Coenzimas y Vitaminas

Coenzimasy vitaminas

Las coenzimas funcionan como reactivos de transferencia de grupos. Son específicas para los grupos químicos que aceptan y donan. Para algunas coenzimas, el grupo es hidrógeno o un electrón; otras coenzimas transportan grupos químicos mayores, unidos en forma covalente. Estos grupos metabólicos móviles están unidos en el centro reactivo de la coenzima.

Una coenzima es una molécula inorgánica u orgánica pequeña necesaria para la actividad de una enzima. Una coenzima es un cofactor.

Mecanismos de acción de las coenzimas

1. La coenzima se une a un enzima.
2. La enzima capta su substrato específico.
3. La enzima ataca a dicho substrato, arrancándole algunos de sus átomos.
4. La enzima cede a la coenzima dichos átomos provenientes del sustrato.
5. La coenzima acepta dichos átomos y se desprende de la enzima.
6. La coenzima no es el aceptor final de esos átomos, sino que debe liberarlos tarde o temprano.
7. La coenzima transporta dichos átomos y acaba cediéndolos, recuperando así su capacidad para aceptar nuevos átomos.

 La apoenzima es la parte proteica de una holoenzima, es decir, una enzima que no puede llevar a cabo su acción catalítica desprovista de los cofactores necesarios, ya sean iones metálicos (Fe, Cu, Mg, etc.) u orgánicos, que a su vez puede ser una coenzima o un grupo prostético, dependiendo de la fuerza de sus enlaces con la apoenzima. La apoenzima, es por tanto, catalíticamente inactiva, hasta que se le une el cofactor adecuado.

Los tipos de cofactores se pueden distinguir además de su naturaleza por la fuerza de interacción con suapoenzima

Cosustratos: con frecuencia son sustratos en reacciones catalizadas por enzimas.

Un cosustrato se altera durante la reacción y se disocia del sitio activo.

La estructura original del cosustrato se regenera en una reacción posterior,catalizada por la enzima. El cosustrato se recicla en la célula.

Los cosustratos llevan y traen grupos metabólicos entre distintas reacciones catalizadas por enzimas.

Grupos prostéticos: permanece unido a la enzima durante la reacción. Generalmente se unen de manera covalente a la enzima o puede estar unido por muchas interacciones débiles.

Principales Coenzimas 

• FAD (flavín-adenín dinucleótido): transferencia de electrones y protones.
• FMN (Flavín mononucleótido): transferencia de electrones y protones.
• NAD⁺(nicotín-adenín dinucleótido): transferencia de electrones y protones.
• NADP⁺ (nicotín-adenín dinucleótido fosfato): transferencia de electrones y protones.
• Coenzima A: transferencia de grupos acetilo (por ejemplo, en la descarboxilación del ácido pirúvico) y de grupos acilo en general.
• Coenzima Q: transferencia de electrones en la cadena respiratoria.
• Coenzima B₁₂: transferencia de grupos metilo o hidrógenos entre moléculas.
• TPP (Pirofosfato de tiamina): transferencia de grupos aldehido; forma parte, entre otros, del complejo piruvato deshidrogenasa.
• Vitamina C
• PLP (fosfato de piridoxal): transferencia de grupos amino.
• PMP (fosfato de piridoxamina): transferencia de grupos amino.
• FH₄ (ácido tetrahidrofólico): transferencia de grupos formilo, metenilo y metileno.
• Biocitina: transferencia de dióxido de carbono.
• Ácido lipoico: transferencia de hidrógenos, grupos acilo y metilamina.

Vitaminas

Las Vitaminas son compuestos que el organismo necesita en pequeñas cantidades para crecer, desarrollarse y funcionar correctamente.

Sin las vitaminas que se encuentran en la comida diaria, el cuerpo humano no sería capaz de funcionar con normalidad. Las vitaminas ,  son vitales .

Actúan junto con las enzimas y otros compuestos para producir energía , construir tejidos , eliminar residuos y garantizar la eficacia y el correcto  funcionamiento de todos los aparatos y sistemas.

Son esenciales , por tanto, deben  aportarse mediante la alimentación ó en su defecto por suplementación ; y sus carencias  o déficit llevará a trastornos orgánicos más o menos graves y a la enfermedad carencial.

Una excepción es la vitamina D, que se puede formar en la piel  con la exposición  al sol, y la  vitamina K  que se forma  en pequeñas cantidades en la flora intestinal.
En general, se clasifica a las vitaminas en dos grupos según su solubilidad : vitaminas liposolubles  que se disuelven en grasas  y aceites ( A, D , E , K ) e hidrosolubles que se disuelven en agua      ( C , grupo B ).

clasificación de las vitaminas 

• vitaminas liposolubles
• vitaminas hidrosolubles

Las Vitaminas hidrosolubles

Son la vitamina C y todas las vitaminas del grupo B. El exceso de las vitaminas hidrosolubles se expulsa por la orina, por lo que la ingestión en exceso de estas vitaminas no tiene efectos nocivos o tóxicos en el organismo.

Deben ser aportadas regularmente en la dieta puesto que no se almacenan en el organismo, a excepción de la vitamina B12 que lo hace de modo importante en hígado .

Breve y sencilla explicación de cada una de ellas:

 *Vitamina  C. Ácido Ascórbico. Antiescorbútica. La vitamina C es uno de los mayores antioxidantes de nuestro organismo.

Actúa en el organismo como transportadora de oxígeno e hidrógeno, pero también interviene en la asimilación de ciertos aminoácidos, del ácido fólico y del hierro.

 *Vitamina B1. Tiamina. Antiberibérica .La vitamina B1 interviene en el metabolismo y buen funcionamiento del sistema nervioso y la actitud mental.

 * Vitamina  B2. Riboflavina.

La vitamina B2 interviene en los procesos de respiración celular, en la mejora del estado de la piel, el crecimiento

* Vitamina  B3. Niacina. Ácido Nicotínico. Vitamina PP. Antipelagrosa.

La vitamina B3 interviene en el metabolismo de grasas, proteínas e hidratos de carbono, en la circulación sanguínea, participa en el mantenimiento fisiológico de la piel, la lengua y el sistema digestivo. Es indispensable para la salud del cerebro y del sistema nervioso.

 * Vitamina B5. Ácido Pantoténico. Vitamina W. La Vitamina B5 interviene en el metabolismo celular, en la liberación de energía a través de las grasas, proteínas y carbohidratos. Es necesaria para la síntesis de hormonas anti estrés, para la formación de anticuerpos y detoxificación de las sustancias toxicas.

 * Vitamina  B6. Piridoxina. La vitamina B6 interviene principalmente en la formación de glóbulos rojos. Esta vitamina se halla en casi todos los alimentos.

 * Vitamina  B8. Biotina. Vitamina H. La vitamina B8 participa en las reacciones que producen energía y en el metabolismo de los ácidos grasos. En la formación de la glucosa a partir de los carbohidratos y de las grasas. Esencial para el buen crecimiento y funcionamiento de la piel y sus órganos anexos, y para el desarrollo de las glándulas sexuales.

 * Vitamina  B9. Ácido Fólico. Necesario para el crecimiento y regeneración de tejidos, así como la eritropoyesis o formación de eritrocitos o glóbulos rojos en la médula ósea roja.

 * Vitamina  B12. Cobalamina. La vitamina B12 es imprescindible para el crecimiento, regeneración de tejidos y síntesis de la hemoglobina. Vital en la síntesis del ADN y necesaria para la formación de glóbulos rojos

Las Vitaminas Liposolubles

Las vitaminas liposolubles son la A, D, E y K.

Se caracterizan por disolverse en grasas y aceites .Normalmente se almacenan en tejidos adiposos y en el hígado. Se absorben en el intestino delgado y para ello requieren la presencia de sales biliares que solubilicen la grasa que las contiene.

 * Vitamina A (Retinol) Influye en el crecimiento, la visión, el pelo, las uñas, mucosas .

 * Vitamina D (Calciferol) La vitamina D absorbe, regula y  fija el metabolismo del  calcio y también el del fósforo  en el organismo. Es necesaria  para la formación de los huesos y dientes.

 * Vitamina E (Tocoferol) La vitamina E, también denominada como la vitamina restauradora de la fertilidad, facilita la circulación sanguínea, la formación de globos rojos y músculo y la estabilización de las hormonas femeninas. Es un gran antioxidante por naturaleza.

 * Vitamina K (Antihemorrágica) La vitamina K actúa en la coagulación sanguínea y en el metabolismo como coenzima.

Formacion de ATP

La síntesis de ATP se escribe algunas veces como:

ADP + P_i + nH⁺_p → ATP + H₂O + nH⁺_P

F₁ cataliza la síntesis, que es fuertemente endergónica, de ATP a partir de P_i y ADP. Mecánicamente se impulsa la reacción catalítica con la fuerza protón-motriz del gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial causando el movimiento de giro del anillo c, γ está unida al anillo c, provocándole movimientos de rotación. Cada rotación de 120º de la subunidad γ induce la aparición de cambios de conformación en los centros catalíticos de las unidades β del los dímeros αβ, de forma que los centros de fijación de nucleótidos van alternando entre tres estados:

Estado O = estado abierto, L = unión libre y T= unión tensa (en inglés, tight).

Aunque la composición de aminoácidos de las tres subunidades β es idéntica, sus conformaciones difieren en parte por la asociación a al subunidad γ.

Los dímeros αβ son asimétricos, cada uno de ellos presenta una conformación diferente en cada estado. Las tres subunidades β interaccionan de tal modo que, cuando una adopta la conformación O, otra ha de adoptar la conformación L y la del otro una conformación T. La conformación T posee mayor afinidad para ATP que para ADP + P_i y disminuye con ello la constante de velocidad de la reacción en valores cercano a uno; es decir, substrato y producto se encuentran encondiciones estándar, cerca de la equimolaridad.

La síntesis de ATP se inicia en el estado L con la unión de ADP y P_i. El siguiente estado es la conformación T que sigue la condensación del ADP y P_i a ATP con la formación de un enlace fosfodiéster. Finalmente, el estado O deja libre el producto ATP, y vuelve nuevamente al estado L iniciando nuevamente la siguiente ronda de síntesis. Por lo tanto, una rotación completa de la subunidad γ provoca que cada subunidad β se cicle a través de sus tres conformaciones posibles y en cada rotación se sintetizan y se liberan de la superficie del enzima tres moléculas de ATP. La interconvención conducida por protones, direccional y cíclica, de los estados O, L y T, permite una producción continua. Este mecanismo se conoce como mecanismo de cambio de la fijación.

El paso dependiente de energía no es la síntesis de ATP sino su liberación de un lugar de unión compacta. Esta liberación se produce por la rotación de γ que requiere energía, que impulsa los cambios conformacionales de los dímeros αβ. Esta liberación se produce simultáneamente con la unión del ADP y el P_i, que se habían unido previamente, se unen a un lugar T para experimentar una conversación espontánea a ATP, mientras que el lugar O, del que se liberó el ATP, une otro ADP y P_i para empezar de nuevo el proceso.

Mecanismos de las enzimas

Mecanismos
de las Enzimas

Los mecanismos enzimáticos individuales se han deducido
mediante una diversidad de métodos, que incluyen experimentos cinéticos, estudios
estructurales de proteínas y análisis de reacciones con modelos no enzimáticos. Los resultados
de esos estudios indican que la extraordinaria capacidad catalítica de las enzimas
se debe a propiedades físicas y químicas sencillas, especialmente el enlazamiento
y la colocación adecuada de los sustratos en los sitios activos de las enzimas. Se han
combinado la química, la física y la bioquímica para esclarecer gran parte del misterio
de las enzimas, y la tecnología del ADN recombinante ahora permite probar las teorías
propuestas por los químicos de enzimas.

El mecanismo de una reacción es una descripción detallada de los eventos moleculares,
atómicos e incluso subatómicos que suceden durante la reacción. Deben identificarse
los reactivos, los productos y todos los compuestos intermedios. Para determinar el mecanismo
de una reacción se usan varias técnicas de laboratorio. Por ejemplo, al utilizar
reactivos marcados con isótopos se puede seguir la trayectoria de los átomos individuales.

Los mecanismos enzimáticos se representan con el mismo simbolismo que el usado
en química orgánica para representar la ruptura y la formación de enlaces químicos. El
movimiento de los electrones es la clave para comprender las reacciones químicas (y enzimáticas).

1. Sustituciones nucleofílicas

Muchas reacciones químicas tienen compuestos intermedios iónicos. Hay dos tipos de

intermedios iónicos: unas especies son ricas en electrones o nucleofílicas, y otras especies

son pobres en electrones, o electrofílicas . Un nucleófilo tiene una carga

negativa o un par de electrones no compartido. Suele imaginarse que el nucleófilo ataca

al electrófilo, y al mecanismo se le llama ataque nucleofílico, o sustitución nucleofílica.

En la química mecanicista, el movimiento de un par de electrones se representa con una

flecha curva que apunta desde los electrones disponibles en el nucleófilo hacia el centro

electrofílico. Estos diagramas de “empuje de electrones” representan la ruptura de un

enlace covalente existente, o la formación de un nuevo enlace covalente. En general, el

mecanismo de una reacción implica un compuesto intermedio. Por ejemplo, la transferencia

de un grupo acilo se puede representar con el mecanismo general siguiente:

Serina proteasa usan este mecanismo

2. Reacción de ruptura

Los enlaces covalentes se pueden romper de dos maneras: dos electrones permanecen con un átomo, o un electrón puede permanecer con cada átomo enlazado. En la mayor parte de las reacciones, ambos electrones están en un átomo, por lo que se forman un intermedio iónico y un grupo

saliente. 

Por ejemplo, la ruptura de un enlace C—H casi siempre produce dos iones.

• Si el átomo de carbono retiene ambos electrones, el compuesto que lo contiene

se transforma en un carbanión.

• Si el átomo de carbono pierde ambos electrones, el compuesto que lo contiene

se transforma en un ion catiónico llamado carbocatión.

• Si un electrón se queda con cada producto y se forman dos radicales libres.

3. Reacciones de oxido-reducción (reacción redox)

Son reacciones que ocurren de manera simultanea. Un sustrato de

oxida y el otro se reduce.

Oxidación: es la perdida de electrones, una sustancia que se oxida
tendrá menos electrones cuando se termine la reacción.
Reducción: es la ganancia de electrones, una sustancia que gane
electrones en una reacción es reducida.
Agente oxidante: Se reducen
Agente reductos: Se oxidan

Modos químicos de la catálisis enzimática

A. Residuos polares de aminoácidos en sitios activos

La cavidad del sitio activo en una enzima en general está cubierta con residuos hidrofóbicos
de aminoácidos. Sin embargo, también en el sitio activo hay unos pocos residuos
polares, ionizables (con algunas moléculas de agua). Los residuos polares de aminoácidos
(o a veces coenzimas) tienen cambios químicos durante la catálisis enzimática.
Esos residuos forman gran parte del centro catalítico de la enzima.
La tabla 6.1 muestra una lista de los residuos ionizables encontrados en los sitios
activos de las enzimas. La histidina, cuyo pKa aproximado es de 6 a 7 en las proteínas, es
con frecuencia un aceptor o un donador de protones. El aspartato, el glutamato y a veces
la lisina también pueden participar en la transferencia de un protón. Ciertos aminoácidos,
como la serina y la cisteína, intervienen con frecuencia en reacciones de transferencia
de un grupo. A pH neutro, el aspartato y el glutamato suelen tener cargas negativas.

B. Catálisis ácido-base

En la catálisis ácido-base, la aceleración de una reacción se debe a la transferencia catalítica

de un protón. Esta catálisis ácido-base es la forma más común de catálisis en

química orgánica, y también es común en las reacciones enzimáticas. Las enzimas que

la hacen se basan en cadenas laterales de aminoácido que pueden donar y aceptar protones

en las condiciones de pH neutro de las células. Este tipo de catálisis ácido-base, donde

intervienen agentes de transferencia de protones, se llama catálisis ácido-base general.

(La catálisis por H u OH se llama catálisis ácida específica, o catálisis básica específica).

De hecho, los sitios activos de estas enzimas son el equivalente biológico de una

solución de ácido o base.

Conviene usar B: para representar a una base o aceptador de protón, y BH para

representar su ácido conjugado, un donador de protón. (Este par ácido-base también

puede escribirse en la forma HA/A ). Un aceptor de protón puede ayudar a las reacciones

en dos formas. Puede romper los enlaces O—H, N—H, incluso algunos C—H, quitando

a un protón.

BH+

Puede catalizar la ruptura de un enlace donando un protón a un átomo (R--OH)

Haciendo que sean mas lábiles los enlaces de estos átomos.

C. Catálisis covalente

Se une un sustrato en forma covalente a la E y se forma un compuesto

intermediario reactivo

• Acoplamiento de dos reacciones diferentes.

• Un 20% de las enzimas emplean esta catálisis (para demostrar el mecanismo

enzimático seguido se debe detectar el compuesto intermediario). Ej. Cinética

de ping-pong

La cadena lateral del aa que reacciona en la enzima puede ser un nucleofili o

un electrófilo.

A---X + E------------- X---E + A

X---E + B------------- B---X + E

Sacarosa + Pi -----------------1-fosfato de glucosa + Fructosa

Sacarosa + Enzima------------- Glucosilo-Enzima + Fructosa

Glucosilo-Enzima + Pi ----------Glucosa 1-fosfato + Enzima

D. Influencia del pH sobre las velocidades de reacción
enzimática.

El efecto del pH sobre la velocidad de reacción de una enzima puede indicar cuáles residuos
ionizables de aminoácido están en su sitio activo. La sensibilidad al pH suele reflejar
una alteración en el estado de ionización de uno o más residuos que participan en la
catálisis, aunque a veces se afecta la unión con el sustrato. Con mayor frecuencia, una
gráfica de velocidad de reacción contra pH es una curva con forma de campana, siempre
que la enzima no se desnaturalice cuando se altere el pH. Un buen ejemplo es el perfil de
pH-velocidad para la papaína, una proteasa aislada del fruto de la papaya (figura 6.4).

Cuando el pH óptimo, a la

mitad entre los dos

valores de pKa, la mayor

cantidad de molecula de

enzima esta en forma

activa, con el RA

protonado.

La curva acampanada de pH-velocidad se puede explicar suponiendo que la parte ascendente
de la curva representa la desprotonación de un residuo de aminoácido en el sitio activo
(B), y la parte descendente representa la desprotonación de un segundo residuo de
aminoácido en el sitio activo (A). Los dos puntos de inflexión indican en forma aproximada
los valores de pKa de los dos residuos ionizables. Una curva en forma de campana simple
es el resultado de dos titulaciones traslapadas. La cadena lateral de A (RA) debe
protonarse para tener actividad, y la cadena lateral de B (RB) se debe desprotonar.

Reacciones controladas por
difusión

Unas pocas enzimas catalizan reacciones a velocidades que se aproximen al límite físico
superior de las reacciones en solución. Este límite superior teórico es la velocidad de
difusión de los reactivos cercanos uno a otro. Una reacción que se produce con cada
choque entre moléculas de reactivos se llama reacción controlada por difusión. Bajo
condiciones fisiológicas, se ha calculado que la velocidad controlada por difusiones es
de 108 a 109 M–1 s–1. La frecuencia de encuentros puede ser mayor si hay atracción electrostática
entre los reactivos. Las constantes de velocidad aparentes de segundo orden
(kcat/Km) para cinco enzimas muy rápidas se indican en la tabla 6.4.
La unión de un sustrato a una enzima es una reacción rápida. Si el resto de la reacción
es sencillo y rápido, el paso de enlazamiento puede ser el paso que determine la velocidad,
y la velocidad total de la reacción podrá acercarse al límite superior para la catálisis.
Sólo hay pocos tipos de reacciones químicas que pueden avanzar tan rápido. Entre ellas
están las reacciones de asociación, algunas transferencias de protones y transferencias
de electrones. Las reacciones catalizadas por todas las enzimas de la tabla 6.4 son tan
sencillas que los pasos que determinan la velocidad son aproximadamente tan rápidos
como el enlazamiento de los sustratos con las enzimas. Ahora se verán con detalle dos
de esas enzimas: triosa fosfato isomerasa y superóxido dismutasa.

A. Triosa fosfato isomerasa

B. Superóxido dismutasa

Propiedades de las Enzimas

Propiedades

de las Enzimas

Las enzimas catalizan las
reacciones de las rutas metabólicas centrales, necesarias para mantener la vida.
La mayor parte de las reacciones catalizadas por enzimas no procederían a velocidades apreciables bajo condiciones fisiológicas en ausencia de las enzimas. El papel principal de las enzimas es aumentar las velocidades de tales reacciones. En forma típica, las reacciones catalizadas por las enzimas son más rápidas que
las mismas sin catalizar.

Un catalizador es una sustancia que acelera la llegada a un equilibrio. Un catalizador puede cambiar en forma temporal durante la reacción, pero no cambia en el proceso general, porque se recicla para participar en varias reacciones. Los reactivos se unen a un catalizador y los productos se disocian de él. Las enzimas son muy específicas para los reactivos o sustratos sobre los que actúan, y varía el grado de especificidad hacia el sustrato. Las enzimas catalizan reacciones bajo condiciones moderadas (Ej. pH 7.4, 37ºC). La actividad catalítica de muchas enzimas pueden ser reguladas por efectos alostéricos.

Las enzimas pueden hacer más que sólo aumentar la velocidad de una sola reacción muy específica. Algunas también pueden combinar, o acoplar, dos reacciones que normalmente serían separadas. Esta propiedad permite que la energía ganada en una
reacción se use en una segunda reacción. Las reacciones acopladas son una propiedad común de muchas enzimas; por ejemplo, la hidrólisis del ATP se acopla con frecuencia a reacciones metabólicas menos favorables. 

Una generación después, James B. Summer cristalizó, en 1926, la primera enzima ureasa y demostró que era una proteína. En la siguiente década se purificaron cinco enzimas más y se encontró que también eran proteínas: pepsina, tripsina, quimotripsina,

carboxipeptidasa y la enzima NADPH oxidasa. Desde entonces se ha demostrado que todas las enzimas son proteínas, o proteínas más

cofactores.

Clasificación de las enzimas

Las enzimas metabólicas se nombran agregando el sufijo “asa” al nombre de sus sustratos o a un término descriptivo de la reacción que catalizan: lactasa, alcohol deshidrogenasa.

Otras enzimas recién descubiertas están recibiendo nombres de acuerdo con sus genes o de alguna característica no descriptiva.
 Ej. Rec A; HSP70.
Codificación o nomenclatura: EC 1.1.1.27 
- EC: enzima clasificación
- Primer digito representa la clase
- Segundo digito significa la subclase
- Tercer digito es la subsubclase o subgrupo

- Cuarto digito representa la posición de la enzima en la lista.

Las seis clases de enzimas

1. Las Oxidorreductasas: catalizan las reacciones de oxidación-reducción. La mayor parte de esas enzimas se llaman, en general, deshidrogenasas. También hay otras enzimas en esta clase que se llaman oxidasas, peroxidasas, oxigenasas o reductasas. En este tipo de enzima se da una transferencia de hidrógeno o adición de oxígeno. (Lactato deshidrogenasa)

2. Las transferasas: catalizan las reacciones de transferencia de

un grupo y pueden necesitar la presencia de coenzimas. El

grupo transferido es diferente de hidrógeno. En las reacciones de transferencia de grupo, una parte de la molécula del sustrato se suele enlazar en forma covalente con la enzima o con su coenzima. Este grupo incluye las cinasas, enzimas que catalizan la transferencia de un grupo fosforilo del ATP. Como Aminotransferasas, ej. Alanina transaminasa.

3. Las hidrolasas: catalizan hidrólisis. Son una clase especial de

transferasas donde el agua sirve como aceptor del grupo

transferido. (Pirofosfatasa).

4. Las liasas: catalizan la lisis de un sustrato, al generar un enlace doble; son reacciones de eliminación, no hidrolíticas y no oxidantes. En dirección inversa, las liasas catalizan la adición de un sustrato a un doble enlace de un segundo sustrato.

Una liasa que cataliza una reacción de adición en las células es frecuentemente llamada sintasa.

 Piruvato descarboxilasa.

5. Las Isomerasas: catalizan cambios estructurales dentro de una misma molécula (reacciones de isomerización). Como estas reacciones sólo tienen un sustrato y un producto son de las reacciones enzimáticas más simples. Transferencia intra-molecular. Alanina racemasa

6. Las ligasas: catalizan la ligadura o unión de dos sustratos. Estas reacciones necesitan un suministro de energía potencial química de un nucleósido trifosfato, como el ATP. Las ligasas son usualmente llamadas sintetasas. La glutamina sintetasa, o L-glutamato: amoniaco ligasa (formadora de ADP)  usa la energía de la hidrólisis del ATP para unir glutamato y amoniaco para producir glutamina.

Inhibidor Enzimático

 Inhibidor de enzima (I): Es un compuesto que se enlaza con la enzima e interfiere con su actividad. 

Los inhibidores pueden actuar evitando la formación del complejo ES o bloqueando la reacción química que lleva a la formación del producto. Por regla general, los inhibidores son moléculas pequeñas que se unen en forma reversible con la enzima que inhiben. Las células contienen muchos inhibidores enzimáticos naturales que juegan papeles importantes en la regulación del metabolismo. Los inhibidores artificiales se usan en experimentos para investigar los mecanismos enzimáticos y para descifrar las rutas metabólicas. Algunas medicinas y muchos venenos son inhibidores de enzimas. Algunos inhibidores se unen en forma covalente con las enzimas y causando que la inhibición sea irreversible. La mayor parte de la inhibición de relevancia biológica es reversible. Los inhibidores reversibles se unen a las enzimas con las mismas fuerzas no covalentes que enlazan a sustratos y productos. Los inhibidores reversibles se diferencian de los irreversibles por su fácil eliminación.

De esta forma la inhibición específica de la acción enzimática puede ser de tipo reversible o de tipo irreversible. El primer tipo incluye la inhibición competitiva y la no competitiva y el segundo se refiere a la inhibición incompetitiva. A continuación examinaremos las características de cada una .

 Inhibición Reversibles

Inhibición competitiva

En este tipo de inactivación, el inhibidor (I) posee una estructura química similar a la del sustrato: esto le permite fijarse reversiblemente en el sitio activo de la enzima excluyendo el sustrato que previamente se haya unido. La enzima no modifica el inhibidor porque éste no posee enlaces susceptibles al ataque catalítico, que si están presentes en el sustrato. La situación puede representarse con las reacciones.

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.

Inhibición no competitiva

Se presenta por la unión reversible del inhibidor a un sitio de la enzima libre o con sustrato, diferente del sitio activo. Esta unión provoca cambios en la conformación de la enzima alterando así el sitio activo e impidiendo por consiguiente la transformación del sustrato. Las reacciones que ocurren simultáneamente son:

En la reacción 12, la enzima no es capaz de modificar S por las razones anotadas; en consecuencia con un exceso de sustrato no podemos recuperar la totalidad de las moléculas de enzima y por tanto no alcanzaremos la misma Vmax obtenida en ausencia de inhibidor.

Inhibición Acompetitiva

 Inhibición Irreversible

En contraste con un inhibidor enzimático reversible, un inhibidor enzimático irreversible forma un enlace covalente estable con una molécula de enzima y elimina así las moléculas del sitio activo en la población enzimática. Típicamente, la inhibición irreversible ocurre por alquilación o acilación de la cadena lateral de un residuo de aminoácido en el sitio activo. Hay muchos inhibidores irreversibles naturales, al igual que hay ejemplos sintéticos que se describirán aquí. Una aplicación importante de los inhibidores irreversibles es la identificación de residuos de aminoácidos en el sitio activo, por sustitución específica de sus cadenas laterales reactivas. En este proceso, un inhibidor irreversible que sólo reacciona con un tipo de aminoácido se incuba con una solución de la enzima, la que a continuación es analizada para determinar su pérdida de actividad. 

Ejemplos de inhibidores irreversibles

El diisopropilfluorofosfato (DFP) se muestra como un ejemplo de inhibidor irreversible de la proteasa en el apartado "Inhibidores irreversibles" arriba a la derecha. La enzima hidroliza el enlace entre el fósforo y el flúor, pero el residuo de fosfato se mantiene unido a una serina en el centro activo, inactivándolo. Además, el DFP también reacciona con el centro activo de la acetilcolinesterasa en la sinapsis de las neuronas, lo que lo convierte en una potente neurotoxina, con una dosis letal a partir de cantidades inferiores a 100 mg.

La inhibición suicida es un tipo común de inhibición irreversible donde la enzima convierte al inhibidor en una sustancia reactiva en su centro activo. Un ejemplo de esto es el inhibidor de biosintetizadores de poliaminas α-difluorometilornitina o DFMO, que es un análogo del aminoácido ornitina, y es usado para tratar la Tripanosomiasis Africana (enfermedad del sueño). La ornitina decarboxilasa puede catalizar la descarboxilación del DFMO sustituyendo a la ornitina, como se muestra en la figura del apartado anterior. Sin embargo, esta reacción de descarboxilación es seguida por la eliminación del átomo de flúor, lo que convierte a este intermediario en una imina, una especie altamente electrofílica. Esta forma reactiva del DFMO reacciona posteriormente con un residuo de cisteína o lisina en el centro activo para inactivar la enzima irreversiblemente.

Puesto que la inhibición irreversible implica a menudo la formación inicial de un complejo EI covalente, a veces es posible que un inhibidor pueda unirse a una enzima de diversas formas. Como ejemplo cabe destacar el caso de la enzima tripanotión reductasaperteneciente al protozoo y parásito humano Trypanosoma cruzi, donde dos moléculas de un inhibidor llamado mostaza quinacrina, presentan la capacidad de unirse a su centro activo. La molécula superior se une de forma reversible, pero la de abajo se une de forma covalente al reaccionar con un residuo de aminoácido a través de su grupo demostaza nitrogenada.

fármacos que funcionan como inhibidores

Un inhibidor enzimático famoso que actua sobre una enzima no presente en el ser humano es lapenicilina. Concretamente, la penicilina inhibe una enzima presente únicamente en bacterias, encargada de la producción de peptidoglucano, uno de los componentes esenciales de la pared celular bacteriana. De esta forma, la penicilina inhibe la formación de la pared celular bacteriana, sin la cual las bacterias estallan al no poder soportar la presión osmótica, o son facilmente fagocitadas por las células de nuestro sistema inmune.

Otro ejemplo de inhibidor enzimático, esta vez que actue sobre enzimas humanas es la Viagra, el famoso farmaco azul utilizado para tratar la disfunción eréctil.

La erección se produce porque señales del sistema nervioso parasimpático causan una liberación deóxido nítrico en el cuerpo cavernoso del pene. Este oxido nítrico activa la producción de GMPc, que es una señal de relajación para el músculo liso, relajación que conduce a una vasodilatación de los vasos sanguíneos presentes en el interior del pene, lo que provoca que los cuerpos cavernosos se llenen de sangre generando la erección.

Para evitar que la erección se prolongue más tiempo del adecuado existe una enzima que degrada el GMPc. No obstante, distintos desequilibrios pueden llevar a que este tiempo se reduzca, para tratar este problema existe la viagra.

Viagra es un compuesto con una estructura molecular muy similar a la del GMPc, por lo que actúa de como inhibidor competitivo de la enzima que debe degradarlo, es decir, distrae a estas enzimas, permitiendo que el GMPc permanezca más tiempo en el pene dando la orden de llenar de sangre los cuerpos cavernosos.

Uso Farmacológico:

NEXOBRID

 

PA: Bromelaína

bromelina

Mecanismo de acción

Bromelaína

El concentrado de enzimas proteolíticas enriquecidas en bromelaína disuelve la escara de las quemaduras. No se han identificado los componentes específicos responsables de este efecto. El principal constituyente es la bromelaína del tallo.

Indicaciones terapéuticas

Bromelaína

Extracción de escaras en ads. con quemaduras térmicas de espesor parcial profundo y completo.

Posología

Bromelaína

Cutáneo. Antes de la utilizacion mezclar el polvo (concentrado de enzimas proteolíticas enriquecidas en bromelaína) con el gel para generar un gel uniforme. 2 g de polvo en 20 g de gel por área quemada de 100 cm 2 o 5 g de polvo en 50 g del gel por área quemada de 250 cm 2 .

Dejar en contacto con la quemadura durante 4 h.

Contraindicaciones de Bromelaína

Hipersensibilidad a bromelaína, piña o papaína.

Advertencias y precauciones

Bromelaína

I.R., I.H. no existe información, ancianos (>65 años), enf. cardiopulmonar y pulmonar incluidos los traumatismos pulmonares por quemadura presuntos o confirmados, trastornos de la coagulación, bajos recuentos plaquetarios y riesgo aumentado de hemorragias por otras causas como, úlceras pépticas y sepsis; quemaduras perianales, genitales y eléctricas (no hay experiencia), información limitada en quemaduras faciales; no aplicar a más de un 15% del área se superficie corporal; evitar contacto directo con los ojos. Riesgo de reacciones alérgicas a la bromolaína, se han notificado casos de presunta sensibilización tras exposición oral y tras exposición ocupacional repetida por vía aérea. Además, se ha notificado una reacción alérgica cutánea de tipo retardado (queilitis) tras exposición dérmica a largo plazo (enjuague bucal). se ha notificado sensibilidad cruzada entre la bromelaína y la papaína, así como las proteínas del látex (conocida como síndrome látex-fruta), el veneno de abeja y el polen de olivo. Monitorización, además del amonitorización habitual en pacientes quemados, de: aumento de la temperatura corporal, signos de procesos inflamatorios e infecciosos locales y sistémicos, situaciones que podrían precipitarse o empeorar como consecuencia de la premedicación analgésica (dilatación gástrica, náuseas y riesgo de vómitos súbitos, estreñimiento) o de la profilaxis antibiótica ( diarrea), signos de reacciones alérgicas locales o sistémicas, efectos potenciales sobre la hemostasia. No establecida eficacia y seguridad en niños < 18 años. No se recomienda en quemaduras penetrantes en las que se encuentran expuestos, o podrían quedar expuestos durante el desbridamiento, materiales extraños (implantes, marcapasos, derivaciones) y/o estructuras vitales (vasos de gran calibre); en quemaduras químicas; heridas contaminadas con sustancias radioactivas y otras sustancias peligrosas.

Insuficiencia hepática

Bromelaína

Precaución, no hay estudios.

Insuficiencia renal

Bromelaína

Precaución, no hay estudios.

Interacciones

Bromelaína

Eficacia reducida por: antibacterianos de uso tópico como sulfadiazina argéntica o povidona yodada.

Potencia la acción de: fluorouracilo, vincristina.

Potencia el efecto hipotensor de:IECAS.

Aumenta somnolencia de:benzodiazepinas, barbitúricos, narcóticos y antidepresivos.

Embarazo

Bromelaína

No hay datos. No se recomienda.

Lactancia

Bromelaína

Se desconoce si el concentrado de enzimas proteolíticas enriquecidas en bromelaína o sus metabolitos se excretan en la leche materna. No se puede excluir el riesgo en recién nacidos/niños. Debe interrumpirse la lactancia durante al menos 4 días después de la aplicación

Reacciones adversa

Bromelaína

Dolor local y pirexia/hipertermia transitoria; infección de la herida; complicación de la herida.

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