Inibição competitiva de enzimas

Mecanismo de inibição competitiva

O processo baseia-se na analogia estrutural. O inibidor (I) é muito semelhante em estrutura ao substrato (S), portanto é complementar aos locais de ligação (os chamados sítios de ancoragem) do sítio ativo da enzima (E).

Surge uma competição direta entre o substrato e o inibidor pelo mesmo local na enzima. Dois cenários são possíveis:

• Reação normal: a enzima interage com o substrato. Forma-se o complexo enzima-substrato (ES), ocorre a transformação química na região catalítica, após a cual os produtos da reação (P) e a enzima livre são liberados.
• Inibição: a enzima se liga ao inibidor. Como resultado, forma-se um complexo inativo enzima-inibidor (EI). O inibidor bloqueia fisicamente o acesso do substrato à região catalítica, e o produto da reação não é formado.

Características e cinética

A principal característica distintiva da inibição competitiva é a sua reversibilidade. O inibidor é retido no sítio ativo por ligações não covalentes fracas e se desprende facilmente quando as condições mudam, sem destruir ou alterar irreversivelmente a estrutura da enzima.

O efeito do inibidor depende diretamente da concentração do substrato. Se a concentração do substrato for aumentada significativamente, ele começará a deslocar o inibidor dos sítios ativos. A probabilidade de formação do complexo ativo ES tornar-se-á muito maior do que a do inibidor EI, e a inibição será superada.

Do ponto de vista da cinética de Michaelis-Menten, isso se manifesta da seguinte forma:

• Velocidade máxima ($V_{max}$): permanece inalterada. Com uma quantidade de substrato suficientemente alta (excessiva), a enzima ainda atinge sua capacidade máxima.
• Constante de Michaelis ($K_m$): aumenta. A afinidade da enzima pelo substrato parece diminuir. Para atingir metade da velocidade máxima da reação, agora é necessário muito mais substrato do que na ausência do inibidor.

Equações de equilíbrio

Na inibição competitiva, dois processos de ligação concorrentes ocorrem em paralelo no sistema:

1. Formação do complexo com o substrato e catálise subsequente:

$E + S \leftrightarrow ES \rightarrow E + P$

1. Formação do complexo estéril com o inibidor:

$E + I \leftrightarrow EI$

O complexo EI é incapaz de sofrer transformações posteriores e não produz produto.

Significado médico

Os princípios da inibição competitiva são ativamente aplicados na farmacologia e no tratamento de diversas patologias.

Tratamento de doenças pancreáticas Na pancreatite aguda e na necrose pancreática, ocorre a liberação perigosa de uma enzima proteolítica ativa — a tripsina — na corrente sanguínea e nos tecidos circundantes. Isso desencadeia o processo de autólise (autodigestão) do órgão. Para interromper esse processo destrutivo, os pacientes recebem inibidores peptídicos da tripsina (por exemplo, aprotimina, trasilol). Ao se ligarem à enzima, eles bloqueiam sua atividade.

Uso de pseudossubstratos Alguns inibidores competitivos agem como pseudossubstratos (antimetabólitos). Eles ocupam o sítio ativo e a enzima pode até realizar a reação, mas o produto sintetizado acaba tendo uma estrutura alterada e "incorreta". Esses compostos são totalmente desprovidos de atividade funcional normal. Um exemplo clássico desse mecanismo é a ação dos fármacos antibacterianos sulfonamídicos.

Resumo: perguntas e respostas sobre o tema

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Características da inibição não competitiva
• Mecanismos de inibição irreversível de enzimas
• Estrutura do sítio ativo da enzima
• Fundamentos da cinética de Michaelis-Menten
• Regulação alostérica da atividade enzimática

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