Un inhibidor enzimático es algún compuesto que impide que alguna, o algunas, enzimas catalicen. Este tipo de compuestos son específicos, o sea que pueden inhibir a un grupo de enzimas pero no tener ninguna actividad con otras enzimas. Los inhibidores, dependiendo de la forma en que actúan se han clasificado en dos grandes grupos:
· Inhibidores irreversibles
· Inhibidores reversibles
Los inhibidores reversibles a su vez se dividen en dos subgrupos:
· Inhibidores reversibles competitivos
· Inhibidores reversibles no competitivos
A continuación se analiza la forma en que actúa cada uno de ellos.
INHIBIDORES IRREVERSIBLES
Este tipo de compuestos se unen, de manera irreversible, con el grupo R de algún aminoácido de la enzima, formando un complejo enzima - inhibidor (EI), el cual es incapaz de llevar a cabo el acto de catálisis, debido a que el complejo EI no puede unir al sustrato para formar ES:
6.9
Una enzima que colisiona con un inhibidor de este tipo y forma el complejo enzima inhibidor, queda incapacitada para seguir catalizando. Generalmente estos compuestos son muy tóxicos, si su concentración es muy alta, dentro de un sistema viviente, pueden detener una vía metabólica debido a la pérdida total de alguna de las enzimas que catalizan esa serie de reacciones. Figura 6.16.
INHIBIDORES REVERSIBLES
A diferencia de los inhibidores irreversibles, los reversibles reaccionan con la enzima, pero el complejo enzima inhibidor producido puede separarse para formar la enzima libre más el inhibidor. Mientras I permanezca unido a E la enzima es inactiva puesto que no puede unir al sustrato:
6.10
La enzima libre, producida por la reacción que transforma EI en E + I, no se ha modificado y por lo tanto tiene actividad catalítica. Además, la enzima libre puede colisionar, o con una molécula de inhibidor, o con una de sustrato. En el primer caso forma EI y en el segundo ES, el cual se rompe en E + P. La probabilidad de que una molécula de enzima encuentre una molécula de sustrato, o de inhibidor, depende de la concentración a la que se encuentren estas moléculas, si hay más inhibidor que sustrato, es más probable que se forme EI que ES. Hay dos tipos de inhibidores reversibles los cuales se estudian por separado. Figura 6.17.
INHIBIDORES REVERSIBLES COMPETITIVOS
Este tipo de inhibidores tienen la característica de ser químicamente muy parecidos al sustrato, de tal manera que pueden ocupar el sitio activo de la enzima, pero ésta no los transforma, mientras el inhibidor esté dentro del sitio activo el verdadero sustrato no puede entrar y por lo tanto no es posible que se forme ES y no hay formación de producto. Si usamos el ejemplo de la cerradura y la llave, podemos pensar en una llave que entra en la chapa pero no puede abrirla porque no es la correcta. Sin embargo, mientras la llave inadecuada esté dentro de la chapa, no es posible que entre la llave correcta. Figura 6.18.
Los inhibidores reversibles se estudian en el laboratorio disponiendo series de recipientes. Por ejemplo, suponga que se tienen tres series, cada una con cinco tubos. Los tubos de cada serie se numeran: 1, 2, 3, 4, y 5 para la primera serie; 1', 2', 3', 4', y 5' para la segunda y 1'', 2'', 3'', 4'' y 5'' la tercera. En los quince tubos se dejan constantes los siguientes factores: temperatura, tiempo de incubación, pH y [E]. La concentración de sustrato va en ascenso en cada uno de los tubos de cada serie, pero será igual en sus homólogos, por ejemplo: a los tubos 1, 1' y 1'' no se les agrega sustrato y van a ser los controles. A los tubos 2, 2' y 2'' se les agrega una determinada cantidad de sustrato pero la misma en todos estos tubos. A los recipientes 3, 3' y 3'' se les agrega más sustrato que los anteriores por lo que los tubos 5 de cada una de las series son los que tienen una concentración mayor de sustrato. Finalmente, a los tubos de una serie no se les agrega inhibidor, a todos los tubos de otra serie se les pone inhibidor a la misma concentración y a la tercera serie se les agrega inhibidor a una concentración mayor de la que se les puso en la serie anterior.
Una vez concluido el tiempo de incubación se detiene la reacción y se mide cuantitativamente la cantidad de producto que se formó en cada uno de los tubos, con lo que se puede obtener la velocidad de la reacción. Así se pueden formar parejas de puntos ([S], v0), la primera serie (tubos 1,2,3,4 y 5), representa los datos de la acción de la enzima sobre el sustrato sin la presencia de inhibidor. En los datos obtenidos con los tubos 1', 2', 3', 4' y 5', se tiene la actividad de la enzima con la presencia de una determinada concentración de inhibidor y con los resultados de la serie 1'', 2'', 3'', 4'' y 5'', se tiene la acción de la enzima con una concentración de inhibidor mayor que en la serie anterior. A los datos de cada uno de los tres experimentos se les calcula el recíproco (1/[S], 1/v0) y se grafican. Si el inhibidor es competitivo se obtiene la gráfica característica que se presenta en la Figura 6.19:
Figura 6.19 Inhibición competitiva. (Figura elaborada por el autor).
Del análisis de la gráfica de la Figura 6.19 se obtienen varias características que presentan los inhibidores competitivos:
1. Observe el lector que las rectas obtenidas con la presencia, o ausencia de inhibidor, interceptan al eje y (1/v0), en el mismo punto, y como, de acuerdo con la ecuación de Henderson - Hasselbach, el intercepto es igual a 1/Vmax, se puede concluir que un inhibidor competitivo no modifica la velocidad máxima de la enzima. El que una enzima encuentre un inhibidor, o un sustrato, para formar los complejos respectivos, depende de la concentración de estas substancias. Si la concentración de sustrato se hace mucho mayor que la de inhibidor, es mucho más probable que la enzima casi siempre colisione con sustrato y la inhibición se hace imperceptible, por lo que la enzima puede llegar a su velocidad máxima.
2. Por otro lado, las rectas tienen una pendiente más grande a medida que la concentración del inhibidor aumenta. De acuerdo con la ecuación de Henderson - Hasselbach, la pendiente de una recta sin inhibidor es igual a Km/Vmax, si los inhibidores competitivos no modifican Vmax la única forma de aumentar el quebrado anterior es aumentando la Km, de tal manera que los inhibidores competitivos producen un aumento de la Km de la enzimaun inhibidor competitivo disminuye la afinidad de la enzima por el sustrato. Esto mismo expresado en términos más sencillos, es equivalente a decir que .
INHIBIDORES REVERSIBLES NO COMPETITIVOS
A diferencia de los inhibidores competitivos, los no competitivos se unen a la enzima en un sitio específico diferente al activo. De esta propiedad se deriva su nombre, pues no compiten con el sustrato para ocupar el sitio activo. Aún más, este tipo de compuestos puede tener una estructura química totalmente diferente a la del sustrato. Se piensa que al unir a la enzima un inhibidor de este tipo, se produce un cambio en su estructura tridimensional que altera la configuración del sitio activo, imposibilitando el reconocimiento del sustrato. Cuando EI se rompe, la enzima adquiere su conformación activa. Figura 6.20.
Figura 6.21 Inhibición no competitiva. (Figura elaborada por el autor).
Se supone que la gráfica que se presenta en la Figura 6.21 fue obtenida de un experimento similar al que se describió en la sección anterior, solamente que el inhibidor usado es no competitivo. En este caso se puede hacer énfasis en lo siguiente:
1. Las rectas con o sin inhibidor interceptan al eje x (1/[S]), en el mismo punto y de acuerdo a la ecuación de Michaelis - Menten, ese punto vale - 1/Km, por lo que se puede concluir que: los inhibidores no competitivos no afectan la Km de la enzima, es decir, no alteran la afinidad de la enzima por su sustrato.
2. Las rectas sin inhibidor interceptan al eje y (1/v0), en puntos más bajos que las que sí tienen. A mayor concentración de inhibidor, el intercepto está más arriba. Cuando no hay inhibidor, el punto de intersección es igual a 1/Vmax. Para que este punto se desplace hacia arriba y coincida con los puntos de intersección de las rectas con inhibidor, Vmax debe ser más pequeña. Esto significa que la presencia de un inhibidor no competitivo disminuye la velocidad máxima de la enzima.