sustratos suicidas

CINETICA ENZIMATICA CINETICA ENZIMATICA INHIBIDORES SUICIDASINHIBIDORES SUICIDAS

VII Programa de Titulación Profesional VII Programa de Titulación Profesional Extraordinaria - URPExtraordinaria - URP

20112011

Dr. Emilio Guija PomaDr. Emilio Guija Poma

ENZIMASENZIMAS

Las enzimas son proteínas que tienen la propiedad Las enzimas son proteínas que tienen la propiedad de acelerar la velocidad de las reacciones químicas de acelerar la velocidad de las reacciones químicas sin modificar la constante de equilibrio del sin modificar la constante de equilibrio del sistema.sistema.

La estructura tridimensional de las enzimas les La estructura tridimensional de las enzimas les confiere una de las propiedades más importantes: confiere una de las propiedades más importantes: su elevada especificidad. su elevada especificidad.

ENZIMAS: ImportanciaENZIMAS: Importancia

Sus niveles en muestras biológicas se requieren Sus niveles en muestras biológicas se requieren para diagnosticar algunas enfermedades.para diagnosticar algunas enfermedades.

El conocimiento de su estructura es El conocimiento de su estructura es imprescindible para el diseño de nuevos imprescindible para el diseño de nuevos medicamentos, pesticidas, etc.medicamentos, pesticidas, etc.

Permite una apropiada comprensión de los Permite una apropiada comprensión de los procesos bioquímicos a nivel celular.procesos bioquímicos a nivel celular.

Posibilita la descripción de diversas patologías a Posibilita la descripción de diversas patologías a nivel molecular.nivel molecular.

ENZIMAS: CaracterísticasENZIMAS: Características

Son invariablemente de naturaleza proteica.Son invariablemente de naturaleza proteica. No modifican el cambio de energía libre de la No modifican el cambio de energía libre de la

reacción.reacción. Catalizan las reacciones sin modificar la Keq.Catalizan las reacciones sin modificar la Keq. No se consumen ni se producen durante la No se consumen ni se producen durante la

reacción.reacción. Son altamente específicas.Son altamente específicas. Son activas en un estrecho rango de pH y Son activas en un estrecho rango de pH y

temperatura.temperatura.

Dr. Emilio Guija Poma

ENZIMASENZIMAS

HOLOENZIMA

COFACTOR APOENZIMA

IONES METALICOSCOENZIMA

GRUPO PROSTETICO COSUSTRATO


COENZIMASCOENZIMAS

Coenzimas:Coenzimas:

ATP GTP UTP

CoA NAD+ NADP+

FAD CoQ FMN

PAL Acido lipoico Biotina


COENZIMASCOENZIMAS

Varias vitaminas del complejo b ejercen su acción biológica transformándose en coenzimas:

Clorhidrato de tiamina Pirofosfato de tiamina Riboflavina FAD, FMN Niacina NAD, NADP Vitamina B6 PAL


TIAMINATIAMINA


RIBOFLAVINARIBOFLAVINA


NIACINANIACINA


ENZIMASENZIMAS

• Sitio activo:Sitio activo: Lugar que le permite a la enzima ligarse al Lugar que le permite a la enzima ligarse al

sustrato.sustrato. Su conformación es complementaria o se torna Su conformación es complementaria o se torna

complementaria al sustrato.complementaria al sustrato. Solamente cuando el sustrato se liga a este sitio es Solamente cuando el sustrato se liga a este sitio es

transformado en producto.transformado en producto. Tiene una disposición tridimensional cuyos grupos Tiene una disposición tridimensional cuyos grupos

R de los aminoácidos interactúan con el sustrato.R de los aminoácidos interactúan con el sustrato.


ENZIMASENZIMAS

• Especificidad enzimática:Especificidad enzimática: Es la principal característica de las enzimas. Es la principal característica de las enzimas.

Está determinada por:Está determinada por:• a.- Grupos funcionales de la enzima.a.- Grupos funcionales de la enzima.• b.- Grupos funcionales del sustrato.b.- Grupos funcionales del sustrato.• c.- Cofactores para las enzimas que loc.- Cofactores para las enzimas que lo• requieran.requieran.• d.- Proximidad física de estos gruposd.- Proximidad física de estos grupos• funcionales.funcionales.


ENZIMASENZIMAS

• Especificidad enzimática:Especificidad enzimática: Permite que se conciba un metabolismo ordenado.Permite que se conciba un metabolismo ordenado. Presenta diversos grados.Presenta diversos grados. a.- Un gran número de enzimas son altamente a.- Un gran número de enzimas son altamente

específicas (enteroquinasa, glucoquinasa).específicas (enteroquinasa, glucoquinasa). b.- Otras, son específicas para un sustrato pero b.- Otras, son específicas para un sustrato pero

inespecíficas para el otro (alcohol deshidrogenasa).inespecíficas para el otro (alcohol deshidrogenasa). c.- También hay enzimas que actúan sobre una amplia c.- También hay enzimas que actúan sobre una amplia

variedad de sustratos (fosfatasa alcalina).variedad de sustratos (fosfatasa alcalina). d.- Las enzimas no solamente son químicamente específicas, d.- Las enzimas no solamente son químicamente específicas,

sino también estereospecíficas.sino también estereospecíficas.

Enzima inactiva

Enzima [E]

Sustrato [A]

Sitio activo

Mecanismo de actuación enzimática:

1) Se forma un complejo: enzima-substrato o substratos.

2) Se une la coenzima a este complejo.

3) Los restos de los aminoácidos que configuran el centro activo catalizan el proceso. Para ello debilitan los enlaces necesarios para que la reacción química se lleve a cabo a baja temperatura y no se necesite una elevada energía de activación.

4) Los productos de la reacción se separan del centro activo y la enzima se recupera intacta para nuevas catálisis.

5) Las coenzimas colaboran en el proceso; bien aportando energía (ATP), electrones (NADH/NADPH) o en otras funciones relacionadas con la catálisis enzimática

E + A [EA EPQ] EQ + P E + Q

Enzima inactiva

Enzima [E]

Complejo Enzima-sustrato [EA]

Sitio activo








Enzima inactiva

Enzima [E]

Complejo [EPQ]

Sitio activo








Enzima inactiva

Enzima [E]

Complejo [EQ]

Sitio activo





4) Los productos de la reacción se separan del sitio activo y la enzima se recupera intacta para nuevas catálisis.


Producto [P]


Enzima inactiva

Enzima [E]

Producto [Q]

Sitio activo




3) Los restos de los aminoácidos que configuran el sitio activo catalizan el proceso. Para ello debilitan los enlaces necesarios para que la reacción química se lleve a cabo a baja temperatura y no se necesite una elevada energía de activación.

4) Los productos de la reacción se separan del sitio activo y la enzima se recupera intacta para nuevas catálisis.


Producto [P]


Enzima inactiva

Enzima [E]

Complejo [EI]Complejo [EI]

Sitio activo







Producto [P]


[EI][EI]


ESTEREOESPECIFICIDADESTEREOESPECIFICIDAD

Si el sustrato tiene un carbono asimétrico, la enzima solamente actúa sobre uno de los isómeros ópticos.

Esta especificidad parece ser absoluta. Cuando el sustrato es una molécula simétrica y el producto

contiene un carbono asimétrico, siempre se produce un solo isómero óptico.

LDH

NADH + Piruvato L-lactato + NAD

Acetil-L-triptofanamida (sustrato de la quimotripsina)Acetil-D-triptofanamida (inhibidor de la quimotripsina)


INHIBICION ENZIMATICAINHIBICION ENZIMATICA

Definición.- Es un proceso caracterizado por una disminución de la actividad enzimática causado por un compuesto químico.

Importancia.- Permite explicar los procesos de regulación metabólica, diseñar nuevos medicamentos, descubrir nuevos plaguicidas, explicar mecanismos de interacción de ligandos, etc.


INHIBICION ENZIMATICAINHIBICION ENZIMATICA

La inhibición puede ser reversible e irreversible.

La inhibición reversible es de 3 clases:• a. Inhibición competitiva.• b. Inhibición no competitiva.• c. Inhibición acompetitiva. Experimentalmente pueden diferenciarse

mediante un gráfico en doble recíproca (1/v vs. 1/[S]), en función de [I].


INHIBICION COMPETITIVA

El inhibidor se liga al sitio activo de la enzima El inhibidor se liga al sitio activo de la enzima y forma el complejo E-I.y forma el complejo E-I.

El inhibidor no se une al complejo E-S.El inhibidor no se une al complejo E-S. En un gráfico en doble recíproca:En un gráfico en doble recíproca:

a. No se modifica la velocidad máxima.a. No se modifica la velocidad máxima.

b. El valor Km se incrementa.b. El valor Km se incrementa.


Inhibición CompetitivaInhibición Competitiva

ESTRUCTURAS: Coenzima y FármacoESTRUCTURAS: Coenzima y Fármaco

Estructura del Estructura del ácido fólicoácido fólico, , unauna coenzima coenzima (izquierda), con la estructura del (izquierda), con la estructura del metotrexatometotrexato, un , un fármaco anticancerígeno (derecha).fármaco anticancerígeno (derecha).

Inhibición CompetitivaInhibición Competitiva

El El SulfametoxazolSulfametoxazol inhibe la enzima inhibe la enzima Dihidropteroato sintasaDihidropteroato sintasa y en consecuencia la y en consecuencia la síntesis de Dihidrofolato bacteriano.síntesis de Dihidrofolato bacteriano.

La La LovastatinaLovastatina inhibe la inhibe la HMGCo A reductasaHMGCo A reductasa, , enzima clave para la síntesis de colesterol.enzima clave para la síntesis de colesterol.

El El etilenglicoletilenglicol es un compuesto tóxico que es es un compuesto tóxico que es metabolizado por la metabolizado por la alcohol deshidrogenasaalcohol deshidrogenasa, , enzima que puede ser inhibida competitivamente enzima que puede ser inhibida competitivamente por el alcohol etílico. por el alcohol etílico.


INHIBICION NO COMPETITIVAINHIBICION NO COMPETITIVA

El inhibidor puede ligarse a E, formando el complejo E-I, o al complejo E-S formando E-S-I.

El inhibidor se une a un lugar distinto al sitio activo de la enzima.

En un gráfico en doble recíproca:

a. El valor Km no se modifica.

b. La velocidad máxima disminuye.

INHIBICION NO INHIBICION NO COMPETITIVACOMPETITIVA

Los grupos –SH de enzimas con metales pesados: Pb, Hg, Ag, CdPb, Hg, Ag, Cd.

Reacción del cianurocianuro con el grupo hemo de la citocromo oxidasa.

Inhibidores de la HIV transcriptasa reversa: FenetiltiazolilureasFenetiltiazolilureas.


INHIBICION ACOMPETITIVAINHIBICION ACOMPETITIVA

El inhibidor solamente se liga al complejo E-S, formando el complejo E-S-I.

En un gráfico en doble recíproca:

– a. Disminuye la velocidad máxima.

– b. Disminuye el valor Km.

INHIBICION ACOMPETITIVA

Es poco frecuente una droga que muestre una inhibición de esta naturaleza.

Inosina-5-fosfato + NAD + H20

Inosina-5-fosfato (VX-148)(VX-148)

Deshidrogenasa

Xantosina-5-fosfato + NADH + H+

Inhibidores análogos del estado de transición

Los inhibidores enzimáticos con cierta frecuencia se diseñan de forma similar al sustrato en el “estado de transición”.

La PentostatinaPentostatina un poderoso agente antineoplásico, es un fármaco que inhibe a la Adenosina desaminasa.

El OseltamivirOseltamivir es un fármaco antiviral análogo al estado de transición.

Inhibición irreversible

El inhibidor reacciona covalentemente con la enzima conduciéndola prácticamente a una inactivación definitiva.

Los inhibidores de esta naturaleza son muy tóxicos para el organismo, debido a que son inespecíficos.

Ejm: Diisopropilfluorofosfato, Iodoacetamida.


El El diisopropilfluorofosfatodiisopropilfluorofosfato (DFP) inhibe (DFP) inhibe irreversiblemente la irreversiblemente la acetilcolinesterasaacetilcolinesterasa liberando liberando HF.HF.

La acetilcolinesterasa se inhibe irreversiblemente, La acetilcolinesterasa se inhibe irreversiblemente, lo que produce acumulación de acetilcolina y lo que produce acumulación de acetilcolina y bloquea el impulso nervioso colinérgico, que puede bloquea el impulso nervioso colinérgico, que puede provocar la muerte por parálisis respiratoria.provocar la muerte por parálisis respiratoria.

Inhibición por Inhibición por DiisopropilfluorofosfatoDiisopropilfluorofosfato


La inhibición irreversible podría ser de dos clases:

1.- Unión por afinidad.

2.- Activado por la enzima.

INHIBICION IRREVERSIBLEINHIBICION IRREVERSIBLE

SUSTRATOSSUSTRATOS SUICIDASSUICIDAS

La penicilina inhibe la transpeptidasa que se La penicilina inhibe la transpeptidasa que se entrecruza con las cadenas de péptidoglucanos de entrecruza con las cadenas de péptidoglucanos de la pared bacteriana, última etapa de la síntesis de la pared bacteriana, última etapa de la síntesis de la pared bacteriana.la pared bacteriana.

La penicilina tiene un anillo lactámico de 4 La penicilina tiene un anillo lactámico de 4 miembros que simula el estado de transición del miembros que simula el estado de transición del sustrato normal, cuando la penicilina se fija al sitio sustrato normal, cuando la penicilina se fija al sitio activo de la enzima, se abre el anillo lactámico y se activo de la enzima, se abre el anillo lactámico y se forma un enlace covalente con un residuo de serina forma un enlace covalente con un residuo de serina presente en su sitio activo.presente en su sitio activo.


Inhibición irreversible: Unión por afinidad

INHIBIDORES SINTETICOS SUICIDASINHIBIDORES SINTETICOS SUICIDAS

El trifosfato de Aciclovir inhibe competitivamente El trifosfato de Aciclovir inhibe competitivamente las polimerasas del ADN víral.las polimerasas del ADN víral.

Se incorpora en el ADN viral y actúa como Se incorpora en el ADN viral y actúa como terminador de la síntesis de la cadena, terminador de la síntesis de la cadena, inactivándola de esta manera.inactivándola de esta manera.

Este modo de acción corresponde más Este modo de acción corresponde más propiamente a un inhibidor suicida.propiamente a un inhibidor suicida.

El trifosfato de Genciclovir actúa de una manera El trifosfato de Genciclovir actúa de una manera semejante.semejante.


Los sustratos suicidas son compuestos químicos Los sustratos suicidas son compuestos químicos que son reconocidos como sustratos por la enzima, que son reconocidos como sustratos por la enzima, pero en la secuencia catalítica se forma un pero en la secuencia catalítica se forma un intermediario unido covalentemente al sitio activo intermediario unido covalentemente al sitio activo de la enzima, que impide que ésta continúe con su de la enzima, que impide que ésta continúe con su ciclo catalítico. ciclo catalítico.

Esta característica permite diseñar seudosustratos Esta característica permite diseñar seudosustratos inhibidores, para cuyo propósito, se requiere tener inhibidores, para cuyo propósito, se requiere tener un cabal conocimiento de la estructura un cabal conocimiento de la estructura tridimensional del sitio activo de la enzima.tridimensional del sitio activo de la enzima.


El sustrato suicida tiene una estructura similar al El sustrato suicida tiene una estructura similar al sustrato de la enzima.sustrato de la enzima.

Se diferencia de un inhibidor competitivo, en que Se diferencia de un inhibidor competitivo, en que éste interacciona con el sitio activo de la enzima éste interacciona con el sitio activo de la enzima pero no se liga covalentemente a él, en tal sentido, pero no se liga covalentemente a él, en tal sentido, tiene una Ki que corresponde a la disociación del tiene una Ki que corresponde a la disociación del complejo E-I.complejo E-I.

Esta interacción difiere considerablemente de la Esta interacción difiere considerablemente de la que ocurre en la inhibición irreversible.que ocurre en la inhibición irreversible.


Diversos inhibidores se encuentran en el plasma Diversos inhibidores se encuentran en el plasma humano y tienen la propiedad de ligarse al sitio humano y tienen la propiedad de ligarse al sitio activo de algunas enzimas de manera covalente activo de algunas enzimas de manera covalente produciendo su inhibición.produciendo su inhibición.

Alrededor del 10% de las proteínas plasmáticas Alrededor del 10% de las proteínas plasmáticas pertenecen a este grupo de enzimas, entre las que pertenecen a este grupo de enzimas, entre las que se encuentran la antitrombina III y la se encuentran la antitrombina III y la 11--

antitripsina.antitripsina.


El inhibidor El inhibidor 11-antitripsina reacciona con la -antitripsina reacciona con la

elastasa de los leucocitos, enzima que no solamente elastasa de los leucocitos, enzima que no solamente hidroliza elastina.hidroliza elastina.

La elastasa de los neutrófilos tiene la propiedad de La elastasa de los neutrófilos tiene la propiedad de hidrolizar las proteínas de la membrana hidrolizar las proteínas de la membrana bacteriana.bacteriana.

Durante la inflamación los neutrófilos segregan Durante la inflamación los neutrófilos segregan grandes cantidades de elastasa. grandes cantidades de elastasa.


La La 11-antitripsina se comporta como sustrato -antitripsina se comporta como sustrato

normal de la elastasa y se liga al sitio activo.normal de la elastasa y se liga al sitio activo. Luego, se produce un “punto de ruptura Luego, se produce un “punto de ruptura

controlada”, es decir, el enlace peptídico del controlada”, es decir, el enlace peptídico del inhibidor se escinde, formándose un intermediario inhibidor se escinde, formándose un intermediario acil-enzima.acil-enzima.

Este intermediario acil-enzima está unido a la Este intermediario acil-enzima está unido a la elastasa de manera covalente.elastasa de manera covalente.


El intermediario acil-enzima sufre un cambio El intermediario acil-enzima sufre un cambio conformacional, lo que impide que una molécula conformacional, lo que impide que una molécula de agua hidrolice dicho complejo.de agua hidrolice dicho complejo.

La proteasa no puede continuar con la secuencia La proteasa no puede continuar con la secuencia catalítica y queda inhibida.catalítica y queda inhibida.

La formación del complejo acil-enzima por La formación del complejo acil-enzima por impedimento estérico no permite que una nueva impedimento estérico no permite que una nueva molécula de sustrato se ligue al sitio activo de la molécula de sustrato se ligue al sitio activo de la elastasa. elastasa.

11-antitripsina-antitripsina


Cuando existe un defecto hereditario del gen de la Cuando existe un defecto hereditario del gen de la 11-antitripsina, se produce una excesiva actividad -antitripsina, se produce una excesiva actividad

de la elastasa produciéndose una creciente de la elastasa produciéndose una creciente destrucción de los tejidos especialmente hepático y destrucción de los tejidos especialmente hepático y pulmonar.pulmonar.

El humo de los cigarros contiene componentes El humo de los cigarros contiene componentes altamente oxidantes que convierten un residuo altamente oxidantes que convierten un residuo crítico de metionina de la crítico de metionina de la 11-antitripsina en -antitripsina en

sulfóxido de metioninasulfóxido de metionina, lo que impide que pueda , lo que impide que pueda actuar la elastasa.actuar la elastasa.

Oxidación de Oxidación de 11-antitripsina-antitripsina

11-antitripsina-antitripsina 11-antitripsina oxidada-antitripsina oxidada

CHCH22 CHCH22

CHCH22 OXIDACIONOXIDACION CH CH22

SS S = O S = O

CHCH33 CH CH 22

XX

ELASTASAELASTASA


Antidepresivos:Antidepresivos: Tranil cipromina, fenalzinaTranil cipromina, fenalzina MAOMAO Antiparkinsonianos:Antiparkinsonianos: L-deprenil, selegilinaL-deprenil, selegilina MAOMAO Inhibidores de Inhibidores de -lactamasa-lactamasa Acido clavulánicoAcido clavulánico -lactamasa-lactamasa AntiprotozoosAntiprotozoos EflornitinaEflornitina Ornitina descarboxilasaOrnitina descarboxilasa


Antitumoral:Antitumoral: 5-F-2’-desoxiuridilato5-F-2’-desoxiuridilato Timidilo sintetasaTimidilo sintetasa

Antiviral:Antiviral: TrifluridinaTrifluridina Trimitidilo sintetasaTrimitidilo sintetasa

Anticonvulsivo:Anticonvulsivo: VigabatrinaVigabatrina GABA aminotransferasaGABA aminotransferasa

Antiuricémico:Antiuricémico: AllopurinolAllopurinol Xantina oxidasaXantina oxidasa

Antitiroidea:Antitiroidea: Metimazol, metiltiouraciloMetimazol, metiltiouracilo Tiroidea peroxidasaTiroidea peroxidasa

FINFIN

sustratos suicidas

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