Análisis cinético de inhibición enzimática Word

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.
GRUPO : A.
FECHA DE ENTREGA: Martes 07 de Junio.
TACNA-PERÚ
2016

BIOQUÍMICACLÍNICA I UNIVERSIDAD NACIONALJORGE BASADRE GROHMANN– FACS– ESFB – TACNA
Análisiscinéticode inhibiciónenzimática 2
RESUMEN
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.

DEDICATORIA
Gracias a Dios, que es nuestro guía, fuente de
sabiduría y entendimiento, por darnos fuerza, valor
en los momentos de debilidad y la vocación para
desarrollar esta carrera.
Un agradecimiento especial a nuestra docente del
curso quien comparte su conocimiento con una voz
de aliento y de fuerza.

ANÁLISIS
CINÉTICO DE
INHIBICIÓN
ENZIMÁTICA

INTRODUCCIÓN
Los bioquímicos han investigado las enzimas y sus
actividades por más de 120 años. Mucho antes de que
tuvieran una comprensión realista de la base física del estado
vivo, los bioquímicos de manera instintiva apreciaron la
importancia de las enzimas. Utilizando las tecnologías
diseñadas por los bioquímicos, los investigadores de otras
ciencias de la vida poco a poco determinaron las propiedades
de los sistemas biológicos. Este trabajo demostró que casi
cada proceso que ocurre en los seres vivos sucede a causa de
reacciones catalizadas por enzimas. Hasta fechas recientes
todas las enzimas conocidas eran proteínas, pero
investigaciones innovadoras revelaron que las moléculas de
RNA también tienen propiedades catalíticas.

ÍNDICE
I. OBJETIVOS………………………………………………………………………………………………….. 07
II. MARCO TEÓRICO………………………………………………………………………………………. 07
2.1. Análisis cinético de inhibición enzimática……………………………………. 07
2.2. Inhibición competitiva, no competitiva………………………………………. 09
2.3. Inhibición irreversible, fármacos como inhibidores,
Antimetabolitos………………………………………………………………………………… 13
2.4. Enzimas alostéricas……………………………………………………………………. 21
2.5. Mecanismos de catálisis………………………………………………………………. 33
III. CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………….. 39
IV. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………………………... 39

ANÁLISIS CINÉTICO DE INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
I. OBJETIVOS:
 Conocer el análisis cinético de inhibición enzimática.
 Explicar la Inhibición competitiva, no competitiva.
 Explicar Inhibición irreversible, fármacos como inhibidores y antimetabolitos.
 Conocer y entender el mecanismo de las enzimas alostéricas.
 Conocer los diferentes mecanismos de catálisis.
II. MARCO TEÓRICO:
MARCO CONCEPTUAL:
2.1. 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.
La unión de un inhibidor puede impedir la entrada del sustrato al sitio
activo de la enzima y/u obstaculizar que la enzima catalice su reacción
correspondiente. La unión del inhibidor puede ser reversible o irreversible.
Normalmente, los inhibidores irreversibles reaccionan con la enzima de
forma covalente y modifican su estructura química a nivel de residuos
esenciales de los aminoácidos necesarios para la actividad enzimática. En
cambio, los inhibidores reversibles se unen a la enzima de forma no
covalente, dando lugar a diferentes tipos de inhibiciones, dependiendo de si
el inhibidor se une a la enzima, al complejo enzima-sustrato o a ambos.
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.

Los inhibidores enzimáticos también son usados en la naturaleza y están
implicados en la regulación del metabolismo. Por ejemplo, las enzimas en
una ruta metabólica pueden ser inhibidas por los productos resultantes de
sus respectivas rutas. Este tipo de retroalimentación negativa retarda el
flujo a través de la ruta cuando los productos comienzan a acumularse y es
una manera importante de mantener la homeostasis en una célula. Otros
inhibidores enzimáticos celulares son proteínas que se unen
específicamente e inhiben una diana enzimática. Esto puede ayudar a
controlar enzimas que pueden ser dañinas para la célula, como las
proteasas o nucleasas. Un buen ejemplo es el inhibidor de la ribonucleasa,
que se une a esta enzima en una de las interacciones proteína–proteína más
fuertes conocidas. Como inhibidores enzimáticos naturales también cabe
destacar los venenos, que son usados como defensa contra los
depredadores o como forma de matar a una presa.
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.
Los inhibidores de enzimas actúan a través de una variedad de
mecanismos. Los inhibidores irreversibles de enzimas, o inactivadores, se
ligan a la enzima tan fuertemente que bloquean permanentemente la
actividad de la enzima. Los reactivos que modifican químicamente residuos
de aminoácidos específicos pueden actuar como inactivadores. Por
ejemplo, los compuestos usados para identificar los residuos catalíticos de
Ser e His de las serinproteasas son inactivadores de estas enzimas.
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.

2.2. Inhibición competitiva, no competitiva:
Inhibicion enzimática:
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. Por ejemplo, la aspirina (acetilsalicilato) es un
analgésico que inhibe la enzima que cataliza el primer paso en la síntesis de
prostaglandinas, implicadas en la producción del dolor.
Se conocen dos tipos principales de inhibición: la reversible y a la
irreversible. La primera implica una unión “no covalente” del inhibidor y,
por lo tanto, siempre puede revertirse. En la inhibición irreversible, el
inhibidor se une al enzima de forma “covalente” y permanente.
1. 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.
1.1. 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.

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:
La eficacia de un inhibidor competitivo depende de su
concentración respecto a la del sustrato. Si hay un exceso de
inhibidor éste bloqueará los centros activos de las moléculas de
enzima, resultando una inhibición total. No obstante, el proceso es
reversible si se procura exceso de sustrato, que desplazaría
totalmente al inhibidor.
1.2. Inhibidor No Competitivo:
Puede combinarse tanto con la enzima libre como con el complejo
enzima-sustrato, sin afectar al sitio activo de la enzima.

Al no unirse el inhibidor al sitio activo, no se afecta la afinidad de la
enzima por el sustrato y en este caso la Km no se altera y la Vmax
disminuye, como puede observarse en la representación de dobles
inversos, el punto de corte de las rectas ahora está sobre el eje X,
(cuando y=0), mientras que hay distintos puntos de corte con el eje
Y, como se aprecia la Vmax disminuye con el inhibidor.
1.3. 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.
Tanto la Vmáx como la Km se alteran en la misma proporción, esto
se manifiesta en la representación de dobles inversos como rectas
paralelas y por lo tanto con la misma pendiente. Se observa cómo se
produce, una disminución de la Vmax y curiosamente, también, una
disminución aparente del Km.

2.3. Inhibición irreversible, fármacos como inhibidores, antimetabolitos:
Inhibición irreversible:
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.
Reaccionan con un grupo químico de la enzima, modificándola
covalentemente.
 Bloquean unión al sustrato
 Inhiben actividad
Sus efectos dependen del tiempo de actuación del inhibidor.
Por lo general son altamente tóxicos. Casi todos los inhibidores enzimáticos
irreversibles son sustancias tóxicas (naturales o sintéticas).
 Penicilina inhibe la síntesis de la pared bacteriana
 Aspirina inhibe la síntesis de PG
 Gases nerviosos: diisopropil fluorofosfato (DIFP), inhiben
neurotransmisores Hg2+, Pb2+ , CN- , As

Tipos de inhibiciones irreversibles:
La inhibición irreversible es diferente de la inactivación enzimática
reversible. 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. De
forma similar, algunos
tratamientos químicos no
específicos destruyen la
estructura de la proteína:
por ejemplo, si son
sometidas a una elevada
concentración de ácido
clorhídrico, el cual
hidrolizará los enlaces
peptídicos que mantienen
unidos los aminoácidos de
las proteínas.
Los inhibidores irreversibles dan lugar a una inhibición dependiente del
tiempo y, por ello, su potencia no puede ser caracterizada mediante la
determinación del valorIC50. Esto se debe a que la cantidad de enzima
activa a una concentración dada de inhibidor irreversible será diferente
dependiendo del tiempo de pre-incubación del inhibidor con la enzima. Por
ello, en lugar del valor IC50, se utiliza el parámetro kobs/[I], donde kobs es el
primer valor observado de la tasa de inactivación (obtenido al representar
en una gráfica log (actividad) VS. tiempo) e [I] es la concentración de
inhibidor. El parámetro kobs/[I] es válido siempre y cuando el inhibidor no
Reacción del inhibidor irreversible
diisopropilfluorofosfato (DFP) con una
serín-proteasa.

se encuentre a concentraciones saturantes (en cuyo caso tendríamos
que kobs = kinact).
Análisis de la inhibición irreversible:
Como se muestra en la figura de la derecha, 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. Este efecto de protección es una
buena evidencia de una reacción específica del inhibidor irreversible con el
sitio activo.
Los pasos de unión e inactivación de esta reacción son analizados
incubando la enzima con el inhibidor y midiendo la actividad que va
quedando a lo largo del tiempo. La actividad irá disminuyendo de forma
paulatina con tiempo, generalmente siguiendo una dinámica de
decaimiento exponencial. Ajustando estos datos a una ecuación de rango
podemos obtener la tasa de inactivación a esta concentración de inhibidor.
Esto se hace a diferentes concentraciones de inhibidor. Si un complejo EI
reversible está involucrado el rango de inactivación será saturable y al
ajustarla a esta curva obtendremos los valores de kinact y Ki.
Otro método que es ampliamente utilizado en estos análisis es la
espectrometría de masas. En este caso, la medida exacta de la masa de la
enzima nativa sin modificar y de la enzima inactivada, nos da el aumento en
la masa causado por la reacción con el inhibidor, con lo que obtenemos la
estequiometría de la reacción. Para llevar a cabo esta técnica suele ser
necesario el uso de un espectrómetro de masas MALDI-TOF. Una técnica
complementaria a esta es la huella peptídica, que implica la digestión de
proteínas nativas o modificadas con una peptidasa como la tripsina. Esto
genera una serie de péptidos que pueden ser analizados usando un
espectrómetro de masas. El péptido que cambie su masa después de llevar
a cabo la reacción con el inhibidor será aquel que contenga el sitio de la
modificación.
Casos especiales:

No todos los inhibidores irreversibles forman uniones covalentes con la
enzima que tienen como diana. Algunos inhibidores reversibles se unen tan
fuertemente a su objetivo que son prácticamente irreversibles. 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. Este lento
reajuste posterior normalmente implica un cambio conformacional cuando
la enzima se pliega alrededor de la molécula inhibidora. Como ejemplos de
inhibidores de unión lenta cabe destacar algún fármaco importante como el
metotrexato, el alopurinol y la forma activada del aciclovir.
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. Estos efectos son denominados
inducción e inhibición enzimática y consisten en alteraciones en el patrón
de expresión génica, lo cual no está relacionado con el tipo de inhibición
enzimática discutido aquí. Otras drogas interactúan con otras dianas
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.

celulares que no son enzimas, como los canales iónicos o los receptores de
membrana.
 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. Esta molécula de señalización es la
responsable de la relajación del músculo liso y permite el flujo de
sangre hacia el interior de los cuerpos cavernosos del pene, lo cual
causa laerección. 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.
 Otro ejemplo de similaridad estructural entre inhibidores y
sustratos enzimáticos es que el que se muestra en la figura, entre 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. Por ello, el metotrexato se utiliza a menudo como
fármaco anticancerígeno en quimioterapia.
 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

Estructura tridimensional
del complejo formado por la
penicilina G unida a la
transpeptidasa de
Streptomyces. Generado
mediante PDB 1PWC
celular compuesta principalmente de un polímero denominado
peptidoglicano. Ciertos antibióticos como la penicilina y la
vancomicina inhiben a la enzima responsable de la producción y el
entrecruzamiento de las hebras de peptidoglicano, lo cual da lugar a
una pérdida de fuerza de la pared celular y, por consiguiente, a la
lisis de la célula, incapaz ahora de resistir la elevada presión
osmótica. 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).
También se utilizan otro tipo de toxicidades selectivas mediante
antibióticos que aprovechan las diferencias presentes en la
estructura de los ribosomas o en la síntesis de ácidos grasos. El
diseño de fármacos se ve muy facilitado en estos casos en los que la
enzima diana es esencial para la supervivencia del patógeno y no
está presente o es muy diferente en humanos.
 Fármacos antitumorales que actúan como análogos de la citidina
inhibidores irreversibles del metabolismo del DNA

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. Esta ruta catabólica consume
glucosa y produce ATP, NADH y piruvato. Una de las etapas clave en
la regulación de la glucólisis es la reacción catalizada por la
fosfofructoquinasa-1 (PFK1). Cuando los niveles de ATP aumentan,
el ATP se une a un sitio alostérico de la PFK1, con lo que se reduce la
actividad de la enzima, la glucolisis se inhibe y los niveles de ATP se
reducen de nuevo. Este control por retroalimentación negativa
(feedback negativo) ayuda a mantener los niveles de ATP constantes
en la célula. Sin embargo, las rutas metabólicas no están únicamente
reguladas por medio de la inhibición, la activación enzimática es
igualmente importante. La enzima PFK1 presenta activadores
alostéricos, como son la fructosa 2,6-bifosfato y el ADP.
La inhibición enzimática fisiológica también puede ser producida
por inhibidores proteicos específicos. Este mecanismo se puede
observar en el páncreas, donde se sintetizan multitud de
precursores de enzimas digestivas denominadas zimógenos.
Muchos de ellos son activados por la tripsina, una proteasa, por lo
que es muy importante inhibir la actividad de la tripsina en el
páncreas con el fin de prevenir fenómenos de autodigestión. Uno de
los mecanismos para mantener la tripsina inactiva es la producción
de un potente y específico inhibidor de tripsina en el páncreas. Este
inhibidor se une con una alta afinidad a la tripsina, previniendo así
su actividad. Aunque el inhibidor de tripsina es una proteína, no es
hidrolizado por la propia tripsina, ya que elimina las moléculas de
agua de su centro activo y desestabiliza el estado de transición.
Otros ejemplos de inhibidores enzimáticos fisiológicos son el
inhibidor barstar, cuya función es inhibir la actividad de una
ribonucleasa bacteriana denominada barnasa, y los inhibidores de
las protein-fosfatasas.
Inhibición por análogos del sustrato: anti metabolitos:
Antimetabolito:
 Analogía estructural y fisicoquímica con el S

 Capaz de unirse a la E más firmemente que el S, incluso sustituirlo
en la reacción bioquímica correspondiente
Incorporación de un sustrato falso a los procesos bioquímicos de la célula:
 Evitar la síntesis de compuestos clave
 Productos inhábiles desde el punto de vista biológico produce
muerte celular
Ejemplo: sulfamidas antibacterianas
Analogía estructural
- A. p-aminobenzoico (metabolito normal) síntesis del ácido
fólico
- Sulfamidas (antimetabolito)
Ejemplo: aminopterina (anticancerígeno)
Aminopterina: sustitución del grupo OH de la posición 4 del ácido fólico por
un grupo amino
Inhibición irreversible de la DHFR

Modo de acción de la aminopterina:
 Inhibición irreversible de la enzima folicorreductasa
 Sustitución del grupo OH en 4 por un grupo amino aumenta la
nucleofilia del grupo amino en 2
 Ácido fólico NO se transforma en ácido tetrahidrofólico
 Reducción de la biosíntesis de las bases púricas y pirimidinicas
2.4. Enzimas alostéricas:
2.4.1. Definición:
Son enzimas que presentan dos conformaciones diferentes, estables
e interconvertibles: una es la forma activa que tiene una gran
afinidad por el sustrato y la otra es la forma inactiva que presenta
baja afinidad por el sustrato.
Estas enzimas poseen además del centro activo, otro centro llamado
centro regulador o alostérico donde se puede unir un modulador o
regulador alostérico que, puede ser un activador o un inhibidor de la
enzima. Si el centro regulador está vacío la enzima actúa a velocidad
normal; si está ocupado por el regulador se producen cambios en la
conformación y dependiendo de que sea activador o inhibidor
adoptara una forma más o menos activa.
El paso de la forma inactiva a la forma activa se produce al fijarse en
el centro regulador un activador alostérico o modulador positivo. El

paso de la forma activa a la forma inactiva se produce al fijarse en el
centro regulador un inhibidor alostérico o modulador negativo.
Estas enzimas están formadas por varias subunidades, por lo que
tienen estructura cuaternaria.
Presentan efecto cooperativo entre la subunidades, es decir que si
se activa o inhibe una de ellas provoca el mismo efecto en las demás.
En las enzimas alostéricas la cinética de las reacciones es diferente a
la de las demás enzimas, la gráfica de la velocidad frente al sustrato
es una curva sigmoidea en lugar de hiperbólica como ocurre en las
demás enzimas.
Los enzimas alostéricos desempeñan un papel muy importante en la
regulación de las reacciones metabólicas, suelen actuar en puntos
estratégicos de las rutas metabólicas como son: la primera reacción
de una ruta metabólica o los puntos de ramificación de una ruta
metabólica. El propio sustrato de la primera reacción es el que actúa
como activador alostérico, al unirse con el enzima produce el
cambio que da lugar a la conformación activa. También el producto
final de la ruta metabólica puede actuar como inhibidor alostérico,
produciendo la aparición de la conformación inactiva. Este proceso
se denomina retroinhibición. Este proceso supone un ahorro
energético para el organismo, ya que el exceso de producto final
inhibe su propia síntesis en una etapa temprana de la misma.
En las enzimas alostéricas la unión de un sustrato a un sitio activo
puede afectar las propiedades de otros sitios activos en la misma
molécula. Un posible resultado de esta interacción entre
subunidades es que la unión del sustrato resulte cooperativa, es
decir que la unión del sustrato en un sitio activo facilita la unión de
los otros sustratos en los sitios activos vecinos.
Además la actividad de una enzima alostérica puede ser alterada
por moléculas regulatorias que se unan de manera reversible sitios
sobre la proteína que se encuentren en sitios diferentes al sitio
activos. Así, las propiedades catalíticas de las enzimas alostéricas
pueden ajustarse para cumplir con las demandas inmediatas de la
célula. Debido a ello las enzimas alostéricas son los puntos clave de
regulación de las vías metabólicas.
Las enzimas reguladas por modificaciones no-covalentes son
llamadas de alostéricas. Las mismas son encontradas en casi todas
las vías metabólicas y generalmente está catalizando una reacción

irreversible localizada en el inicio de la vía. En cuanto a su
estructura, son oligoméricas o sea compuestas de varias cadenas
polipeptídicas, cada una con una casa de campo activa. La conexión
del substrato a la casa de campo activa de una de las subunidades
afecta la conformación de las demás, facilitando la conexión de los
demás substratos a casas de campo activas.
Las enzimas alostéricas son sensibles reguladores del metabolismo,
porque al se conecten la determinados metabolitos celulares su
actividad sufre grandes alteraciones. Estos metabolitos también
pueden ser llamados de efetuadores o moduladores alostéricos, y
pueden ser positivos (aumento de la velocidad de reacción) o
negativos (reducción de la velocidad de reacción) de acuerdo con su
efecto. Por lo tanto el moduladores alostéricos puede tutear tanto
como inhibidores como activadores de la reacción enzimática.
En la mayoría de las vías metabólicas es común que el producto final
tuteé como modulador alostérico negativo de la enzima que cataliza
las primeras reacciones de la vía. Por lo tanto cuando la
concentración de este producto queda aumentada él va a actuar
como un inhibidor alostérico, disminuyendo la velocidad de la vía y
su propia producción. Este mecanismo es denominado inhibición
por retroalimentación o feedback. Si el producto final comience a
ser consumido y consecuentemente su concentración disminuya él
va a dejar de inhibir la vía, haciendo con eso que la vía haya su
velocidad aumentada.

2.4.2. Efectos – cooperatividad:
2.4.3. Formas de las subunidades:
 Unión de activador:
 Forma R. Gran afinidad.
 Si activador es sustrato: Homoalosterismo.
 Si activador es otra molécula: Heteroalosterismo.
 Unión de inhibidor:
 Forma T: Tensa
 Se frena la actividad.´

2.4.4. Tipos de enzimas alostéricas:
2.4.5. 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 subsiguientes a los otros centros activos.

2.4.6. Características:
1:- Un modulador negativo, producirá un incremento en la Km
aparente y el modulador positivo un descenso de ésta.
2:- Un modulador negativo baja la Ve de reacción a una
concentración de sustrato saturante y constante. Mientras que el
modulador positivo producirá un incremento en la Ve.
3:- Las enzimas alostéricas que responden a moduladores (+) y (-)
con cambio de la Km aparente, se asignan como enzimas K y las que
afectan la Vmáx, como enzimas M.
4:- Una enzima alostérica puede perder su regulación por los
moduladores, sin afectar su actividad catalítica. Proceso llamado
desensibilización de la enzima. En estas condiciones la enzima se
comporta según la cinética descrita por Michaelis-Menten.
Ejemplo enzima alostérica.

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.
2.4.7. 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. Aunque se ha
demostrado que existen estas formas estructuralmente diferentes
en varias enzimas alostéricas conocidas, se conoce peor la base
molecular de la interconversión entre los dos estados. Se han
propuesto principalmente dos modelos para describir el mecanismo
básico de la enzima alostérica. En el modelo concertado de Monod,
Wyman y Changeux, se propone que la proteína tiene solo dos
estados globales de "todo o nada", mientras que el modelo
secuencial de Koshland, Nemethy, y Filmer4 admite un número de
diferentes estados conformacionales globales. Recientemente, el uso
combinado de técnicas físicas (por ejemplo, la cristalografía de
rayos X y la difracción de rayos X en ángulos pequeños, o SAXS) y de
técnicas genéticas (mutagénesis dirigida) ha permitido a los
investigadores estudiar más profundamente la base molecular de la
alostería. La enzima aspartato carbamoiltransferasa de Escherichia
coli se ha consolidado como uno de los sistemas modelo de
regulación alostérica, aunque el sistema alostérico canónico que ha
dado forma a nuestra comprensión actual de la alostería es la
hemoglobina tetramérica de los vertebrados, ya que fue la primera
macromolécula cuya estructura cristalina se resolvió (Max Perutz).
2.4.8. El significado de las curvas de forma-S, con y sin inhibidor:
Cuando la concentración 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 concentración de
sustrato para que la enzima cambie a su conformación activa. Sin

embargo, cuando se alcanza la suficiente concentración 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 ausencia de inhibidor.
2.4.9. Mecanismos de regulación enzimática:
2.4.10. Regulación alostérica:

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.
2.4.11. Tipos de efectores alostéricos:
Las enzimas alostéricas muestran dos tipos de control diferentes:
Heterotrópico y homotrópico, según la naturaleza del modulador.
 Enzimas homotrópicas:
El sustrato actúa, también como modulador. Estas enzimas
contienen dos o más centros de unión para el sustrato. La
modulación dependerá de cuántos sean los centros del sustrato
que están ocupados.
 Enzimas heterotrópicas:
Son estimuladas o inhibidas por un modulador diferente a la del
sustrato.

2.4.12. 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.

2.4.12.1. Modelo de simetría:
Modelo propuesto por J. Monod et al. 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.
2.4.12.2. Modelo secuencial:
Modelo propuesto por D.E. Koshland. Aplicable a las enzimas
alostéricas que poseen múltiples subunidades y que se suponen que
existen en dos conformaciones diferentes, donde cada una puede
experimentar cambios secuenciales individuales en su
conformación entre los extremos de todo o nada. Pueden existir
diversos estados de conformación intermedios, cada uno con su
propia actividad catalítica intrínseca. Este modelo propone una
sintonización más fina de la actividad de la enzima alostérica.
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.

2.4.13. 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.
2.4.14. 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.

2.5. Mecanismos de catálisis:
MECANISMOS DE CATALISIS
Catálisis ácido- base
Cuando se da esta catálisis en soluciones acuosas los efectos más 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
específica. Si esta reacción se lleva a cabo en un medio acido fuerte la
concentración de iones hidroxilo resulta insignificante que deja de ejercer una
acción catalítica apreciable, con el que el único catalizador apreciable es el ion
hidronio y en soluciones muy básicas es el ion hidroxilo
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).
Catálisis ácido- base (tautomerización ceto-enol)

Catálisis ácido- base (mutorrotación de la glucosa)
Muchos ácidos orgánicos débiles pueden suplementar al agua como dadores de
protones en esta situación del mismo modo que bases orgánicas débiles pueden
servir como aceptores de protones.

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:
• Ataque nucleofílico 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 por iones metálicos
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.
• Metaloenzimas: Contiene iones metálicos fuerte mente unidos, metales de
transición (Fe+2, Fe+3, Cu+2, Zn+2, Mn+2, Co+3 ).
• 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).
Descarboxilación del dimetiloxaloacetato Catalizada por iones metálicos
como el Cu+2, Ni+2.
Catálisis electrostática
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.
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 más 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 límites aparentes de control por difusión.
• Ejemplo:
Carboxipeptidas A.

Catálisis mediante efectos de proximidad y orientación
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.
ORIENTACIÓN
El efecto de orientación tiene en cuenta la orientación/disposición espacial de las
sustancias reaccionantes.
Daniel Koshland 1920 – 2007
• Observó que la velocidad de reacción era diferente según las posibilidades
de giro que tenían los grupos reactivos de la molécula
• Las enzimas , son las que orientan y aproximan los grupos reactivos.
• 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.
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.

La velocidad de reacción es 315 veces más rápida cuando R es CH3 en lugar de H,
debido a las mayores repulsiones estéricas entre los grupos CH3 y los grupos
reactivos.
III. CONCLUSIONES:
 Se conoció el análisis cinético de inhibición enzimática.
 Se explicó la Inhibición competitiva, no competitiva.
 Se explicó la Inhibición irreversible, fármacos como inhibidores y antimetabolitos.
 Se conoció y entendió el mecanismo de las enzimas alostéricas.
 Se conoció los diferentes mecanismos de catálisis.
IV. BIBLIOGRAFÍA:
Koolman, Jan; Röhm, Klaus-Heinrich. Bioquímica: Texto y atlas. 3aedición.
Editorial Médica Panamericana; 2004. P.90
harper
Berg, Jeremy; Tymococzko, John; Stryer, Lubert. Bioquímica. 2ª edición. Editorial
Reverté;2008. P. 242
Melo V, Cuamatzi O. Bioquímica de los procesos metabólicos. España: Reverté;
2007.p.360.
Voet, Donald; Voet G., Judith. Bioquímica. 3ª edición. Editorial Médica
Panamericana; 2006. P. 518-519

4.1. Páginas web:
https://es.wikipedia.org/wiki/Enzima_alostérica
http://www.2bachillerato.es/biologia/tema5/p6.html
http://es.slideshare.net/cuentadropbox101/regulacin-alostrica?next_slideshow=1
http://es.slideshare.net/profesorjano/enzimas-alostericos
https://www.youtube.com/watch?v=nID_kPXhAUE
https://www.youtube.com/watch?v=QPMh2K0qcw4
http://www.biologia.arizona.edu/biochemistry/problem_sets/energy_enzymes_c
atalysis/03t.html
http://www.fmvz.unam.mx/fmvz/p_estudios/apuntes_bioquimica/Unidad_6.pdf
http://slideplayer.es/slide/1048268/
http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-salud/bioqumica/material-de-clase-
1/Tema6_Enzimas.pdf
http://www.uib.cat/facultat/ciencies/prof/josefa.donoso/campus/modulos/mod
ulo4/modulo4_14.htm
http://www.uhu.es/08007/documentos%20de%20texto/apuntes/2005/pdf/tem
a_08_enzimas_2.pdf

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