Semana 3. Inhibición Enzimática. Vitaminas y Coenzimas.

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS DEPART DEP ARTAMENTO AMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA BIOLÓGICA Y FISIOLOGÍA ANIMAL

BIOQUÍMICA T1. Inhibición enzimática: Reversible e irreversible. Inhibición reversible competitiva y no competitiva. Los inhibidores irreversibles, clases: Reactivos específicos específicos de grupo, análogos del sustrato e inhibidores suicidas. La penicilina y la síntesis de la pared bacteriana. T2. Vitaminas y coenzimas.

Ms.C. Christian Vera.

 

INHIBICIÓN INHIBICI ÓN ENZIMÁTICA ENZIMÁTICA La actividad de muchos enzimas puede inhibirse por la unión de molé mo lécu cula lass pequ pequeñ eñas as e ione iones. s.

Esta forma Est rma de in inh hib ibic iciión cons onstit tituye uye el pri rin nci cip pal mecanis anism mo de contr ontro ol de los los sistemas sist emas biológic biológicos. os.

La regulación de los enzimas alostéricos representa este tipo de control.

Muchos fármacos y agentes tóxicos inhiben inhi ben enzimas. enzimas.

Inhibidores específicos permiten id iden enti tifi fica carr resi residu duos os impo import rtan ante tess par para la catálisis (revelan el mecanismo de acción acció n enzimáti enzimática). ca).

Los anál Los análog ogo os del del estad ado o de transi ansici ción ón son inhibi inhibidor dores es poten potente tes. s.

 

La inhibición enzimática puede ser:

Reversible: Rápida disociación del complejo E-I.

Tipos de inhibición reversi reversible: ble:

Irreversible: Unión covalente o no, fuerte, disociación E-I muy lenta.

Inh. Competitiva. Inh. Incompetitiva. Inh. No competitiva. Inh. Mixta.

 

Inhibición Competitiv Competitivaa El E puede unirse al S (formando el complejo ES), ó al I (EI) pero no a ambos (ESI).

Similitud estructural del I con el S. Un inh. compet. disminuye la velocidad de catálisis (V0) reduciendo la proporción de moléculas de E ligadas al S.

Puede contrarrestarse si se aumenta la [S].

 

Inhibición Competitiv Competitivaa El I compite por el centro activo con el S La cte de disociación disociación del I viene dada por:

La inhibición es más potente cuando más pequeño sea el valor de Ki.

 

Inhibición No competitiva El I y el S pueden unirse simultáneamente al E en diferentes centros de unión.

Disminuye el # de recambio del E pero no la cantidad de E unida al S.

No se supera al aumentar la [S].

 

Inhibición No competitiva

 

Inhibición Incompetitiva

El I se une solamente al complejo ES. El lugar para el inh. inco in comp mpet ivo oner se crea sola soplej lame ment cuan cu ando doetit seitiv gene ge ra cr elea compl om ejo o nte ES. ESe.

No puede superarse mediante la adición de más S.

 

Inhibición Incompetitiva

Vmáx y Km disminuyen disminuyen en cantidade cantidadess equivalent equivalentes es

 

Los Inhibidores Reversibles se distinguen cinéticamente

¿Cómo determinar si un inhibidor actúa de manera competitiva ó no competitiva?

Considerando Consider ando sólo E que muestran muestran cinética tipo Michaelis Michaelis y Menten.

Las medidas de la V0 a diferentes concentraciones de S e I permiten permit en diferenciar diferenciar entre inh compet. y no compet. compet.

Se puede representar mediante la gráfic gráficaa de Michaelis y Menten Menten ó mediante los dobles recíprocos. recíprocos.

 

Inhibidores Irreversibles Se puede ueden n utili tilizzar para ara tr traz azar ar el mapa apa del centro tro acti activo vo,, me med dian iante la id ideentifi tificcació ación n de grup grupos os func funcio iona nale less nece necesa sari rios os par para la acti activi vida dad d enzi enzimá máti ticca. Se ut utililiz izan an aque aquellllos os quee se unen qu unen de ma mane nerra cov covalen alentte.

 

Reactivos específicos de grupo Reaccionan con cadenas laterales específicas de Aas.

Yodoacetamid odoacetamidaa es un inhibidor irreversible irreversible de todas las peptidasas de cist cisteína. eína. El mecan mecanismo ismo de inhibición se produce a partir de la alquilación del residuo de cisteína cat catalítica. alítica.

 

Análogos del Sustrato Sustrato o Marcadores de Afinidad

Son moléculas estructuralmente similares al S, que modifican covalente covalente los residuos del centro activo.

Son más específicos para el centro activo del enzima que los reactivos específicos de grupo.

 

Inhibidores suicidas o Inhibidores basados en el mecanismo.

Son sustratos modificados que proporcionan los medios más específicos para modificar el centro activo del E.

El I se une al E como un S y se realiza una reacción catalítica normal, formándose un intermediario químicamente reactivo que inactiva al E por modific modi ficación ación covalen covalente. te.

 

Análogos del Estado de Transición Se pueden producir análogos del estado de transición que sufre el S, como eficaces inhibidores de los E. Debido a la unión selectiva del E al estado de transición Capaces de inhibir a los E con alta potencia y especificidad

 

La penicilina y la síntesis de la pared bacteriana La penicilina inactiva irreversiblemente a una transpeptidasa, clave en la síntesis de la pared celular bacteriana. Microorganismos: Poseen Microorganismos: Poseen pared celular: peptid peptidoglicano oglicano (cadenas de polisacárido entrecruzadas con péptidos cortos). En Medio Hipertónico la bacteria puede crecer como Protoplasto Protoplasto (sin pared celular), en presencia de penicilina. Pero NO en un medio normal. Penici icili lin na blo loq que ueaa últi última ma etapa apa de sín sínt. de p. celu celula lar: r: entr en trecr ecruz uzami amien ento to de las caden cadenas as de pe pepti ptidog doglic licano ano,, Catalizado por glicopéptido transpeptidasa (es un inhibidor irreversible) irreversible)..

 

Vitaminas y Coenzimas Las vitaminas so son n molé molécu cula lass orgá orgáni nica cass qu quee se ne nece cesi sita tan n en pequ pequeñ eñaas cantidades en la dieta de algunos animales superiores, ya que éstos han ha n per perdido dido la capa capaci cida dad d de sint sintet etiz izar arla las. s.

Las ru ruta tass meta metabó bóli lica cass de bios biosín ínte tesi siss son son comp comple leja jass, por lo que es más ef efic icaz az inge ingeri rirl rlas as que que sint sintet etiz izar ar los los enzi enzima mass nece necesa sari rios os par para cons constr trui uirl rlas as a part partir ir de mo molé lécu cula lass más más senc sencililla las. s.

Se pued pueden en clasi clasifi fica carr en do doss gr grup upos os:: Hidr Hidros osol olub uble less y Lipo Liposo solu lubl bles es.. Hidrosolubles: La vitamina C y las que pertenecen al complejo B (Tiamina, Ribo Ribofl flav avin ina, a, ácid ácido o nico nicotí tíni nico co,, ác. ác. pant pantot otén énic ico, o, Pi Piri rido doxi xina na,, Bi Biot otin ina, a, ác. ác. fólic ólico o, B12). Liposolubles: A , D , E y K .

 

Las vitaminas que actúan como coenzimas, pertenecen a la serie que se conoce como grupo de las vitaminas B o complejo B.

(B3) B5

 

Las vitaminas designadas por las letras A, C, D, E y K, no actúan como coenzimas.

 

Los enzi Los enzima mass catal ataliz izan an una una ampl amplia ia var arie ieda dad d de reacc eaccio ione ness quím químic icas as.. Su Suss grup grupos os funcionales participan con facilidad de reacciones ácido-base, forman determinados tipos de enlaces covalentes transitorios e intervienen en interac int eraccio ciones nes entre entre cargas cargas..

No obstante, son deficientes deficientes como catalizadores de reacciones de óxido-reducción y reacciones de transferencia transferencia de grupos.

Por lo que la activ actividad idad catalít catalítica ica de much muchos os enzi enzima mass depende de la pres pr esen enci ciaa de pe pequ queñ eñas as molé molécu cula lass llam llamad adas as cofactores cofactores..

 

COFACTORES

Metales

Moléculas orgánicas pequeñas deriv. vitaminas: coenzimas

Unión fuerte

Unión débil

Grupo Prostético

Cosustrato

 

Por lo general, las coenzimas se pueden clasificar en función de la natu na tura rale leza za del del gr grup upo o quím químic ico o que que tr tran ansf sfie iere ren n:

1. Coenzimas im impl plic icad adas as en reacc eaccio ione ness de tran transf sfer eren enci ciaa de grup grupos os fosf fosfat ato o: adenosín aden osín trifosf trifosfato ato (ATP). (ATP). 2. Coenzimas implicadas en reacciones de transferencia de átomos de hidrógeno (protones y electrones). Ejm: NAD+ (n (nic icot otin inam amid idaa aden adenin inaa dinucl din ucleót eótid ido), o), FMN (fl avina inaenmon mononu 3. Coenzimas implic(flav ad as reaonucle cciocleóti neótido) s ddo). e .tran transsferen erenccia de otros tros grup rupos químicos.. Ejm químicos Ejm: pir pirid ido oxal fosf osfato y la coenzim nzimaa A (Co (Co A).

 

Vitaminas y su forma coenzimática Tiamina o vitamina B1 La estructura estructura de tiamina contiene contiene dos anillos, anillos, uno de pirimidina pirimidina y otro de tiazol tiazol .

Su deficiencia causa la enfermedad conocida como beri-beri. Fuentes de la vitamina: Cascarilla de los granos de arroz y otros cereales.

 

En los tejidos, tejidos, la tiamina ingerida con la dieta, se convierte en su forma coenzimática denominada pirofosf pirofosfato ato de tiamina (TPP).

 

El pi piro rofo fosf sfat ato o de tiam tiamin inaa par partic ticipa ipa como como coenzima de aqu aquella lla cl clas asee de enzi enzima mass que catalizan reacci accion onees de separación o transferencia de grupos aldehído. Se une fuert fu ertem emen ente te al enzi enzima ma ac actu tuan ando do como como un tr tran ansp spor orta tado dorr in inte term rmed edia iari rio o tr tran ansi sito tori rio o de un grup grupo o alde aldehí hído do..

Actúa

también

como

una cocarboxilasa,

participando

principalmente

en

la

descarboxilación del ácido pirúvico, catalizada por el enzima piruvato descarboxilasa, para forma par ormarr ace acetald taldeh ehíd ído o y CO2 (ferm (fermentación entación alcohólica). alcohólica).

 

Riboflavina Ribofla vina o vit vitamina amina B2 Esta formada formada por un complejo complejo anillo de isoalox isoaloxacina acina al cual se halla unido el ribitol.

Su deficiencia provoca efectos en el crecimiento, caída de pelo y cataratas. Fuentes de la vitamina: Hígado, huevos, levadura y verduras de hojas verdes.

 

La riboflavina es un componente componente de dos coenzimas relac relacionadas ionadas íntimamen íntimamente: te: mononucleó mononu cleótido tido de fla flavina vina (FMN) y dinucleót dinucleótido ido de flavina flavina y adenina adenina (FAD), (FAD), denominadas coenzimas redox. redox. Grupo que reacciona

Actúaan est Actú estos como gru grupos pros prosttéti éticos, estrechamente unidos, de una clase de desh deshid idro roge gena nasa sass cono conoci cida dass como como fla flavop voprot roteína eínass o flavin flavindesh deshidr idroge ogenasa nasas, s, ta tamb mbié ién n son son coen coenzi zima mass de las las oxige xigena nasa sass y mo mono noo oxige xigena nasas sas..

 

El anillo de isoaloxacina isoaloxacina de los nucleótidos nucleótidos de flavina flavina desempeña el papel de de transportador transportador transitorio de un par de át. de hidrógeno separados del sustrato.

 

Niacina o vitamina B3 Es el ácido nicotínico, nicotínico, otra forma de esta vitam vitamina ina es la amida, nicotinamida y niacinamida.

Nicotinamida Fuente de esta vitamina: Distribuida en tejidos vegetales y animales, en la carne, cereales, levadura y leche.

 

Las formas de coenzima de esta vitamina son: la nico nicoti tina nami mida da aden adenin inaa dinu dinucl cleó eóti tido do (NAD+) y el fosf osfato ato de ni niccotin otinam amiida aden adenin indi dinu nucl cleó eóti tido do (NAD (NADP P+). Estos compuestos están formados por un nucleótido (AMP) y un pseudonucleótido (ya que la nicotinamida nicotinamida no es una purina purina ni una pirimidina). pirimidina). El NADH y el NADPH (forma reducida) se genera por la adición de un ión hidruro al nucl nu cleó eóti tido do oxida xidado do en la posi posici ción ón 4, dond dondee el hi hidr dróg ógen eno o in inco corp rpor orad ado o in ingr gres esaa al anil anillo lo..

Estas coenzimas se encuentran unidas débilm déb ilmen ente te a enzim enzimas as oxido oxidorr rredu educt ctasa asas, s, tipo deshidrogenasas y transportan iones ion es hidrur hidruro. o. El NADH NADH (en (en reacc eacc.. cata catabó bólilica cas) s).. El NADP NADPH H (en (en reacc eacc.. anab anaból ólic icas as))

 

Ácido pantoté pantoténico nico o vitam vitamina ina B5

El ácido pantoténico se encuentra en todas las células vivas como parte en la forma de coenzima A (CoA).

 

El coenzi enzima ma A, derivado del ácid ácido o pantoténico, es un transportador de grupos acilo,, el centro reactivo es el grupo sulfidrilo terminal del CoA (los grupos acilo se acilo unen un en al CoA CoA medi median antte un enla enlace ce ti tioé oést ster er). ).

 

Vitamina B6

Existen tres tres formas coenzimátic coenzimáticas as de éste enzima: enzima: 1. Piri Pirido doxxol o pi piri rido doxi xina na.. 2. Piridoxal 3. Piri rid doxamin aminaa

Abunda en los granos de cereales.

 

Los deriv derivados ados fosfor fosforilado iladoss del piridoxal piridoxal y piridoxi piridoxina na,, desempeñan el papel de coenzimas, transfiriendo transfirien do grupos amino. amino. Los enzimas pertenecientes a la clase de las transaminasas o aminotransferas aminotransferasas, as, utilizan estos coenzimas.

 

Biotina

Esta constituida constituida por un ciclo imidazolínico imidazolínico y un tetrahidrotiofe tetrahidrotiofeno. no. Se encuentra en las células unida covalentemente a un residuo de lisina.

Su defi defici cien enci ciaa se debe debe pr prin inci cipa palm lmen entte al cons consum umo o excesi cesivo vo de cl clar araa de huev huevo o cr crud udaa (q (que ue contienen la proteína avidina que se une de forma específica a la biotina impidiendo su abso ab sorc rció ión n inte intest stin inal al;; no obst obstan ante te la avid avidin inaa es te term rmol oláb ábilil.) .)

Fuente: En hígado, levadura y aportada por flora bacteriana intestinal.  

La biotina es la coenzima coenzima de las carboxilasas carboxilasas.. Se une a la carboxilasa carboxilasa a través través de un un residuo de lisina unida (formando un enlace tipo amida).

 

Transporta CO2, a través través de los anillos condensad condensados, os, formando un intermediario denominado carboxibiotina,, a partir de esta forma activada el CO2 es transmitido a otras moléculas. carboxibiotina

 

Cobalamina Cobala mina o vi vitamin taminaa B12

Es la más compleja de las vitaminas, siendo especial porque contiene una moléc lécula orgá or gáni nica ca,, así así como como tamb tambié ién n tr traz azas as de un el elem emen ento to es esen enci cial al:: coba cobalt lto. o.

Fuente: Se encuentra en hígado, riñón, productos lácteos y huevos, más no en vegetales.  

La coenzima derivada de la vitamina B12, denominada coenzima B12 o coba cobala lami mina na,, catal atealiz tres tipo ea ccio ione pr ipal en eodrden in m tiliza aaciotr nes es ti ypossrede ducrceacc ión dnes e s rprin iboinc ncuip clalm eómtent idotse: areord eenam soxamie irrient ibntos onos uclintr eótram tamol idoolec s. ecul Eular nares les, os, mamí ma mífferos eros se cono conoce ce la lass dos dos prim primer eras as..

 

Ácido fólico Esta vitamina debe reducirse a ácido tetrahidrofólico (FH4) para actuar como coenzima. Es Estta coen coenzi zima ma actú actúaa como como transportador de grupos con un solo átomo de carbono (g (gru rupo poss meti metilo lo,, formi ormilo lo,, meti metile leno no)) que que se requi equier eree pa parra la sín síntesis sis de pu puri rina nass y ti timi mina na..

 

Otros compuestos que dan lugar a coenzimas:

Ácido lipoico Deriva del ácido graso octanoico, actúa como factor de crecimiento en muchos microorganismos. Su forma orma coen coenzi zimá máti tica ca se deno denomi mina na li lipo poam amid idaa.

Es un componente esencial de las de desh shid idrrogen ogenas asas as de los los   α-cetoácidos -cetoácidos,, en la que los grup gr upos os sulf sulfid idri rilo lo actú actúan an como como tr tran ansp spor orta tado dorres de át. de hi hidr dróg ógen eno o y grup grupos os ac acil ilo o.

 

Coenzima Q  La coenzima Q , transporta los electrones del complejo I ó del II de la cadena respir spiraatori riaa al com comple lejjo II III, I, median diantte su forma rma redu educi cid da, llam llamad adaa tamb ambién ién ubiq ubiqui uino noll (de naturaleza hidrofóbica). Es un derivado de la quinona con una larga cola isoprenoide.

Cadena lateral isoprenoide