhibición reversible competitiva

En este caso, una sustancia similar en estructura al sustrato habitual de la enzima se une al centro activo de la enzima, pero no puede reaccionar con él. Al estar aquí, bloquea el acceso al centro activo a cualquier molécula del sustrato real. Debido a que en este caso el inhibidor y el sustrato compiten por el espacio en el sitio activo de la enzima, esta forma de inhibición se llama inhibición competitiva. Es reversible, ya que a medida que aumenta la concentración del sustrato, aumenta la velocidad de reacción.

6.4. ¿Por qué aumentará la velocidad de reacción en estas condiciones?

Arroz. La figura 6.15 ilustra un ejemplo de inhibición competitiva.

El fenómeno de la inhibición competitiva se utiliza en quimioterapia. El objetivo de la quimioterapia es destruir el agente causante de la enfermedad utilizando determinadas sustancias químicas sin dañar los tejidos del cuerpo huésped. Durante la Segunda Guerra Mundial, fueron ampliamente utilizados para combatir enfermedades infecciosas. sulfas, o sulfonamidas, - derivados del ácido sulfanílico. Las sulfonamidas tienen una estructura química similar al ácido paraaminobenzoico (PABA), un factor de crecimiento esencial para muchas bacterias patógenas. Las bacterias necesitan PABA para la síntesis de ácido fólico, que sirve como cofactor de la enzima. El efecto de las sulfonamidas está asociado con la interrupción de la síntesis de ácido fólico a partir de PABA.

Las células animales no son sensibles a las sulfonamidas, aunque requieren ácido fólico para algunas reacciones. Esto se explica por el hecho de que utilizan ácido fólico convertido; la vía metabólica que aseguraría su síntesis está ausente en los animales.

Inhibición reversible no competitiva

Los inhibidores de este tipo no están relacionados en estructura con el sustrato de esta enzima; En este caso, no es el centro activo de la enzima el que participa en la formación del complejo con el inhibidor, sino alguna otra parte de su molécula (fig. 6.16). La formación del complejo implica un cambio en la estructura globular de la enzima y, aunque el sustrato real todavía está unido a la enzima, la catálisis es imposible. Un ejemplo es el cianuro. Se une a iones metálicos que actúan como grupo protésico en algunas enzimas (en particular, iones de cobre de la citocromo oxidasa) e inhibe la actividad de estas enzimas. A medida que aumenta la concentración del inhibidor, la velocidad de la reacción enzimática disminuye cada vez más. En el momento de la saturación con el inhibidor, resulta prácticamente igual a cero.

En medicina, se están desarrollando y utilizando activamente compuestos que cambian la actividad de las enzimas para regular la velocidad de las reacciones metabólicas y reducir la síntesis de ciertas sustancias en el cuerpo.

La inhibición de la actividad enzimática suele denominarse inhibición, sin embargo, esto no siempre es correcto. Un inhibidor es una sustancia que causa específico disminución de la actividad enzimática. Así, los ácidos inorgánicos y los metales pesados no son inhibidores, pero sí inactivadores, ya que reducen la actividad de muchas enzimas, es decir. acto no específico.

En las actividades científicas, para una descripción más precisa de los procesos de inhibición, se utiliza la cinética de Michaelis-Menten y sus términos: velocidad máxima (Vmax) y constante de Michaelis (Km).

Inhibición enzimática

Se pueden distinguir dos direcciones principales de inhibición.

Dependiendo de la fuerza de unión de la enzima al inhibidor, la inhibición puede ser reversible o irreversible.
Según la proporción entre el inhibidor y el centro activo de la enzima, la inhibición se divide en competitiva y no competitiva.

Inhibición irreversible

Con la inhibición irreversible, se produce la unión o destrucción de los grupos funcionales de la enzima necesarios para la manifestación de su actividad.

Por ejemplo, una sustancia fluorofosfato de diisopropilo Se une fuerte e irreversiblemente al grupo hidroxi de la serina en el sitio activo de la enzima. acetilcolinesterasa, hidrolizando la acetilcolina en las sinapsis nerviosas. La inhibición de esta enzima previene la descomposición de la acetilcolina en la hendidura sináptica, por lo que el transmisor continúa actuando sobre sus receptores, lo que aumenta incontrolablemente la regulación colinérgica.

De manera similar, el fluorofosfato de diisopropilo inhibe la quimotripsina y otras proteasas que tienen serina en el sitio activo (serina proteasas).

El fluorofosfato de diisopropilo es un veneno para los nervios, las sustancias orgánicas de fósforo (sarín, somán) actúan de manera similar. Esto también incluye la sustancia "malatión", que forma parte de los insecticidas (karbofos, diclorvos) y se convierte en un inhibidor de la acetilcolinesterasa en el cuerpo de los insectos y se descompone en productos inofensivos en el cuerpo de los animales y los humanos.

Mecanismo de inhibición irreversible de la acetilcolinesterasa.

Otro ejemplo implica la inhibición. ácido acetilsalicílico(aspirina) la enzima clave en la síntesis de prostaglandinas - ciclooxigenasa. Este ácido forma parte de los fármacos antiinflamatorios y se utiliza para enfermedades inflamatorias y afecciones febriles. La adición de un grupo acetilo al grupo hidroxilo de la serina en el centro activo de la enzima provoca la inactivación de esta última y el cese de la síntesis de prostaglandinas.

Mecanismo de inhibición irreversible de la ciclooxigenasa.

El tercer ejemplo significativo de inhibición irreversible es el efecto de un antibiótico. penicilina para enzima transpeptidasa, que entrecruza cadenas de peptidoglicanos como paso final en la síntesis de la pared celular bacteriana.

inhibición reversible

Con la inhibición reversible, se produce una unión débil del inhibidor a los grupos funcionales de la enzima, como resultado de lo cual la actividad de la enzima se restablece gradualmente.

Un ejemplo de inhibidor reversible es prozerina, unión a la enzima acetilcolinesterasa en su centro activo. Un grupo de inhibidores de la colinesterasa (prozerin, distigmina, galantamina) se utiliza para la miastenia gravis, después de encefalitis, meningitis y lesiones del sistema nervioso central.

Inhibición competitiva

Con este tipo de inhibición, el inhibidor tiene una estructura similar al sustrato enzimático. Por lo tanto, compite con el sustrato por el sitio activo (por el sitio de contacto), lo que conduce a una disminución en la unión del sustrato a la enzima y a una interrupción de la catálisis. Ésta es una característica de la inhibición competitiva: la capacidad de fortalecer o debilitar la inhibición cambiando la concentración del sustrato. Con esta inhibición la velocidad máxima de reacción permanece bastante realizable al crear altas concentraciones de sustrato.

Por ejemplo:

1. Inhibición de la enzima succinato deshidrogenasa del ciclo del ácido tricarboxílico. ácido malónico, cuya estructura es similar a la estructura del sustrato de esta enzima: el ácido succínico (succinato).

Inhibición competitiva de la succinato deshidrogenasa.

2. Los inhibidores competitivos también incluyen antimetabolitos o pseudosustratos, por ejemplo, agentes antibacterianos sulfonamidas, similar en estructura al ácido paraaminobenzoico, un componente del ácido fólico. Cuando se trata con sulfonamidas, se produce competencia en la célula bacteriana entre la sulfanilamida y el ácido paraaminobenzoico durante la síntesis del ácido dihidrofólico, lo que provoca un efecto terapéutico.

3. Otros ejemplos de inhibidores competitivos medicinales incluyen

inhibidor de la síntesis de colesterol lovastatina, inhibiendo reversiblemente la HMG-S-CoA reductasa,
fármaco antitumoral metotrexato, inhibiendo irreversiblemente la dihidrofolato reductasa,
anticoagulante indirecto dicumarol, un competidor de la vitamina K,
medicamento antihipertensivo metil-DOPA, suprimiendo la actividad de la DOPA descarboxilasa,
remedio para la gota alopurinol, inhibiendo la xantina oxidasa.

Un ejemplo de competencia pero no inhibición (!), es la interacción etanol Y metanol para el sitio activo de la alcohol deshidrogenasa. En este caso no existe inhibición como tal, sino que el alcohol cuya concentración es mayor se une al centro activo de la enzima. Este efecto se utiliza en pacientes con intoxicación por metanol para los cuales el alcohol etílico es un antídoto.

Inhibición no competitiva

Este tipo de inhibición está asociado con la unión del inhibidor no en el centro activo, sino en otro lugar de la molécula. Pero al mismo tiempo, la estructura del centro activo cambia y la comunicación con el sustrato se vuelve imposible. Esto puede ser una inhibición alostérica, cuando la actividad de la enzima se reduce mediante moduladores naturales, o la unión de cualquier sustancia a la enzima fuera del centro activo y alostérico. Por ejemplo:

ácido cianhídrico(cianuro) se une al hierro hemo de las enzimas de la cadena respiratoria y bloquea la respiración celular,
unión de iones metales pesados(Cu 2+, Hg 2+, Ag +) con grupos SH de proteínas.

Otro ejemplo es la fructosa-1,6-bifosfato que, al inhibir la adenilosuccinato sintetasa (síntesis de nucleótidos de purina), sincroniza el funcionamiento del ciclo de los nucleótidos de purina y la glucólisis en el músculo, que suministra energía para la contracción muscular.

Una característica de un inhibidor no competitivo es su capacidad para unirse a la enzima independientemente del sustrato, es decir. cambio en la concentración del sustrato no tiene efecto para formar un complejo enzima-inhibidor.

Inhibición no competitiva

En este caso, el inhibidor se une en el sitio activo a sustrato enzimático complejo. Aumentar la concentración del sustrato, aumentar la cantidad del complejo enzima-sustrato y también mejora la unión del inhibidor a él. Por tanto, la inhibición no competitiva es más compleja que otros tipos de inhibición.

Un ejemplo de inhibición no competitiva suele denominarse unión. penicilina y enzima transpeptidasas, que asegura la reticulación de las cadenas de peptidoglicano durante la síntesis de la pared celular bacteriana.

La penicilina se integra en el sitio activo de la enzima y su anillo lactámico imita transicional el estado de la enzima es enzima-sustrato. Aunque la situación es similar a la inhibición competitiva, debido a la reducción simultánea Vmáx Y kilómetros este caso está clasificado como no competitivo.

Usando el ejemplo de la penicilina, la llamada inhibición del suicidio. En él, el sustrato se une inicialmente a la enzima de forma reversible y luego forma un compuesto covalente estable con el sitio activo, lo que conduce a la inhibición de la actividad enzimática.

Inhibición mixta

Con esta inhibición, el inhibidor puede unirse a todas partes, no solo al centro activo, sino también a otras partes de la molécula. Pero después de esto, la enzima todavía puede conservar parcialmente su actividad. Un ejemplo es la influencia mertiolato(organomercurio) en sacarasa hongos micromicetos para suprimir su crecimiento.

Con la inhibición irreversible, se produce la unión o destrucción de los grupos funcionales de la enzima necesarios para la manifestación de su actividad.

Mecanismo de inhibición irreversible de la acetilcolinesterasa.

Otro ejemplo implica la inhibición. ácido acetilsalicílico(aspirina) la enzima clave en la síntesis de prostaglandinas - ciclooxigenasa. Este ácido forma parte de los fármacos antiinflamatorios y se utiliza para enfermedades inflamatorias y afecciones febriles. La adición de un grupo acetilo al grupo amino en el centro activo de la enzima provoca la inactivación de este último y el cese de la síntesis de prostaglandinas.

Mecanismo de inhibición irreversible de la ciclooxigenasa.

inhibición reversible

Con la inhibición reversible, se produce una unión débil del inhibidor a los grupos funcionales de la enzima, como resultado de lo cual la actividad de la enzima se restablece gradualmente.

Inhibición competitiva

Con este tipo de inhibición, el inhibidor tiene una estructura similar al sustrato enzimático. Por lo tanto, compite con el sustrato por el sitio activo, lo que conduce a una disminución de la unión del sustrato a la enzima y a la interrupción de la catálisis. Ésta es una característica de la inhibición competitiva: la capacidad de fortalecer o debilitar la inhibición cambiando la concentración del sustrato.

Por ejemplo:

1. Interacción competitiva etanol Y metanol para el centro activo alcohol deshidrogenasa.

2. Inhibición ácido succinato deshidrogenasa malónico, cuya estructura es similar a la estructura del sustrato de esta enzima: el ácido succínico (succinato).

Oremburgo – 2010

1.1 Inhibición reversible

1.1.2 Inhibición no competitiva

1.1.3 Inhibición no competitiva

1.2 Inhibición irreversible

1.3 Inhibición alostérica

2. Un nuevo tipo de inhibición de la actividad enzimática.

3. Uso de inhibidores enzimáticos

CONCLUSIÓN

Lista de literatura usada

1. Inhibidores enzimáticos. Tipos de inhibición de la actividad enzimática.

Se sabe que la actividad enzimática se puede reducir con relativa facilidad mediante una variedad de influencias. Esta reducción en la velocidad de las reacciones enzimáticas suele denominarse inhibición de la actividad o inhibición de las enzimas.

Fig. 1. Esquema de activación e inhibición de la acción de la enzima (según Yu. B. Filippovich): a. – centro alostérico de la enzima; K - centro catalítico; c - centro del sustrato

Las enzimas son proteínas, por lo que su actividad puede reducirse o eliminarse por completo mediante efectos que conduzcan a la desnaturalización de las proteínas (calentamiento, acción de ácidos concentrados, álcalis, sales de metales pesados, etc.). Se trata de una supresión inespecífica de la actividad enzimática, que Es importante en el estudio de reacciones enzimáticas, no tiene especial interés para estudiar su mecanismo. Mucho más importante es el estudio de la inhibición utilizando sustancias que interactúan específica y generalmente en pequeñas cantidades con las enzimas: los inhibidores de enzimas. Descifrar los mecanismos de muchos procesos biológicos, como la glucólisis, el ciclo de Krebs y otros, fue posible sólo como resultado del uso de inhibidores específicos de varias enzimas (N.E. Kucherenko, Yu.D. Babenyuk et al., 1988).

Algunos inhibidores de enzimas son sustancias medicinales eficaces para el cuerpo animal y humano, otros son venenos mortales (V.P. Komov, V.N. Shvedova, 2004).

Los inhibidores interactúan con los centros activos de la molécula enzimática, inactivando los grupos funcionales de las proteínas. Pueden interactuar con metales que forman parte de moléculas enzimáticas y complejos enzima-sustrato, inactivándolos. Altas concentraciones de inhibidores destruyen las estructuras cuaternaria, terciaria y secundaria de la molécula de enzima, provocando su desnaturalización (A.I. Kononsky, 1992).

Recientemente se han descubierto las antienzimas (antienzimas o antizimas), que son proteínas que actúan como inhibidores de enzimas. Estas sustancias incluyen, por ejemplo, el inhibidor de la tripsina, que se encuentra en la soja, y la antitripsina sérica. La antienzima ornitina descarboxilasa se descubrió recientemente en el hígado de animales. Lo más probable es que las antizimas formen complejos difíciles de disociar con las enzimas correspondientes, excluyéndolas de las reacciones químicas. A veces, el inhibidor es un componente integral de un precursor enzimático o es parte de complejos enzimáticos complejos. Sin embargo, aún no se ha aclarado si tales antienzimas son verdaderos inhibidores o subunidades reguladoras.

Si un inhibidor provoca cambios persistentes en la estructura terciaria espacial de la molécula de enzima o modificación de los grupos funcionales de la enzima, entonces este tipo de inhibición se denomina irreversible. Sin embargo, lo más frecuente es que se produzca una inhibición reversible, que puede cuantificarse mediante la ecuación de Michaelis-Menten. La inhibición reversible, a su vez, se divide en competitiva y no competitiva.

En la práctica, muchos inhibidores no exhiben las propiedades características de la inhibición puramente competitiva o puramente no competitiva. Otra forma de clasificar los inhibidores se basa en la naturaleza de su sitio de unión. Algunos de ellos se unen a la enzima en el mismo lugar que el sustrato (en el centro catalítico), mientras que otros se unen a una distancia considerable del centro activo (en el centro alostérico) (R. Murray, D. Grenner et al., 1993).

1.1 Inhibición reversible

Existen tres tipos de inhibición enzimática reversible: competitiva, no competitiva y no competitiva, dependiendo de si la inhibición de la reacción enzimática puede o no superarse aumentando la concentración del sustrato.

1.1.1 Inhibición competitiva

Un inhibidor competitivo compite con un sustrato por unirse al sitio activo, pero a diferencia de un sustrato, un inhibidor competitivo unido a una enzima no sufre conversión enzimática. Lo bueno de la inhibición competitiva es que puede eliminarse o reducirse simplemente aumentando la concentración del sustrato. Por ejemplo, si a determinadas concentraciones de sustrato e inhibidor competitivo, la actividad enzimática se inhibe en un 50%, entonces podemos reducir el grado de inhibición aumentando la concentración de sustrato.

En su estructura tridimensional, los inhibidores competitivos suelen parecerse al sustrato de una enzima determinada. Gracias a esta similitud, el inhibidor competitivo logra “engañar” a la enzima y contactarla. La inhibición competitiva se puede estudiar cuantitativamente basándose en la teoría de Michaelis-Menten. El inhibidor competitivo I simplemente se une de forma reversible a la enzima E, formando un complejo con ella.

La inhibición competitiva puede reconocerse más fácilmente experimentalmente determinando el efecto de la concentración del inhibidor sobre la dependencia de la velocidad de reacción inicial de la concentración del sustrato. Para aclarar la cuestión de qué tipo, competitiva o no competitiva, se produce la inhibición reversible de la enzima, se utiliza el método de los dobles recíprocos. A partir de gráficos construidos en coordenadas inversas dobles, también es posible determinar el valor de la constante de disociación del complejo inhibidor enzimático (ver Fig. 1) (A. Leninger, 1985)

La inhibición competitiva puede ser causada por sustancias que tienen una estructura similar a la del sustrato, pero ligeramente diferente de la estructura del sustrato verdadero. Esta inhibición se basa en la unión del inhibidor al sitio de unión al sustrato (activo) (ver Fig. 2).

Arroz. 2. Principio general de inhibición competitiva (esquema según V.L. Kretovich). E - enzima; S - sustrato; P 1 y P 2 - productos de reacción; Yo - inhibidor.

Un ejemplo es el efecto del ácido malónico en una reacción catalizada por la succinato deshidrogenasa y asociada con la conversión de ácido succínico en ácido fumárico. La adición de ácido malónico a la mezcla de reacción reduce o detiene completamente la reacción enzimática porque es un inhibidor competitivo de la succinato deshidrogenasa. La similitud del ácido malónico con el ácido succínico es suficiente para formar un complejo con la enzima, pero no se produce la descomposición de este complejo. Cuando aumenta la concentración de ácido succínico, desplaza al ácido malónico del complejo, como resultado, se restablece la actividad de la succinato deshidrogenasa.

Arroz. 3. Inhibición competitiva de la reacción de conversión de ácido succínico en ácido fumárico bajo la influencia del ácido malónico.

Las estructuras del sustrato (succinato) y del inhibidor (malonato) siguen siendo algo diferentes. Por tanto, compiten por la unión al sitio activo, y el grado de inhibición estará determinado por la relación de las concentraciones de malonato y succinato, y no por la concentración absoluta del inhibidor. Por tanto, el inhibidor puede unirse de forma reversible a la enzima, formando un complejo enzima-inhibidor. Este tipo de inhibición a veces se denomina inhibición del antagonismo metabólico (ver Fig. 3).

En forma general, la reacción entre un inhibidor y una enzima se puede representar mediante la siguiente ecuación:

El complejo resultante, llamado complejo enzima-inhibidor EI, a diferencia del complejo enzima-sustrato ES, no se descompone para formar productos de reacción.

Muchos fármacos inhiben competitivamente las enzimas humanas y animales. Por ejemplo, las sulfonamidas se utilizan para tratar algunas enfermedades infecciosas causadas por bacterias. Resultó que estos fármacos son estructuralmente similares al ácido paraaminobenzoico, que la célula bacteriana utiliza para sintetizar ácido fólico, que es una parte integral de las enzimas bacterianas. Debido a esta similitud estructural, la sulfonamida bloquea la acción de la enzima desplazando al ácido paraaminobenzoico del complejo con la enzima que sintetiza el ácido fólico, lo que conduce a la inhibición del crecimiento bacteriano.

La estructura de peptidoglicano de la pared celular bacteriana incluye D-alanina, que está ausente en el cuerpo de animales y humanos. Para sintetizar la pared celular, las bacterias utilizan la enzima alanina racemasa para convertir la L-alanina animal en forma D. La alanina racemasa es característica de las bacterias y no se encuentra en los mamíferos. Por tanto, representa un buen objetivo para la inhibición de fármacos. La sustitución de uno de los protones del grupo metilo por flúor produce fluoroalanina, a la que se une la alanina racemasa, lo que da como resultado su inhibición.

Algunas sustancias causan daños irreversibles. inhibición enzimática. Veamos dos ejemplos de este tipo.

Concentraciones muy bajas de iones de metales pesados, como mercurio (Hg2+), plata (Ag+) y arsénico (As+), así como ciertos compuestos que contienen yodo, son completamente inhibir algunas enzimas. Estas sustancias se combinan irreversiblemente con grupos sulfhidrilo (-SH) en la molécula de la enzima (fig. 4.13), y los grupos sulfhidrilo pueden ubicarse tanto en el sitio activo de la enzima como fuera de él. En cualquier caso, la estructura de la enzima se altera y pierde su capacidad de catalizar. También puede producirse precipitación de la proteína enzimática.

Otro ejemplo de inhibición irreversible- el efecto del fluorofosfato de diisopropilo (DFP), un compuesto del grupo de los agentes nerviosos. La DPP se une a un residuo de aminoácido serina ubicado en el sitio activo de la enzima acetilcolinesterasa. Esta enzima inactiva la acetilcolina, que desempeña el papel de neurotransmisor. Una de las funciones de la acetilcolina es asegurar la transmisión de impulsos nerviosos de una neurona a otra a través de la hendidura sináptica.

Casi inmediatamente después de la transferencia del siguiente El pulso de acetilcolinesterasa inactiva la acetilcolina., dividiendo sus moléculas. Si se inhibe la adetilcolinesterasa, luego se acumula acetilcolina, los impulsos nerviosos se suceden uno tras otro y el músculo no se relaja durante mucho tiempo. Al final se produce parálisis y puede producirse la muerte, ya que los músculos del tórax también se ven afectados, provocando un paro respiratorio. Algunos de los insecticidas que se utilizan actualmente (por ejemplo, el paratión) tienen el mismo efecto sobre los insectos. También pueden dañar los sistemas nervioso y muscular humanos.

enzimas alostéricas

Una de las formas más comunes de regular las vías metabólicas es mediante la regulación. enzimas alostéricas. alostérico son enzimas cuya acción "por definición" está asociada con un cambio de forma (alios - diferente, otro; estéreos - forma).

La actividad de tales enzimas está regulada por sustancias que actúan como inhibidores no competitivos. Estas sustancias se unen a enzimas en sitios especiales distantes del centro activo y cambian la actividad de la enzima, provocando un cambio reversible en la estructura del centro activo.

Como resultado, la capacidad del sustrato para unirse a la enzima también cambia (en qué se diferencia este fenómeno de inhibición no competitiva). Las sustancias que actúan de esta manera se denominan inhibidores alostéricos. La figura explica el mecanismo de inhibición alostérica.

Un ejemplo de este fenómeno Es una reacción que ocurre durante la glucólisis, que es una de las etapas de la respiración celular. La respiración celular sirve como fuente de ATP. Si la concentración de ATP es alta, entonces el ATP, actuando como un inhibidor alostérico, inhibe la actividad de una de las enzimas glucolíticas. Si el metabolismo celular aumenta y, por lo tanto, se consume ATP y su concentración total disminuye, una vez que se elimina el inhibidor, esta vía metabólica vuelve a entrar en vigor. Esto también puede servir como ejemplo de inhibición del producto final.