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.