Esta monografía muestra información sobre el análisis cinético de inhibición enzimática. Esta monografía presenta algunos objetivos los cuales son: a) Conocer el análisis cinético de inhibición enzimática; b) Explicar la Inhibición competitiva, no competitiva; c) Explicar Inhibición irreversible, fármacos como inhibidores y antimetabolitos; d) Conocer y entender el mecanismo de las enzimas alostéricas; e) Conocer los diferentes mecanismos de catálisis. Para buen entendimiento, se explica cada punto en esta monografía. Finalmente se cumplieron los objetivos mediante una exposición.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN
‘’NUEVOS TIEMPOS, NUEVOS LÍDERES, NUEVAS PERSPECTIVAS’’
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE FARMACIA Y BIOQUÍMICA
ANÁLISIS CINÉTICO DE INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
PRESENTADO POR : Gómez Mamani, Maryori. 2014-125030.
Vilca Quispe, Rina. 2013-387
Yucra Macedo, Michael 2012-36761.
Cruz Chacolla, Manuel 2012-36750.
Chávez Cruz, Daniel. 2014-125018.
CURSO : Bioquímica clínica I.
DOCENTE : Q.F. Nelson Arteaga.
AÑO : 3er año.
TACNA-PERÚ
2016

2. Análisis cinético de inhibición
enzimática:
 Los inhibidores enzimáticos son
moléculas que se unen a enzimas y
disminuyen su actividad. Puesto que el
bloqueo de una enzima puede matar a
un organismo patógeno o corregir un
desequilibrio metabólico, muchos
medicamentos actúan como inhibidores
enzimáticos. También son usados como
herbicidas y pesticidas. Sin embargo, no
todas las moléculas que se unen a las
enzimas son inhibidores; los activadores
enzimáticos se unen a las enzimas e
incrementan su actividad.

3.  Muchos medicamentos son inhibidores
enzimáticos, por lo que su descubrimiento y
mejora es un campo de investigación activo
en la bioquímica y la farmacología. La validez
de un inhibidor enzimático medicinal suele
venir determinada por su especificidad (su
incapacidad de unirse a otras proteínas) y su
potencia (su constante de disociación, la cual
indica la concentración necesaria para inhibir
a una enzima). Una alta especificidad y
potencia asegura que el medicamento va a
tener pocos efectos secundarios y por tanto
una baja toxicidad.

4.  Muchas sustancias alteran la actividad
de una enzima combinándose con ella
de forma que influye el enlazamiento del
sustrato y/o el número de recambio. Las
sustancias que reducen la actividad de
la enzima en esta forma se conocen
como inhibidores. Gran parte del arsenal
farmacéutico moderno consta de
inhibidores de enzimas. Por ejemplo, el
SIDA es tratado casi exclusivamente con
drogas que inhiben las actividades de
una variedad de enzimas virales.

5.  Los inhibidores de enzima reversibles
disminuyen la actividad de la enzima
interactuando reversiblemente con ella.
Algunos inhibidores de enzima son
sustancias que se parecen estructuralmente
a los sustratos de las enzimas pero bien sea
que no reaccionan o reaccionan muy
lentamente. Estas sustancias se usan
comúnmente para probar la naturaleza
química y conformacional del sitio activo de
una enzima en un esfuerzo por aclarar el
mecanismo catalítico de las enzimas. Otros
inhibidores afectan la actividad catalítica sin
interferir con el enlazamiento del sustrato.

7.  Existen sustancias que pueden impedir que la
enzima desarrolle su actividad catalítica,
ralentizando o paralizando la reacción enzimática.
A estas sustancias se las denomina inhibidores
enzimáticos. Teniendo en cuenta que las
reacciones químicas en la célula están catalizadas
por enzimas, es fácil intuir el papel de muchos
inhibidores enzimáticos que actúan como
fármacos, antibióticos o conservantes; otros
pueden ser tóxicos, potentes venenos.

8.  INHIBICION REVERSIBLE
 INHIBICION IRREVERSIBLE

9. INHIBICION REVERSIBLE
 Los distintos modelos de inhibición reversible implican la unión no
covalente del inhibidor con la enzima, pero difieren en los mecanismos por
medio de los cuales reducen la actividad enzimática y en la forma en que
afectan a la cinética de la reacción. Entre ellos están la inhibición
competitiva, la acompetitiva y la no competitiva.


10. Inhibidor Competitivo
 Es una sustancia similar en estructura al
sustrato, con quien compite por el sitio
activo de la enzima.
 El inhibidor se une al enzima
reversiblemente en el mismo sitio que es
substrato y por tanto inhibidor y
substrato compiten por el mismo sitio.

12.  De acuerdo con esto podemos
deducir que la magnitud de la
inhibición dependerá de la [I] y
que un exceso de S elimina la
inhibición pues se usará toda
la enzima libre y el equilibrio
se desplazará hacia la
formación de ES, y de allí a la
formación de P.
 A partir de las
ecuaciones
planteadas se puede
obtener la ecuación:

13. Inhibidor No Competitivo
 Puede combinarse tanto con la enzima libre como con el
complejo enzima-sustrato, sin afectar al sitio activo de la
enzima.

16. Inhibidor Acompetitiva
 Reacciona con la enzima en un punto distinto al centro activo,
pero sólo en el caso de que ésta esté unida al sustrato
formando el complejo ES; de esta forma impide que la enzima
desarrolle su actividad catalítica.

20.  Inhibición irreversible:
se diferencia de la reversible en la imposibilidad que presenta
para regenerar la actividad enzimática. Esto se debe a la
unión covalente que se crea entre el inhibidor y la enzima.
  Bloquean unión al sustrato
  Inhiben actividad
 Por lo general son altamente tóxicos. Casi todos los
inhibidores enzimáticos irreversibles son sustancias tóxicas
(naturales o sintéticas).

21. Tipos de inhibiciones
irreversibles
 Los inhibidores irreversibles
son generalmente
específicos para un tipo de
enzima y no inactivan a
todas las proteínas.
 No funcionan destruyendo
la estructura proteínica,
sino alterando
específicamente la
estructura tridimensional
del sitio activo
inhabilitándolo. Por
ejemplo, el pH y las
temperaturas extremas
causan la desnaturalización
de casi todas las proteínas,
pero este no es un efecto
específico
Reacción del inhibidor
irreversible
diisopropilfluorofosfato (DFP)
con una serín-proteasa.

22. Análisis de la inhibición
irreversible los inhibidores irreversibles forman inicialmente un
complejo reversible y no covalente con la enzima (EI o
ESI), que reaccionará posteriormente para producir una
modificación covalente en lo que se denomina el
"complejo del punto muerto" EI*. La tasa a la cual se
forma EI* es llamada tasa de inactivación o kinact.
Puesto que la formación de EI puede competir con ES, la
unión de los inhibidores irreversibles puede ser prevenida
por competencia tanto con el sustrato como con un
segundo inhibidor reversible.

23. Casos especiales
 Estos inhibidores de unión fuerte suelen
mostrar una cinética similar a la de los
inhibidores irreversibles que forman enlaces
covalentes. En estos casos, algunos de estos
inhibidores se unen rápidamente a la enzima
formando un complejo EI de baja afinidad, que
después experimenta una reacción más lenta
hacia un complejo EI muy fuertemente unido
(ver la imagen arriba). Este comportamiento
cinético es denominado unión lenta.
Mecanismo químico
para inhibición
irreversible de la
ornitina descarboxilasa
por medio de DFMO. El
piridoxal 5'-fosfato (Py)
y la enzima (E) no se
muestran.

24. Fármacos
 Los inhibidores enzimáticos son utilizados
principalmente como fármacos en el tratamiento
de diversas enfermedades. Muchos de estos
inhibidores son capaces de actuar sobre
enzimas humanas y así corregir determinadas
patologías. Sin embargo, no todos los fármacos
son inhibidores enzimáticos. Algunos de ellos,
tales como los fármacos anti-epilépticos, alteran
la actividad enzimática de forma indirecta,
aumentando o disminuyendo la síntesis de dicha
enzima.

25.  Un ejemplo de inhibidor enzimático terapéutico
es el sildenafil (Viagra), utilizado como tratamiento
de la disfunción eréctil. Este compuesto es un
potente inhibidor de la fosfodiesterasa tipo 5
específica de GMPc, una enzima que degrada
una molécula de señalización celular, el GMPc.
 El sildenafil inhibe la actividad de la enzima que
degrada la señal, el GMPc, uniéndose al mismo
sitio que éste debido a su similaridad estructural.
Esto permite que el GMPc no sea degradado y
pueda permanecer activo durante períodos más
largos de tiempo.

26.  Otro ejemplo de similaridad estructural
entre inhibidores y sustratos enzimáticos
es el metotrexato un fármaco, y el ácido
fólico, un coenzima. El ácido fólico es la
forma oxidada del sustrato de la
dihidrofolato reductasa, una enzima
implicada en la biosíntesis de timidina,
purinas y aminoácidos. El metotrexato es
un potente inhibidor de esta enzima que,
al estar relacionada con la síntesis de
nucleótidos, presenta una toxicidad
específica de aquellas células con una
rápida tasa de crecimiento.

27.  Otro tipo de inhibidores enzimáticos son
utilizados con el fin de inhibir aquellas
enzimas necesarias para la supervivencia de
patógenos. Por ejemplo, las bacterias
presentan una gruesa pared celular
compuesta principalmente de un polímero
denominado peptidoglicano
 En la figura se puede apreciar una molécula
de penicilina unida a su diana, la
transpeptidasa de la bacteria Streptomyces
R61 (la proteína se muestra en un formato de
cintas y la penicilina en un formato de esferas
y barras). Estructura tridimensional del
complejo formado por la
penicilina G unida a la
transpeptidasa de
Streptomyces. Generado
mediante PDB 1PWC

28. Control metabólico
 Los inhibidores enzimáticos son también
importantes a nivel del control
metabólico. Muchas de las rutas
metabólicas que tienen lugar en la célula
son inhibidas por metabolitos que
controlan la actividad enzimática
mediante procesos de regulación
alostérica o inhibición por sustrato. A
modo de ejemplo cabe destacar la
regulación alostérica de la glucólisis

30. ENZIMAS ALOSTÉRICAS

32. ENZIMAS ALOSTÉRICAS

33. EFECTOS -
COOPERATIVIDAD

34. TIPOS DE ENZIMAS
ALOSTÉRICAS:

35. FORMAS DE
SUBUNIDADES

36. Activador alostérico:
favorece la unión del
sustrato
Inhibidor alostérico:
impide la unión del
sustrato

38. CINÉTICA DE LAS ENZIMAS
ALOSTÉRICAS:
 Su comportamiento cinético
esta alterado por las
variaciones de la
concentración del modulador
alostérico.
 Las enzimas homotrópicas
muestran una curva sigmoidal
en las gráficas de velocidad
de Michaelis - Menten.
 La curva sigmoidal implica
que la unión de la primera
molécula de sustrato con la
enzima intensifica la unión de
las moléculas de S

39. CARACTERÍSTICAS

40.  La más estudiada es la Aspartato-
transcarbamilasa, conocida como ATCasa,
que cataliza la reacción:
 Carbamil fosfato + L-aspartato -> N-
carbamoil-L-aspartato+Pi->CTP
 Que corresponde a la etapa inicial de la
biosíntesis del nucleótido de pirimidina
(CTP). El CTP, producto final actúa como
modulador negativo de la ATCasa. Un
modulador positivo de esta enzima es el
ATP, que invierte el efecto inhibidor del
CTP.

41. PROPIEDADES CINÉTICAS:
 Las propiedades cinéticas de las
enzimas alostéricas se han explicado
en términos de un cambio de
conformación entre un estado de baja
actividad, baja afinidad, "tenso" o T y
un estado de alta actividad, alta
afinidad, "relajado" o R.

43. El significado de las curvas de
forma-S, con y sin inhibidor
 Cuando la [ ] de sustrato se
incrementa, el sustrato se une a
la enzima y dispara el cambio
de conformación hacia la
conformación activa de la
enzima.
 En presencia de inhibidor, se
requiere mayor [ ] de sustrato
para que la enzima cambie a su
conformación activa. Sin
embargo, cuando se alcanza la
suficiente [ ] de sustrato para
disparar el cambio hacia la
conformación activa, el sustrato
se une cooperativamente (curva
con forma-S) y la misma Vmáx
se alcanza, en presencia o

44. MECANISMOS DE
REGULACIÓN ENZIMÁTICA:

45. REGULACIÓN ALOSTÉRICA
ALOSTERISMO

46. s si
Centro
activo
Centro
alostérico
Centro
alostérico
Centro
activo
En ausencia de inhibidor,
el substrato se fija normal-
mente al centro activo
Cuando el inhibidor ocupa
el centro alostérico, tiene
lugar un cambio conformacional
en el centro activo que impide la
fijación del substrato
Inhibición alostérica

47.  Ciertas sustancias tienden a estabilizar la
forma R. Son los llamados moduladores
positivos.
 El propio sustrato es a menudo un modulador
positivo. Las moléculas que favorecen la
forma R pero que actúan sobre una región
del enzima distinta del centro activo son los
activadores alostéricos.
 Las sustancias que favorecen la forma T y
disminuyen la actividad enzimática son los
moduladores negativos.
 Si estos moduladores actúan en lugares
distintos del centro activo del enzima se
llaman inhibidores alostéricos.

48. TIPOS DE EFECTORES
ALOSTÉRICOS

49. ENZIMAS HOMOTRÓPICAS

50. ENZIMAS
HETEROTRÓPICAS

51. MECANISMOS DE ACTIVIDAD
REGULADORA DE LAS
ENZIMAS ALOSTÉRICAS:
 Estudia los mecanismos moleculares
mediante los cuales la unión del
modulador al centro regulador puede,
alterar la actividad del centro
catalítico. Esta explicación se ha
obtenido de los estudios con la
hemoglobina, a través de dos
modelos: Secuencial y el de Simetría.

52. 1. Modelo de simetría:
 Modelo propuesto por J. Monod. Establece
que la unión de la primera molécula de
sustrato incrementa la tendencia de las
restantes subunidades a experimentar
transición a la forma de elevada afinidad, a
través de un efecto de todo o nada.
Hallándose todas las subunidades en estado
de baja o elevada afinidad.

53. 2. Modelo secuencial:
 Modelo propuesto por D.E. Koshland.

54. UN SISTEMA ALOSTÉRICO
CLÁSICO ES LA HEMOGLOBINA:
1. La fijación de su “substrato”, O2, es de tipo
sigmoide
2. La fijación del “substrato” puede inhibirse por
efectores (H+, CO2, 2,3-BPG) que no actúan sobre
el “Centro Activo” (grupo hemo)
3. Las subunidades, por separado, presentan
cinética michaeliana en la fijación de O2

55. Cinéticas michaeliana y sigmoide:
Mioglobina y Hemoglobina
s
0 2 4 6 8 10 12
Y
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Mioglobina
Hemoglobina

56. MODULACIÓN
ALOSTÉRICA:
 Hay enzimas que pueden adoptar 2
conformaciones interconvertibles
llamadas R (relajada) y T (tensa). R
es la forma más activa porque se une
al sustrato con más afinidad. Las
formas R y T se encuentran en
equilibrio R <=> T.

58. Tipos de catalisis
A Catálisis ácido- base
B Catálisis covalente
C Catálisis por iones metálicos
D Catálisis electrostática
E Catálisis mediante efectos de
proximidad y orientación
F Catálisis por fijación del estado de
transición

59. Catálisis ácido- base
 Cuando se da esta catálisis en
soluciones acuosas los efectos mas
importantes son los provocados por
los iones hidronio o hidroxilo de la
solución.
 Si estos 2 tipos son los únicos
catalizadores presentes la catálisis
acido-base se denomina especifica.

60. Acido-base general
 La catálisis ácida general es un
proceso en el que la transferencia
parcial de un protón desde un ácido
(especie que puede donar protones)
disminuye la energía del estado de
transición en una reacción.
 La catálisis básica general si la
velocidad de una reacción aumenta
debido a la abstracción parcial de un
protón por una base (especie que puede
aceptar un protón).

61. Catálisis ácido- base (tautomerización
ceto-enol)

62. Catálisis ácido- base (mutorrotación de la
glucosa)

63. Catálisis ácido- base
Muchos ácidos
orgánicos débiles
pueden suplementar
a el agua como
dadores de protones
en esta situación del
mismo modo que
bases orgánicas
débiles pueden servir
como aceptores de
protones.

64. Catálisis covalente
 Supone aceleración de la velocidad
de reacción a través de la formación
transitoria de un enlace entre la
enzima y el sustrato.
 La catálisis covalente se puede
descomponer en 3 pasos:

65.  Ataque nucleofilico de la enzima sobre el
sustrato (formación del enlace covalente).
 Toma de electrones por el catalizador u otro
sustrato (formación del producto).
 Separación del producto de la enzima (ruptura
del enlace covalente, generalmente por
hidrolisis).
Catálisis covalente

66. Catálisis covalente

67.  Casi un tercio de las enzimas conocidas
requiere la presencia de iones metálicos para
su actividad catalítica.
 Existen dos clases de enzimas que requieren
iones metálicos.
1. Metaloenzimas: Contiene iones metálicos
fuerte mente unidos, metales de transición
(Fe+2, Fe+3, Cu+2, Zn+2, Mn+2, Co+3 ).
2. Enzimas activados por metal: Fijan
débilmente metales presentes en una
solución, normalmente iones metálicos
alcalinos o alcalino-térreos (Na+, K+, Mg+2 o
Ca+2).
Catálisis por iones metálicos

68. Descarboxilación del dimetiloxaloacetato
Catalizada por iones metálicos como el
Cu+2, Ni+2.
Catálisis por iones metálicos

69.  Se fundamenta en la estabilidad de
cargas entre la enzima y los sustratos,
su proceso comienza con la
eliminación del agua lo que genera
una constante dieléctrica.
Catálisis electrostática

70.  La fijación de un sustrato produce generalmente la
exclusión de agua del sitio activo de la enzima.
 La constante dieléctrica del sitio activo se parece, por
tanto, a la de un disolvente orgánico en el que las
interacciones electrostáticas son mas fuertes.
 Así los valores de pK de las cadenas de los aminoácidos
en las proteínas pueden desplazarse varias unidades de
los valores nominales debido a la proximidad de grupos
cargados.
 Esta distribución de cargas sirve aparentemente para
guiar sustratos polares hacia sus sitios de fijación, de
modo que la velocidad de estas reacciones enzimáticas
es mayor que sus limites aparentes de control por
difusión.
Catálisis electrostática

71.  Ejemplo:
Carboxipeptidas
A.
Catálisis electrostática

72. Catálisis mediante efectos de
proximidad y orientación
 La combinación de los factores de
proximidad y orientación favorable de
los sustratos sobre el centro activo
explica por sí misma los incrementos
de velocidad observados en algunas
reacciones catalizadas
enzimáticamente.

73. PROXIMIDAD
 Aumenta la velocidad de la reacción
como las interacciones enzima-
sustrato alinean grupos químicos
reactivos y los mantienen juntos.
 Reduce la entropía de los reactivos y
por lo tanto hace que las reacciones
tales como las ligaduras o reacciones
de adición sean más favorables.
Catálisis mediante efectos de
proximidad y orientación

74. ORIENTACIÓN
 El efecto de orientación tiene en
cuenta la orientación/disposición
espacial de las sustancias
reaccionantes.
Catálisis mediante efectos de
proximidad y orientación

75. Catálisis mediante efectos de
proximidad y orientación
 Daniel Koshland 1920 – 2007
Las enzimas , son las que orientan y
aproximan los grupos reactivos.
Observó que la velocidad de reacción era
diferente según las posibilidades de giro
que tenían los grupos reactivos de la
molécula
Eficiencia catalítica de las enzimas
depende de su habilidad, no sólo para
atraer y yuxtaponer los grupos
reaccionantes, sino también de orientar los
orbitales, de los átomos implicados.

76. Ejemplo de catálisis por
aproximación y orientación

77. Catálisis por fijación del
estado de transición
 El concepto original de fijación del
estado de transición propuso que las
enzimas tensionan mecánicamente sus
sustratos, llevándolos a la geometría del
estado de transición, mediante sitios de
fijación en los que no encajaría
perfectamente los sustratos sin
distorsionar.

78. • La velocidad de reacción es 315 veces
mas rápida cuando R es CH3 en lugar
de H, debido a las mayores
repulsiones estericas entre los grupos
CH3 y los grupos reactivos.
Catálisis por fijación del
estado de transición

79. Conclusión:
 Una enzima alostérica es una enzima cuya actividad
está regulada mediante un centro alostérico, que es un
sitio, distinto del centro activo de la enzima, al que se
une un regulador (llamado regulador alostérico) de
manera reversible y no covalente. La unión de este
regulador modifica la estructura tridimensional de la
enzima y llega a afectar la configuración del sitio activo,
por lo que aumenta o disminuye su actividad, según el
caso.
 El alosterismo es una de las principales formas de
regulación en la célula debido a que puede producir
cambios rápidos y fácilmente reversibles en la actividad
de las enzimas (y, por lo tanto, en el metabolismo) sin
depender de que el regulador tenga una estructura
similar al sustrato de la enzima (lo que puede ayudar a
conectar vías metabólicas). Muchos fármacos actúan
uniéndose al sitio alostérico de las enzimas, como los
inhibidores de transcriptasa inversa no nucleósidos.