Funcionamiento de los Inhibidores PDF

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INHIBIDORES IRREVERSIBLES / BIOENERGETICA / INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO Inhibidores irreversibles: Modifican covalentemente a la enzima. Producen un cambio conformacional en la enzima, inhibiendo su actividad enzimática. Un ejemplo de I. irreversible es el cianuro, de origen de almendras amargas. Reacciona con enzimas ion – metálico, que participan en la cadena transportadora de electrones. El DFP es de origen sintético, inhibe a enzimas con Serina en el sitio activo. El paration es un insecticida, es el principal inhibidor de acetilcolinesterasa. La penicilina inhibe a nivel de pared celular (síntesis). -Reaccionan con un grupo químico de la enzima modificándola covalentemente. Aquí se pega un inhibidor que hace que la enzima quede unido a este y no se despegue más, por eso se dice que genera un cambio conformacional; químicamente modifica a la enzima. -La acción no se define por una constante de equilibrio, si no por una constante de velocidad -La diferencia de la inhibición reversible, es que el efecto de los inhibidores irreversibles siempre va a depender del tiempo de actuación del inhibidor y también de la dosis del mismo. Por lo general son altamente tóxicos. El inhibir irreversible puede ser en medicina un antibiótico, antimicótico, antitumorales, y en otro aspecto los pesticidas. Respecto a los factores que determinan la velocidad de una reacción enzimática encontramos al sustrato, enzima, inhibidores, pH, temperatura, los cuales pueden ser modificados alterando la velocidad. Sustrato: En cuanto a velocidad v/s concentración de sustrato, se espera que aumente la velocidad (ya que el aumento de sustrato, implica aumento de velocidad), pero hasta cierto punto, ya que llega a una velocidad máxima (todos los centros activos están con sustratos) o disminuir en el caso contrario (cuando disminuye la velocidad). Enzima: La relación enzima - velocidad, va a depender de la cantidad y tipo de sustrato, del Km y del Kcat. Inhibidores: Disminuye la actividad enzimática, a través de la interacción con el centro activo o alostérico. PH: Uno espera que las enzimas trabajen cerca del pH óptimo. Las enzimas tienen mayor actividad en los alrededores del pH óptimo. El sitio activo y el sustrato pueden tener grupos ionizables (aminoácidos ionizables, candidatos a estar por ejemplo en el sitio activo). Si son grupos ionizables (azufre, OH, Amino, carboxílicos, imidazol) no van a tener la misma carga al mismo pH, es decir, si modifico el pH, se modifica la carga (se protonan y deprotonan: Ionización del sustrato) al poseer valor pK. Al modificar las cargas podemos tener dos aminoácidos con la misma carga y estos se repelen. Si cambia el pH, puede cambiar la carga del sitio catalítico. Por ejemplo: El sustrato tiene carga positiva y el sitio catalítico tiene carga negativa, y resulta que ahora colocamos protones al sitio catalítico, es decir, disminuimos el pH (ácidos), y deja de tener carga, la afinidad (fijación) enzima-sustrato no va a ser la misma. Al modificar la afinidad enzima - sustrato, alteramos la actividad catalítica de la enzima por el pH. A pH muy extremo ocurre una variación de la estructura proteica. Las enzimas con estructuras globulares (proteínas globulares), en su estructura expuesta y semi-expuesta tienen aminoácidos hidrofobicos. Si el pH cambia, la estructura se podría desarmar (No tocamos la estructura primaria, pero la secundaria y terciaria se ven afectadas). Pero obviamente también estamos hablando de pH extremos, y nosotros lo vemos en la curva (diapo 49), si estamos a pH 10 y 4 en el caso de la tripsina no tenemos actividad de ella, la hemos llevado a pH extremos. Pero el pH óptimo para cada enzima es propio para cada enzima. Al agregar naranjas al tutifrutti, estamos retardando la actividad enzimática de las oxidasas. El jugo cambia el pH en donde se modifica la unión sustrato-enzima. Finalmente la enzima que logra colocar oscura la fruta, no lo hace; por un tiempo, porque a la larga igual se va a oxidar.

Temperatura: Afecta a nivel de puentes de hidrógeno, desde la estructura secundaria. Puede producir que se desarme la proteína (denaturación), llegando a romper los enlaces. ¿Es necesario llegar a la estructura secundaria para que la enzima pierda su actividad enzimática? No, basta que yo afecta a la cuaternaria y a la terciaria. Mayormente la terciaria, ya que me da el lugar preciso del sitio catalítico. Regulación enzimática • • • • •

-Efectos Alostéricos - Modificación covalente de la E (fosforilación, redox S-H): A través de fosforilaciones o procedimientos redox (reducir – oxidar), como es el enlace S-H, presente en Cisteína. - Modificación No covalente por Ligando (AMPc, Ca +2, GTP, segundos mensajeros): Cascadas de señales, activación de ciertas enzimas por concentraciones elevadas de calcio por ejemplo. - Inhibición Competitiva y No competitiva - Represión Génica: Regulación (equilibrio) entre síntesis y degradación de proteínas. Esta varía a lo largo de nuestra vida.

La regulación alosterica (no en el sitio activo) Característica de proteínas multifuncionales, estas son aquellas donde hay dos sitios de unión, hablamos del sitio catalítico y del sitio regulatorio. En la regulación alosterica, hay una unión reversible no covalente de moduladores alostéricos; es decir, es una unión siempre transitoria, ya que quiero regular la actividad (no inhibir). En la regulación alosterica, a quienes se van a pegar en un lugar alosterico, los vamos a llamar moduladores alostericos o efectores alostericos. También existe una modificación covalente reversible; o sea, tenemos dos tipos: una que no sea covalente y la otra covalente, pero en ambos casos reversibles (porque necesito que a la enzima la regulen, no que la inhiban). Tenemos a la enzima y luego tenemos que el sustrato encaja en el sitio catalítico y el modulador alostérico es simplemente un efector. Viene el efector y se pega a la enzima en su sitio regulador. Que genera la pegada del efector? Un cambio conformacional que a su vez facilita la unión del sustrato a la enzima, ese tipo de efector nosotros le podríamos llamar que es un efector que conduce una reacción positiva sobre la enzima, activadora. Entonces eso es lo otro, la regulación no siempre es frenar (concepto típico), regular es activar o inactivar. Puede existir un modulador que se pegue, haga el cambio conformacional y el sustrato no se una, también tenemos esa posibilidad. Insisto la regulación puede ser positiva o negativa. M+/-: Estimulador positivo y negativo, S: Sustrato R: Sitio de regulación, C: sitio catalítico . Inhibición por producto Inhibición alosterica heterotropica. OBS: Hay regulaciones alostericas de tipo homotropica y heterotropica. La homotropica es cuando el modulador es muy parecido al sustrato. Lo heterotropico es que el modulador es muy distinto al sustrato.

Hay una inhibición alosterica a través de una retroalimentación que se llama feedback inhibitorio. Tengo Treonina (aminoácido), la cual es tomada por la Treonina deshidratasa (Enzima 1) y la convierte en el producto A, el producto A es tomado por una enzima 2 y la convierte en el producto B, B que es sustrato para la enzima 3 la convierte en el producto C, C que es el sustrato para la enzima 4 y lo convierte en el producto D, D es tomado por la enzima 5 como sustrato genera Isoleucina, y la isoleucina inhibe a la Treonina deshidratasa. Eso se llama inhibición por producto o feedback inhibitorio (como un producto que se generó después de cuatro reacciones, puede inhibir a la primera). Y cuál es la lógica, que si mi producto final es L-leucina, en un momento cuando la célula no necesite más isoleucina y llegue a una concentración determinada, esta inhibe a la enzima que finalmente parte el proceso allá arriba por así decirlo. Para cada enzima la inhibición por producto va a ser distinta, en algunas puede actuar como modulador y en otras como un sustrato.

Cooperatividad positiva Cooperatividad negativa

Tenemos dos curvas en donde me habla de una cooperación negativa y de una positiva. En las enzimas también existe el concepto de cooperativismo, que es simplemente como la interacción de las diferentes subunidades de la enzima fomenta la actividad de esta. De partida este tipo de cooperativismo existe sobre todo en enzimas que tienen subunidades (estructura cuaternaria). El cooperativismo se con la presencia de subunidades. Como ejemplo, la hemoglobina (cooperativismo +) tiene 4 subunidades y en cada subunidad tiene un grupo HEM y en este puede unir oxígeno. La unión de una molécula de oxígeno en una subunidad aumenta la afinidad de otra molécula de oxigeno que se une a la segunda subunidad, y la segunda subunidad, la unión de las dos subunidades fomenta que la tercera subunidad se una a otra oxígeno, junto a tercera la cuarta se una un cuarto oxígeno a la cuarta subunidad de la cadena. Se da en enzimas que poseen subunidades, porque cada subunidad tiene una función. El cooperativismo de la enzima depende de la concentración del sustrato. Entonces obviamente en el cooperativismo negativo la velocidad también depende de la concentración

Regulación enzimática de tipo covalente Es una actividad modulada por la modificación covalente, es decir, presencia de enlace covalente. Pueden ser las típicas fosforilación la adenilizacion, la uridilizacion, ADP ribosilacion y metilación, etc. La fosforilación es la regulación covalente más común en las células eucariontes. Ya fíjense en esa tabla que está ahí (diapo 57), está la fosforilación, la adenilizacion, la uridilizacion, ADP ribosilacion y metilación;

En la primera columna está el tipo de regulación covalente, en la segunda columna está el grupo que se pega, y en la tercera columna está el aminoácido que tiene la enzima para que estos grupos se peguen. Tirosina es el común denominador de la tercera columna. Esta tiene un anillo bencénico y un OH en su cadena, en donde el OH es el que deprotona y protona formando enlace covalente con las estructuras que están ahí. Los aminoácidos que suelen participar en esta regulación covalente son tirosina, serina, treonina, histidina, glutamina, arginina.Estos aminoácidos participan tanto en el sitio catalítico como en sitios de regulación. Modificaciones covalentes reversibles Participan enzimas, pegando y despegando. Las enzimas que regulan su actividad por modificación covalente reversible se conocen como enzimas interconvertibles, ya que simplemente cambian su conformación para esperar su actividad (el cambio conformacional que altera la actividad catalítica, en forma positiva o negativa). La pegada de estos dos grupos modifican la conformación de esta proteína y por consecuencia se altera la actividad catalítica. Cada vez que hablamos de modificación conformacional lo que estamos haciendo es alterar la estructura tridimensional de la proteína, es decir, la estructura terciaria. He inmediatamente con esto hay una alteración en la actividad enzimática. Siempre esa alteración repercute en una activación o en una inhibición de la enzima. Las enzimas convertidoras que son las encargadas de sacar o pegar un grupo, son normalmente una para la activación y otra para la inactivación. Yo tengo una enzima que se va a regular de forma covalente reversible, lo que significa que se le va a pegar un grupo y se le va a despegar; las enzimas convertidoras son aquellas enzimas que va a pegar el modulador, y hay otra convertidora que lo va a sacar. La enzima interconvertible es una sola, las convertidoras pueden ser dos, porque una para pegar y la otra para despegar. La enzima se regula de la siguiente forma: Viene una enzima le pega el grupo y la activa, y cuando ya tenemos la cantidad de producto suficiente, viene la otra y le quita el grupo y la inactiva. Tenemos dos posibilidades, de que si falla una quizás la otra no. Y por último, quizás la función que hace una la puede hacer otra. Lo que hace que la capacidad de regulación sea mayor.

Fosfatasa inactivadora

Quinasa activadora

El tipo más común de modificación covalente es la fosforilacion y desfosforilacion de un residuo de Serina de la enzima convertible, o sea, que esto va a ocurrir principalmente en los residuos de Serina. La glicógeno fosforilasa es la encargada de cortar glicógeno. Se representa el glicógeno fosforilasa A y B, es la misma pero se le da esa terminación para referirse a que una es más activa (A) y la otra es menos activa (B). Fíjense que el residuo de Serina, es residuo de Serina 14 y ahí se fosforila y se desfosforila. Quien es la encargada de fosforilar la glicógeno fosforilasa, la fosforilasa quinasa. Y cuando la fosforilasa quinasa coloca un residuo de fosfato sobre la glicógeno fosforilasa, que le pasa a esta? Se activa y comienza a cortar glicógeno. Qué pasa cuando viene la fosforilasa fosfatasa? Le saca el fosfato y la inactiva.

Regulación de la actividad enzimática Son dos los caminos por los que ocurre la regulación enzimática • Control de la disponibilidad de la enzima: la cantidad de una enzima determinada en una célula depende tanto de su velocidad de síntesis como de su velocidad de degradación. El ejemplo de la leche con o sin lactosa. • Control de la actividad de la enzima: la actividad catalítica de una enzima puede regularse directamente mediante alteraciones de conformación o de estructura. • Regulación por ruptura: un caso particular de activación es a través de la ruptura proteolítica, siendo el mejor ejemplo las proteasas pancreáticas (quimiotripsina , pepsina , tripsina), son enzimas sintetizadas en forma no activa, moléculas que son levemente más grandes que la forma activa y se denominan ZIMÓGENOS, estas se degradan y se catalizan. •

Los zimógenos, son enzimas inactivas que estructuralmente son más grandes. Estas enzimas se activan cuando se les corta un pedazo de su estructura. Cuando estas llegan al lugar que tienen que actuar, llega la otra enzima que lo regula, le corta ese pedazo y ya comienza a hacer su labor. Nógeno: inactivo. Isoenzimas Son diferentes proteínas con la misma reacción (acción). Hay cuatro requisitos para que podamos denominar a ciertas enzimas como isoenzimas: 1. Tienen diferentes patrones metabólicos en diferentes órganos, es decir, posee una distinta regulación. 2. Diferente localización y roles metabólicos en la misma célula. Por ejemplo diferente localización es que la enzima que realiza esa función este por el citosol y la enzima que realiza la misma función este por ejemplo en la mitocondria. 3. Diferentes estados de desarrollo en tejidos embrionarios fetales y en tejidos adultos. La distribución del LDH cambia al pasar de un estado a otro. 4. Diferentes respuestas de las isoenzimas a los reguladores alostericos, que tiene que ver directamente con la regulación. Ejemplo: la glucoquinasa presenta diferencias en su sensibilidad cuando se inhibe por producto, es decir, por glucosa 6 fosfato. Puedo tener glucoquinasa en varios órganos y la sensibilidad frente a su producto glucosa fosfato es distinta, por ende la regulación es diferente. Las isoenzimas suelen tener pesos moleculares similares, la cantidad de aminoácidos también son las mismas. Pero difieren porque yo las tengo en diferentes tejidos, porque su relación es distinta, porque el producto de su actividad metabólica tiene caminos distintos.

BIOENERGETICA Hay diferentes constantes que me permiten determinar las energías que yo tengo en una reacción. BIOENERGETICA  Estudio cuantitativo de las transferencias de energías que ocurren en las células vivas y la naturaleza, la función de los procesos químicos subyacentes a las transformaciones

Las transformaciones de energía biológicas obedecen a las leyes de la Termodinámica: 1. Para cualquier cambio físico o químico, la cantidad total de energía en el universo se mantiene constante, sólo se transforma 2. En todos los procesos naturales, la entropía del universo aumenta ΔG = ΔH - TΔS Dónde: ΔG = es el cambio de energía libre de Gibbs del sistema de reacción, ΔH = es el cambio de entalpía del sistema, T= es la temperatura absoluta ΔS = es el cambio de entropía Lo primero de espontaneidad es delta G, este involucra la entalpía y la temperatura asociada con el desorden; también delta G está directamente relacionada con la constante de equilibrio; dijimos que cuando las Keq son altas, o sea son favorables al producto (tengo más producto que reactante), delta G se hace NEGATIVO, criterio que significa ESPONTANEIDAD, o sea, decimos que la reacción es espontánea. Cuando la Keq es MENOR A 1, es decir, tengo más reactante que producto, ese delta G es POSITIVO y me está diciendo que la reacción NO ES ESPONTÁNEA EN ESA DIRECCIÓN, en sentido contrario sí. Cuando el equilibrio es 1, delta G es 0 y está en equilibrio. Por otro lado hay que recordar que las reacciones no espontáneas las podemos hacer espontáneas (manera como ATP actúa en las células). El ATP es nuestra moneda de energía para hacer funcionar nuestro cuerpo. La hidrólisis de ATP (que genera una gran energía en forma espontánea) empuja la reacción a que sea espontánea en esa dirección, es decir, permite que al acoplarse las reacciones no espontáneas, estas finalmente ocurran.

La oxidación de 1 mol de glucosa genera -2840 kj, en cambio, oxidar 1 mol de ácido palmítico (ácido graso de 16 carbonos) genera -9770 kj, es evidente que quemar grasa genera (energía) más sentido que quemar un carbohidrato, es evidente que el delta G es mucho más grande cuando yo quemo una grasa. Recordar que el Delta G es sumativo.

ΔG es función de las concentraciones de reactantes y productos y de la temperatura en las condiciones fisiológicas. Indica la dirección en la cual el sistema puede desarrollarse. ΔG’º es una constante característica donde las concentraciones de los reactantes y productos son 1 M, el pH es 7,0, la temperatura es 25ºC y la presión 1 atm. Cada reacción con delta G depende de un delta G en condiciones estándar y las concentraciones de sus productos y sus reactantes. Si yo tengo que una reacción va de A a B, tengo un delta G y de B a C también, entonces para llegar de A a C yo solo sumo los Delta G. Entonces, si yo tengo glucosa más fosfato inorgánico para formar glucosa -6Glucosa + ATP  glucosa – 6 – P P,+ tengo ADP una reacción ΔG’º = de -16,7 tipokJ/mol no espontánea, sin embargo, si le acoplo la hidrólisis de ATP, es decir, ATP más agua para generar ADP más fosfato Como obtengo ATP a nivel celular? A t inorgánico, su delta G es muy espontáneo. Si sumo ambas reacciones obtengo la glucosa-6-P como una reacción espontánea.

Formas de generación de ATP 1) Fosforilación a nivel de sustrato  Reacciones que generan ATP por si solas, no se obtiene a nivel mitocondrial. (ej: glicólisis) 2) Fosforilación oxidativa (Mitocondria) y fotofosforilación (fotosíntesis). 3) Reacción de Adenilato Quinasa (donde un AMP + ATP genera 2 ADP) Estas son las formas de cómo nosotros generamos ATP. ATP se lleva todos los créditos porque es una molécula que existe en todo el organismo. No tan solo el ATP es un compuesto fosforilado y no tan solo la hidrolisis de ATP genera energía. Por ejemplo el PEP -3, La fosfocreatina que entregan en su hidrolisis más energía que el ATP. INTRODUCCION AL METABOLISMO Las células intercambian continuamente materia y energía con el entorno (sistema abierto), introducen materia y la transforman con el objetivo de construir, renovar sus estructuras y conseguir la energía necesaria para sus funciones (la célula necesita consumir, reparar, sintetizar). Estas transformaciones que tienen lugar en la célula, ocurren por medio de un conjunto de reacciones químicas, estas reacciones químicas son realizadas por enzimas, y todo este proceso se denomina METABOLISMO. Objetivos del metabolismo: • Convertir nutrientes exógenos en precursores de macromoléculas (consumimos sustancias exógenas para que la célula lo tome y sintetice precursores de macromoléculas, la célula necesita los precursores de macromoléculas, entonces, lo que nosotros vamos consumiendo es para un precursor). • Construcción de macromoléculas propias a partir de dichos precursores. • Sintetizar y degradar biomoléculas requeridas en funciones celulares especializadas (como lípidos de membranas, mensajeros intracelulares), es decir, nosotros le dam...