Mecanismo de la inhibición competitiva
El proceso se basa en la analogía estructural. El inhibidor (I) es muy similar en su estructura al sustrato (S), por lo que es complementario a los sitios de unión (los llamados sitios de anclaje) del centro activo de la enzima (E).
Surge una competencia directa entre el sustrato y el inhibidor por el mismo lugar en la enzima. Son posibles dos escenarios:
- Reacción normal: la enzima interactúa con el sustrato. Se forma el complejo enzima-sustrato (ES), se produce una transformación química en el sitio catalítico, tras lo cual se liberan los productos de la reacción (P) y la enzima libre.
- Inhibición: la enzima se une al inhibidor. Como resultado, se forma un complejo inactivo enzima-inhibidor (EI). El inhibidor bloquea físicamente el acceso del sustrato al sitio catalítico y no se forma el producto de la reacción.
Características y cinética
El principal rasgo distintivo de la inhibición competitiva es su reversibilidad. El inhibidor se mantiene en el sitio activo mediante enlaces débiles no covalentes y se desprende fácilmente al cambiar las condiciones, sin destruir ni alterar de manera irreversible la estructura de la enzima.
El efecto del inhibidor depende directamente de la concentración del sustrato. Si se aumenta significativamente la concentración del sustrato, este comenzará a desplazar al inhibidor de los sitios activos. La probabilidad de que se forme el complejo funcional ES será mucho mayor que la del complejo inactivo EI, y la inhibición será superada.
Desde el punto de vista de la cinética de Michaelis-Menten, esto se manifiesta de la siguiente manera:
- Velocidad máxima ($V_{max}$): permanece invariable. A una cantidad de sustrato suficientemente alta (en exceso), la enzima alcanza su rendimiento máximo de todos modos.
- Constante de Michaelis ($K_m$): aumenta. La afinidad de la enzima por el sustrato aparenta ser menor. Para alcanzar la mitad de la velocidad máxima de la reacción, ahora se requiere mucho más sustrato que en ausencia del inhibidor.
Ecuaciones de equilibrio
Durante la inhibición competitiva, en el sistema ocurren simultáneamente dos procesos de unión en competencia:
- Formación del complejo con el sustrato y catálisis posterior:
$E + S \leftrightarrow ES \rightarrow E + P$
- Formación del complejo sin salida (estéril) con el inhibidor:
$E + I \leftrightarrow EI$
El complejo EI no es capaz de sufrir transformaciones posteriores ni genera producto.
Importancia médica
Los principios de la inhibición competitiva se aplican activamente en farmacología y en el tratamiento de diversas patologías.
Tratamiento de las enfermedades pancreáticas En las pancreatitis agudas y la necrosis pancreática se produce una liberación peligrosa de una enzima proteolítica activa, la tripsina, hacia el torrente sanguíneo y los tejidos circundantes. Esto desencadena el proceso de autolisis (autodigestión) del órgano. Para detener este proceso destructivo, a los pacientes se les administrán inhibidores peptídicos de la tripsina (por ejemplo, aprotinina, kontrikal, trasylol). Al unirse a la enzima, bloquean su actividad.
Uso de pseudosustratos Algunos inhibidores competitivos actúan como pseudosustratos (antimetabolitos). Ocupan el sitio activo y la enzima incluso puede llevar a cabo la reacción, pero como resultado se sintetiza un producto con una estructura alterada e «incorrecta». Tales compuestos carecen por completo de actividad funcional normal. Un ejemplo clásico de este mecanismo es la acción de los fármacos antibacterianos sulfamidas.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿De qué sustancia (sustrato) son análogos competitivos los fármacos sulfamidas?
Los fármacos sulfamidas son análogos estructurales del ácido para-aminobenzoico (PABA). Al actuar como inhibidores competitivos, compiten con el PABA por el sitio activo de las enzimas responsables de la síntesis de ácido fólico en los microorganismos (por ejemplo, la dihidropteroato sintasa).
- Mecanismo de acción — al unirse a la enzima, los fármacos actúan como pseudosustratos, lo que da lugar a la formación de un compuesto que no cumple las funciones del ácido fólico.
- Consecuencias — debido al déficit de ácido fólico se bloquea la síntesis de ácidos nucleicos, la división celular bacteriana se vuelve imposible, lo que provoca la cese de su reproducción y su muerte.
¿De qué enzima es inhibidor competitivo clásico el ácido malonico (malonato)?
El ácido malónico (malonato) es un inhibidor competitivo clásico de la enzima succinato deshidrogenasa. Esto se debe a la analogía estructural entre el malonato y el sustrato natural de la enzima: el succinato.
- Características estructurales — ambas sustancias contienen en su composición dos grupos carboxílicos cada una, lo que garantiza su similitud estructural.
- Mecanismo de acción — el malonato se une al sitio activo de la succinato deshidrogenasa mediante enlaces iónicos, bloqueando el acceso al succinato.
- Consecuencias — se vuelve imposible la transferencia de dos átomos de hidrógeno al grupo prostético de la enzima (FAD), la reacción química se detiene y no se forma el producto de la reacción (fumarato).
Preguntas de clases y exámenes
¿Cambia la velocidad máxima de la reacción en la inhibición competitiva?
No, la Vmax no cambia. La inhibición se puede superar por completo si se crea una concentración excesiva de sustrato.
¿Cómo afecta el inhibidor competitivo a la constante de Michaelis (Km)?
La Km aumenta. Esto significa que la afinidad de la enzima por el sustrato disminuye, y se requiere más sustrato para alcanzar la mitad de la velocidad máxima.
¿Dónde se une el inhibidor competitivo?
Se une directamente al sitio activo de la enzima, compitiendo por este con el sustrato.
Qué más repasar sobre el tema
- Características de la inhibición no competitiva
- Mecanismos de la inhibición enzimática irreversible
- Estructura del sitio activo de la enzima
- Fundamentos de la cinética de Michaelis-Menten
- Regulación alostérica de la actividad enzimática
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