Inhibición Enzimática: Tipos y Características Cinéticas

Inhibición Enzimática No Competitiva

El inhibidor no compite con el sustrato por el centro activo, pues se deposita en un punto cercano a él, sin impedir la unión del catalizador con el sustrato. La presencia del inhibidor produce un cambio en la estructura y la forma de la enzima que implica que la enzima deja de ser capaz de unirse correctamente al sustrato. Esto reduce la concentración de enzima “activa”, resultando en una disminución de la v_max. Por alta que sea [S₀], no se alcanza r_max, a diferencia de la inhibición competitiva.

E + S ES E + P ///. E + I EI ///  ES + I ESI. K_IES = en ambas reacciones y [ES], se sustituirá por parámetros medibles: k_M = [E][S] / [ES] → [E] = k_M [ES] / [S] ///. k_I = [E][I] / [EI] → [EI] = [E][I] / k_I ///.kSustituyendo [E] en la ecuación de [EI]: [EI] = (k_M [ES] / [S]) ([I] / k_I). 

Considerando: [E₀] = [ES] + [E] + [EI] + [ESI]. Siendo E enzima libre, ES complejo enzima-sustrato, EI complejo enzima-inhibidor y ESI complejo ternario. Sustituimos en este balance de materia las expresiones de [E], [EI] y [ESI] obtenidas: [E₀] = [ES] + k_M [ES] / [S] + (k_M [ES] / [S]) ([I] / k_I) + [ES] [I] / k_I. Despejando [ES]: [ES] = [E₀] / {1 + k_M / [S] + (k_M / [S]) ([I] / k_I) + [I] / k_I} /// [ES] = [EPero, r₀ d[P]/dt = k₂ [ES]; r_max = k₂ [E₀] : r₀ = r1 + [I] / k_I + (k_M / [S₀]) (1 + [I] / k_I)}. 

Linealizando esta ecuación: 1/r₀ = (1 + [I] / k_I)/r+ (k_M/r_max [S₀]) (1 + [I] / k_I). Comparándola con la ecuación en ausencia de I, la de Lineweaver-Burk: 1/r₀ = 1/r+ k_M/r_max [S₀].  Vemos que al representar en ambas 1/r₀ frente a 1/[S₀], la ordenada en el origen ya no coincide y la pendiente es mayor con inhibidor que sin él. La abscisa en el origen sí coincide, es -1/k_M. GRÁFICA 4. Se observan dos rectas con la misma abscisa en el origen (define el valor de k_M), y si es idéntica quiere decir que k_M sin inhibidor (la de abajo con menor pendiente) es la misma que k_M con inhibidor (la de arriba con mayor pendiente e inclinada)

Esto quiere decir que no se modifica la afinidad de la enzima por el sustrato, ya que el inhibidor no entra en el centro activo. Cuando el punto de corte de abscisa es el mismo quiere decir que la inhibición es no competitiva por definición. La ecuación deducida para este tipo de inhibición reversible es consistente, ya que si [I] = 0, es decir, en ausencia de I, la ecuación se convierte en L-B. Las características cinéticas de esta inhibición son que la ordenada en el origen aumenta en la representación lineal: ord = (1 + [I] /k_I) / r_max /// El valor aparente: r’_max = 1/ord = r_max / (1 + [I] + k_I). Este valor es menor que v_max, lo que concuerda que I, unido en un sitio alostérico, disminuye la capacidad de la enzima. Como r_max = k₂E₀, k₂ se reduce en presencia de I. Sin embargo, k_M, no resulta afectado por I. La pendiente de la representación lineal, aumenta con [I] pero sólo debido al descenso aparente de r_max (k_M no cambia, no cambia la abscisa en el origen)

Inhibición Acompetitiva

Los inhibidores acompetitivos son un tipo especial de moléculas que únicamente son capaces de unirse a una enzima si ya se ha unido a su sustrato, es decir, sólo pueden unirse al complejo enzima-sustrato y no a la enzima libre. Rara vez se presenta cuando existe un solo sustrato. Es más frecuente en reacciones multisustratos, en donde el inhibidor se fija únicamente al complejo enzima-sustrato. Una vez formado el complejo ternario, ESI, se impide la acción catalítica. Aunque el proceso es reversible, no se elimina el inhibidor aumentando la concentración de sustrato, sino que se aumenta ESI, Como r_max depende de ES, puesto que P, se forma de ES, nunca se alcanzará r_max en presencia de un inhibidor acompetitivo. Por otro lado, k_M, disminuirá porque la desaparición de ES aumenta la formación de ES, es decir, aumenta la afinidad de la enzima por el sustrato.

E + S ES E + P /// ES + I ESI. Recordamos ecuaciones que dan E y ESI en función de ES: k_M = [E][S] / [ES] → [E] = k_M [ES] / [S] /// k_I = [ES][I] / [ESI] → [ESI] = [ES][I] / k_I  /// [E₀]= [E] + [ES] + [ESI]. Sustituimos en este balance de materia las expresiones de [E] y [ESI] obtenidas: [E₀] = [ES] + k_M [ES] / [S] + [ES][I] / k_I

Despejando [ES]: [ES] = [E₀] / (1 + k_M / [S] +[I] / k_I). Pero, r₀ d[P]/dt = k₂ [ES]; r_max = k₂ [E₀] : r= r_max / {1 + [I] / kHaciendo la linealización de Lineweaver-Burk: 1/r₀ = (1 + [I] / k_I)/r_max + k_M/r_max [S]. Comparándola con la ecuación en ausencia de I: 1/r₀=1/r_max+k_M/v_max[S]:  – Las pendientes tienen el mismo valor: k_M/v_max, lo que indica son rectas paralelas. – La ordenada en el origen es mayor en la recta de inhibición. Lo que indica que la velocidad máxima alcanzada, con alta, [S], con I es menor que sin I. – La abscisa en el origen difiere, siendo -1/k_M sin I, y – (1 + [I] / k_I) / k_M con I. Por tanto, la ordenada y abscisa en el origen con inhibidor van multiplicadas por (1 + [I] / k_I). Esto indica que la velocidad máxima en la inhibición acompetitiva va dividida por ese factor.

Aplicaciones Inhibición Acompetitiva

Los inhibidores acompetitivos trabajan mejor a altas concentraciones de sustrato, justamente lo contrario que en la inhibición competitiva. Un ejemplo es el empleo de las sales de litio como psicofármacos. Estas sales actúan como inhibidores acompetitivos de la inositol monofosfatasa en el cerebro, de manera que afectan el metabolismo de los fosfoinositoles de la membrana de las células nerviosas, lo que a su vez condiciona la transmisión nerviosa y justifica su efecto terapéutico.

Los Tres Tipos de Inhibición

1. Inhibición competitiva: las 3 rectas pasan por la misma ordenada en el origen, por lo que la v_max es la misma, haciendo que aumente k_M (aumenta la afinidad del enzima por el sustrato).
2. Inhibición no competitiva: las 3 rectas van a la misma abscisa en el origen, k_M no cambia, pero v_max aumenta a medida que aumenta I. En el caso de la inhibición competitiva k_M aumentaba, y aquí lo que aumenta es la pendiente (k_M sin variar). La pendiente con inhibidor es mayor siendo k_M x (1 + I / k_M), y la más chica sin inhibidor es la v_max.
3. Inhibición acompetitiva: las 3 rectas son paralelas, disminuye v_max, es decir, la pendiente, ya que el corte es más alto conforme más grande es la concentración, aumentando la ordenada, pero el inhibidor también aumenta la abscisa en el origen, disminuyendo k_M y v_max en la misma medida, por eso la pendiente es la misma. La medida de la disminución en los dos casos es 1 + I / k_M.