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ESTRUCTURA, FUNCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE
LAS ENZIMAS
4.1. CONCEPTOS GENERALES
Toda reacción química, biológica o inorgá-
nica, es un proceso en el que una o varias
moléculas interactúan entre sí para transfor-
marse en otras moléculas siguiendo una
dirección determinada por leyes fisicoquí-
micas (termodinámicas) hasta llegar a un es-
tado de equilibrio:
A + B , ) C + D
Existen sustancias llamadas catalizadores
que tienen la capacidad de acelerar las reac-
ciones químicas sin alterarse al final de éstas
y sin modificar el equilibrio químico; sólo
acortan el tiempo en que se alcanza dicho
equilibrio.
Los catalizadores se dividen en dos gru-
pos: orgánicos e inorgánicos. Dentro de los
primeros tenemos las enzimas y en el segun-
do los iones H+, OH " o metálicos.
Las enzimas son moléculas producidas
por las células de los organismos vivos con
la función específica de catalizar reacciones
químicas, las que sin ellas, ocurrirían muy
lentamente.
Hasta hace pocos años se consideraba que
todas las enzimas eran proteínas. Sin embar-
go, recientes investigaciones realizadas por
Cech y colaboradores (Cech, T.R., Science,
236, 1532-39 (1987) han demostrado que
moléculas de RNA pueden actuar como en-
zimas con una elevada actividad catalítica.
Se ha comprobado experimentalmente que
la molécula de RNA L-19 derivada de un in-
trón de un precursor de una RNAr de un pro-
tozoario ciliado actúa como ribonucleasa y
como RNA polimerasa. Esta enzima de
RNA o RNA enzimático o ribozima muestra
las mismas propiedades cinéticas que las
otras enzimas tradicionales, un alto grado de
especificidad y susceptibilidad a la inhibi-
ción competitiva. Este descubrimiento pue-
de tener importantes implicaciones sobre la
evolución de las moléculas y puede contri-
buir a aclarar el mecanismo de acción de los
catalizadores.
La vida y el crecimiento celular requieren
la continua síntesis de macromoléculas aco-
plada a procesos proveedores de energía. El
acoplamiento controlado de las reacciones
químicas mediante la acción de enzimas es
propiedad única de las células vivas. Entre
las miles de sustancias presentes en una cé-
lula, las enzimas constituyen la parte más
importante de las proteínas celulares. Esen-
cialmente, todas las reacciones bioquímicas
son catalizadas por enzimas.
cia emplean coenzimas del tipo del NAD+^ , NADP+^ , FAD, ácido lipoico y CoQ como aceptores de hidrógeno; otros aceptores in- cluyen al grupo hemo y al oxígeno molecular. En este grupo se incluyen deshidrogenasas y oxidasas de gran importancia en los proce- sos oxidativos de la respiración celular. La catalasa es única en el sentido de que el pe- róxido de hidrógeno (H2O2) sirve tanto co- mo donador y como aceptor. La catalasa funciona en la célula eliminando el peróxido de hidrógeno que es tóxico. 2.- Transferasas.- Muchos pasos impor- tantes del metabolismo requieren la transfe- rencia de una molécula a otra de grupos ámino, carboxilo, carbonilo, metilo, ácido, glucosilo, o fosforilo. Las coenzimas utili- zadas son el tetrahidrofolato (FH4) coenzima A (CoA-SH) y fosfato de piridoxal (PPal). Las aminotansferasas (transaminasas) transfieren grupos amino de un aminoácido a un cetoá- cido aceptor, dando lugar a la formación de un nuevo aminoácido y un nuevo cetoácido. Las cinasas catalizan la transferencia de un fosfato del ATP a grupos aceptores, alcohol o ámino, como ejemplo tenemos la glucocina- sa que forma glucosa-fosfato. La síntesis de glucógeno depende de glucosiltransferasas. 3.- Hidrolasas.- Catalizan el rompimiento de una molécula, con participación de agua, entre enlaces carbono y cualquier otro áto- mo. Este grupo de enzimas se puede conside- rar como una clase especial de transferasas en las que el grupo donador se transfiere al agua. La rotura del enlace peptídico es buen ejemplo de esta reacción llevada a cabo por peptidasas. Nombres triviales de algunas peptidasas incluyen pepsina, tripsina, qui- motripsina y dipeptidasa. Otras subclases son las esteraseis como la lipasa, colineste- rasa, y colesterol esterasa. Las fosfatasas eliminan grupos fosfatos, como la glucosa- 6-fosfatasa y las fosfatasas acida y alcalina. 4.- liosas.- Catalizan el rompimiento no hidrolítico entre carbono-carbono, carbono- azufre y algunas carbono-hidrógeno. A este
grupo pertenecen las descarboxilasas. Aldehi- do nasas como la aldolasa, fumara y otras. 5.- Isomerasas.- Incluye a todas las enzi- mas que catalizan la interconversión de todo tipo de isómeros ópticos, geométricos, de posición y reacciones de oxidorreducción intramolecular. A este grupo pertenecen las racémosos, epimerasas y mutasas. 6.- Ligasas.- Catalizan la formación de enlaces entre carbono-oxígeno, nitrógeno y otros átomos a expensas de un enlace fosfa- to de alta energía del ATP. El término de sintetasas se reserva para este grupo particu- lar de enzimas. La piruvato carboxilasa es un buen ejemplo de una ligasa. También la acetil-CoA sintetasa, la aminoacil-RNAt sintetasa, enzimas activadoras de aminoáci- dos en la síntesis de proteínas. En la Tabla 4.4 se describen algunas enzi- mas y su clasificación de acuerdo a la comi- sión de enzimas.
4.4 LOCALIZACIÓN Y DISTRIBUCIÓN
DE LAS ENZIMAS
Las enzimas dentro de un organismo se en- cuentran distribuidas en los diferentes órga- nos y tejidos donde realizan su función específica. Dentro de una célula, algunas en- zimas se encuentran compartamentalizadas y ordenadas; ejemplo: en las células hepáti- cas, las enzimas de la glicólisis están locali- zadas en el citoplasma, en tanto que las enzimas del ciclo de Krebs en las mitocon- drias. Dentro de la mitocondria, las enzimas del ciclo del ácido cítrico se encuentran dis- puestas en forma secuencial, lo cual da al proceso ergopoyético de la célula la máxima eficacia.
4.4.1. Nivel celular. Sistema microsomal
La localización de una enzima particular en un tejido o célula es el fundamento de una
CONTINUA TABLA 4.
Número
2.1. 2.1.3.
2.2.1.
2.2.1.
Nombre sistemático
Carboxil o carbamoil transíerasas Carbamoil-P: L-aspartato transferasa
Transferencia de grupos aldehídicos o cetónicos Sedoheptulosa 7-P: gliceraldehido glicolaldehído transferasa Sedoheptulosa: 7-P: gliceraldehido Dihidroxiacetona transferasa
Aminotransferasas L-aspartato: 2-oxoglutarato aminotransferasa L-alanina: 2-oxoglutarato aminotransferasa
Fosfotransferasas ATP: glucosa 6-P transferasa UTP: galactosa 1-P uridil transferasa
Hidrolasas Enlace éster Carboxílico Acetilcolina acetil hidrolasa Tióester Acetil CoA hidrolasa Ester fosfórico Glucosa 6-P fosfohidrolasa
Glucósido hidrolasas a l - 4 gluca-4glucano hidrolasa
Péptido hidrolasas
Urea amidohidrolasa
ATPfoshidrolasa
Liasas Carboxiliasas 2-oxo-ácido carboxil iasa Aldehidoliasas Cetona 1-Paldehidoliasa
Nombre trivial
Aspartato transcarbamilasa
Transcetolasa
Transaldolasa
Transaminasa glutámico oxalacética Transaminasa glutámico pirúvica
Glucocinasa UDP-galactosa pirofosforilasa
Colinesterasa
Tiolasa
Glucosa 6-fosfatasa
a-amilasa
Pepsina
Ureasa
ATPasa
Piruvato descarboxilasa
Aldolasa
CONTINUA TABLA 4.
Número Nombre sistemático Nombre trivial
4.1.3 Cetoacidoliasas 4.1.3.7 Citrato oxalacetato liasa
4.2.1 Hidroliasas 4.2.1.2 L-malatohidroliasa
5 Isomerasas 5.1 Racemasas y epimerasas 5.1.1.1 Alanina recemasa 5.1.3.1 D-ribulosa 5-P, 3 epimerasa
5.2 Cis-trans isomerasas 5.2.1.1 Malea to cis-trans isomerasa
5.3.1 Aldo-ceto isomerasas 5.3.1.1 D-gliceraldehído 3-P cetol isomerasas
6 Ligasas 6.1.1 Aminoácido-RNA 6.1.1.1 L-tirosina: RNAt ligasa(AMP)
6.2.1 Acido tiol 6.2.1.1 Acetato: CoA ligasa (AMP)
6.3 Enlaces C-N 6.3.4.2 UTP: amonio ligasa (ADP)
6.4 Enlaces C-C 6.4.1 Piruvato: C 0 2 ligasa (ADP)
Citrato sintetasa
Fumarasa
Alanina racemasa Epimerasa
Maleato isomerasa
Triosa-P isomerasa
Tirosil-RNAt sintetasa
Acetil CoA sintetasa
CTP sintetasa
Piruvato carboxilasa
rama de la histoquímica denominada his- toenzimología. La distribución de las enzimas en los organelos subcelulares se estudian fraccionando en ultracentrífuga homogenei- zados de células. En células eucarióticas las enzimas se distribuyen en la membrana ce- lular, mitocondrias (matriz y espacios inter- membranas) lisosomas, vacuolas, retículo endoplásmico, etc. (tabla 4.5). En la mem- brana celular se encuentran enzimas que participan en el transporte de metabolitos y
las que regulan la acción de hormonas o neurotransmisores sobre los receptores membranales. En tanto que muchas enzimas se encuentran solubles en el citoplasma, otras se encuentran fijas ordenadamente en alguna membrana particular y funcionan en forma secuencial, como es el caso de las en- zimas oxidativas de la mitocondria. Gene- ralmente las vías anabólicas y catabólicas se localizan en organelos diferentes a fin de maximizar la economía celular.
te). Las fosfatasas, con su localización parti-
cular, la fosfatasa acida en próstata y la fos-
fatasa alcalina en hígado y hueso,
determinan la presencia de carcinoma pros-
tético y óseo respectivamente, cuando se
elevan en suero.
4.5 MECANISMO DE ACCIÓN
El mecanismo de acción de las enzimas se
estudiará primero desde el punto de vista ge-
neral de la catálisis y luego de cada sistema
enzimático en particular.
4.5.1. Aspectos termodinámicas. Energía
de activación
Conviene analizar previamente los concep-
tos termodinámicos, que determinan el sen-
tido de una reacción y su equilibrio, en
virtud de que las enzimas sólo aceleran reac-
ciones espontáneas o metaestables, termodi-
námicamente posibles, las cuales pueden
ocurrir aún en ausencia de enzimas pero
muy lentamente. Las enzimas no catalizan
reacciones que jamás sucederían espontá-
neamente, es decir aquellas termodinámica-
mente imposibles.
La realización y extensión de las reaccio-
nes bioquímicas están controladas por el flu-
jo energético. El estudio de esto, es el campo
de las termodinámica, rama de la fisicoquí-
mica, cuyos conceptos principales se esta-
blecen en d o s p r i n c i p i o s de la
termodinámica llamados primero y segun-
do, los cuales permiten comprender el senti-
do de las reacciones químicas, si una
reacción procediera de izquierda a derecha,
si es reversible, y si hay que suministrarle
energía para que ocurra, o si la libera y en
qué magnitud.
La aplicación del primer principio de la
termodinámica (principio de conservación
de la energía) a las reacciones químicas ha
dado origen a la termoquímica que estudia la
cantidad de calor que se absorbe o se des-
prende en una reacción y permite calcular la
energía libre (F) y la entalpia o contenido
calórico (H). Si en la reacción se absorbe ca-
lor, los productos tendrán más energía que
los reactantes; los cambios de energía libre
(AF) y de entalpia (AH) son positivos y se
dice que la reacción es endergónica (o endo-
térmica si es en forma de calor). En las reac-
ciones en que se desprende calor, AF y AH
son negativos y la reacción es exotérmica
{exergónica en general).
AF = LFf productos - LFf reactantes
AH - LHf productos - LHf reactantes
Una reacción que es exotérmica en senti-
do directo, será endotérmica en sentido in-
verso. Se habla así de calor de formación y
calor de reacción, ejemplo: en la fotosínte-
sis, la energía solar permite la síntesis de
glucosa (Ce H12 0¿) y es una reacción en-
dergónica; la degradación metabólica de la
glucosa por la célula, con formación de CO
y H 2 0 es una reacción exergónica, de la
misma magnitud.
Energía
C 6 H12°6 + (^) °2 6C0 2 + ÓHjO
Energía
El segundo principio de la termodinámica
determina la dirección de una reacción quí-
mica. Este principio establece que los proce-
sos espontáneos tienden al equilibrio; esto
determina que un cuerpo caliente ceda calor a
otro más frío y no al revés, que el agua corra
por un declive y no suba por una pendiente.
El cambio de energía libre (AF) o energía
útil se correlaciona con la constante de equi-
librio (Keq), la cual a su vez se rige por la
ley de acción de masas. Para cualquier reac-
ción química: la ecuación que determina el cambio de energía libre respecto a la con- centración de reactantes y productos es la si- guiente:
Donde AF° es el cambio de energía libre en condiciones estándar: este valor es equi- valente al pKa de la ecuación de Henderson- Hasselbach (ver unidad 2). En el equilibrio, no hay cambio de energía libre y AF=0, por lo tanto:
AF° = -RT lnKeq
puestos orgánicos inflamables expuestos al aire, como la gasolina, que necesitan una chispa para su ignición y su transformación en CO2 y H2O. Esa barrera termodinámica es la energía necesaria para alcanzar el esta- do de transición como energía de activación (fig.4.1). La energía de activación es la energía ne- cesaria para pasar las moléculas reaccionan- tes al estado de transición y que de ahí proceda la reacción. En ausencia de catali- zadores enzimáticos, muchas reacciones químicas proceden excesivamente lentas a la temperatura del organismo, no reaccionan con rapidez debido a que la energía cinética que poseen es insuficiente para superar esa barrera de energía. Al disminuir la energía de activación, las enzimas hacen que las re- acciones termodinámicamente posibles pro- cedan con rapidez en la célula pero no modifican la constante de equilibrio.
si AF° es negativo, el proceso se desarrollará espontáneamente, es decir es termodinámi- camente posible; si AF° es positivo, la reac- ción sólo transcurrirá si se le proporciona energía (tabla 4.6). Existen sistemas de reacción que se pre- sentan en estado metaestable, es decir ter- m o d i n á m i c a m e n t e p o s i b l e ; p e r o n o espontáneo. Esto sucede con algunos com-
Tabla4. Relación entre Keq y AF° (a 25°C)
4.5.2. Cinética enzimática
Dado que las enzimas modifican la veloci- dad de las reacciones químicas, este capítulo tratará de los factores que inciden en la acti- vidad de una enzima. La cinética estudia la velocidad de cambio entre el estado inicial de reactantes y productos y su estado final. La velocidad cambia constantemente a me- dida que se aproxima al equilibrio (estado final) siendo cero en el equilibrio. En un sentido cinético, los componentes iniciales del sistema enzimático (sustrato (S), cofactores y enzimas) se añaden a una serie de recipientes en un medio con fuerza iónica, temperatura y pH conocidos. La ve- locidad del cambio en la concentración del producto o del sustrato en función del tiem- po, expresa la velocidad de la reacción. En todos los procesos enzimáticos, la ve- locidad de la reacción depende de la concen- tración de enzima y de su sustrato. Si se aumenta progresivamente la concentración
comparada con la sacarasa sola. Por otro la- do, Keilin y Mann en 1937 comprobaron que la peroxidasa presenta un desplaza- miento de las bandas de absorción cuando se adiciona H2O2: Ki Peroxidasa + H J O J ;==? [Peroxidasa - H J O J ]
En presencia de un donador de hidróge- nos (colorante oxidable) tiene lugar una re- acción posterior:
[Peroxidasa - H 2 0 2 ] + R-H 2 K 3^ Pe- roxidasa + 2 H 2 0 + R
La observación en el espectroscopio de estas dos reacciones resultó una prueba con- vincente de que es correcta la hipótesis de la formación del complejo [ES]. La ecuación matemática que define la re- acción enzimática es una hipérbola que reci- b e e l n o m b r e d e e c u a c i ó n d e Michaelis-Menten :
__ Vmax [S] Km + [S]_
El valor de Km (constante de Michaelis) que se expresa en moles/litro, resulta de las constantes de velocidad.
Km- - ¿ - - I
A l
En términos prácticos, la Km es un valor que indica la afinidad de la enzima por el sustrato. Cuanto más baja sea Km, mayor es la afinidad. Las dos constantes de la ecua- ción de Michaelis Menten, Vmax y Km son únicas para cada enzima. Así, en este senci- llo modelo, la actividad de la enzima se pue- de separar en dos fases; fijación del sustrato seguida de su modificación química. Esta naturaleza bifásica se demuestra en el si- guiente ejemplo clínico: en una familia
aquejada de hiperuricemia y gota, un pa- ciente excretaba tres veces la cantidad nor- mal de ácido úrico por día y tenía también niveles elevados de fosforribosil pirofosfato (PRPP) en eritrocitos. Los ensayos indica- ron que la actividad PRPP sintetasa estaba aumentada tres veces; la Km de la enzima era normal pero la Vmax era tres veces ma- yor. Nótese que si la velocidad (v) se hace igual a - Vmax, la Km se hace igual a [S] en la ecuación de Michaelis-Menten, Por tanto, en una curva de saturación (fig. 4.8) el valor numérico de la Km puede deducirse en la gráfica en concentración de sustrato [S], cuando la velocidad es la mitad de la veloci- dad máxima. Modelo de Lineweaver-Burk. Debido a que en la práctica la determinación de Km a partir de la curva de saturación de Michae- lis-Menten no es muy precisa, ya que la Vmax se hace asintótica, es necesario tomar el recíproco de la ecuación y transformarla en una línea recta:
i. Km^ (^1) + 1 v Vmax [S ] Vmax
y = ax + b
La gráfica que se obtiene es la de Line- weaver-Burk o del doble recíproco (fig. 4.9), donde se puede calcular Km en la intersec- ción negativa de la abscisa. Modelo de Eadie-Hofstee. Otra transfor- mación a la gráfica de Michaelis-Menten que permite calcular con mayor precisión la Km es la ecuación de Eadie-Hofstee:
V v Vmax [S] ~~Km +^ Km
La gráfica obtenida se muestra en la fig. 4.10, donde la pendiente negativa es la inversa de Km.
4.5.2.1. Actividad enzimática
La actividad de una enzima se expresa habi-
tualmente en términos de la cantidad de pro-
ducto formado (o desaparición de sustrato)
por cantidad determinada de enzima por
unidad de tiempo. La unidad estándar de ac-
tividad enzimática (U) es la cantidad de en-
zima que cataliza la transformación de un
micromol de sustrato por minuto a 25 °C en
condiciones óptimas de ensayo. La activi-
dad específica se define como el número de
unidades de enzima por miligramos de pro-
teína (U/mg proteína). Sin embargo esto no
indica si en la muestra la única proteína pre-
sente es la enzima. Durante la purificación
enzimática este valor va aumentando a me-
dida que se van eliminando proteínas conta-
minantes. El antiguo "número de recambio"
recientemente sustituido por actividad mo-
lecular o molar, se define como el número
de moles de sustrato transformado por un mol de enzima por minuto (mol/min/mol de enzima) (tabla 4.7). Debido a que muchas enzimas son oligoméricas, con un sitio cata- lítico en cada subunidad, la actividad molar se denomina actividad del centro catalítico: número de moles de sustrato por mol de su- bunidad activa o por sitio catalítico, por mi- nuto. La comisión de enzimas de la Unión Internacional de Bioquímica ha propuesto una nueva unidad, el Katal (Kat) que se de- fine como la conversión de un mol de sus- trato por segundo; se puede expresar en milika tales (mKat) o microkatales (uKat). Hasta que todos los laboratorios de análi- sis clínicos unan esfuerzos para estandarizar sus informes, es imperativo, que el médico se familiarice con las reglas locales en el ma- nejo de unidades de actividad enzimática.
4.5.3. Factores que afectan la actividad enzimática
La actividad enzimática es afectada por una serie de factores externos e internos que pueden ser físicos, químicos y biológicos: temperatura, pH, fuerza iónica, concentra- ción del sustrato, de la enzima, del producto e inhibidores. Estos efectos son tan impor- tantes in vivo como en condiciones de labo- ratorio; en el primer caso, debido a que la
Tabla 4. Actividad molecular de algunas enzimas
Enzima Actividad molar (moles de sustrato por mol de enzima por minuto)
Anhidrasa carbónica 36,000 000 Catalasa 5,600 000 p-amilasa 1,100 000 p-galactosidasa 12 000 Succinato deshidrogenasa 1 150
actividad enzimática aumenta con los incre- mentos de temperatura, la velocidad de los procesos metabólicos crece notablemente durante la fiebre; si la fiebre continuara indefinidamente sería fatal. Muchos medi- camentos actúan como inhibidores competi- tivos de ciertas enzimas. Por otro lado, estos factores deben considerarse al realizar los ensayos in vitro para medir actividades enzi- máticas en el plasma de un paciente.
4.5.3.1. Factores físicos y químicos
Temperatura. Las enzimas a temperaturas bajas muestran un aumento de su actividad al incrementar la temperatura, pero a altas temperaturas la enzima sufre desnaturaliza- ción térmica y la velocidad de la reacción disminuye (fig. 4.11). La gráfica de velocidad frente a tempera- turas (Fig. 4.11) revela una curva en forma
de campana con un óptimo entre 40 y 45 °C para enzimas humanas, denominada tempe- ratura óptima. El incremento de velocidad al acercarse la temperatura óptima se debe a una mayor energía cinética de los reccionan- tes (sustrato). El factor que resulta por cada 10°C de incremento en la temperatura se de- nomina coeficiente térmico (Qio) y en las reacciones químicas habituales es de alrede- dor de 2, o sea, se duplica la velocidad de la reacción por cada 10°C de aumento en la temperatura. Muchos procesos fisiológicos, por ejemplo, la frecuencia de contracción de un corazón extirpado, muestran un (Qio) • 2. Por arriba de la temperatura óptima, la velo- cidad de reacción decrece por desnaturaliza- ción de la e n z i m a. L a s e n z i m a s de microorganismos adaptados a vivir en aguas termales muestran temperaturas óptimas cercanas al punto de ebullición del agua. Por el contrario en condiciones de hipotermia muchas reacciones enzimáticas están depri- midas lo que explica la baja demanda de oxígeno de algunos organismos durante pe- riodos de hibernación. pH. Por ser proteínas, las enzimas poseen un punto isoeléctrico en el que su carga eléc- trica es cero; el pH del punto isoeléctrico, sin embargo, no es el pH de máxima activi- dad de la enzima (pH óptimo). Los cambios de pH afectan profundamente el carácter ió- nico de los grupos funcionales de la enzima y, por lo tanto, alteran la conformación de la proteína y con ello, el sitio catalítico. Ade- más de los efectos puramente iónicos, los valores altos o bajos de pH (ácidos o alcali- nos) provocan desnaturalización de la enzi- ma (fig. 4.12).
El pH óptimo de la mayoría de las enzi- mas se localiza entre los valores de 5 y 9. Sin embargo, algunas enzimas, por ejemplo, la pepsina o la arginasa son activas a valores depH alejados de este óptimo (Tabla 4.8). El efecto nocivo de las radiaciones, sales y metales pesados (Ag, Pb, Hg) sobre la ac- tividad enzimática se debe a la acción desna-
turalizante sobre las proteínas en general. Esta propiedad es útil en el laboratorio clíni- co; las muestras de sangre son primero trata- das con ácidos como el tncloroacético, fosfotúngstico y otros para desnaturalizar y precipitar proteínas, la labilidad de la mayo- Tabla 4. Valores óptimos de pH para algunas enzimas
hibición dependerá de: a) la concentración
de inhibidor, b) la concentración de sustrato
y c) las afinidades relativas (Km) entre inhi-
bidor y sustrato por la enzima. El grado de
inhibición competitiva es proporcional a la
concentración de inhibidor (I); sin embargo,
un aumento en la concentración de sustrato
en presencia de una concentración fija del
inhibidor llega a superar la inhibición.
Un ejemplo muy conocido es la inhibición
competitiva de la succinato deshidrogenasa,
cuyo sustrato natural, el succinato y el inhi-
bidor, malonato, son parecidos (fig. 4.14).
Dado que sustrato e inhibidor compiten
por el mismo sitio de la inzima, la Km mues-
tra un incremento aparente en presencia del
inhibidor. Esto se puede ver en la gráfica de
Michaelis-Menten y en la de Lineweaver-
Burk (fig. 4.15). La Km que se obtiene expe-
rimentalmente es denominada Km aparente:
la Vmax no varía.
Ejemplos de inhibición competitiva es la
que se realiza al administrar ciertos fárma-
cos. Si denominamos metabolitos a los sus-
tratos fisiológicos presentes o producidos en
el metabolismo celular, serán antimetaboli-
tos, aquellos que impiden el aprovecha-
miento y utilización de los metabolitos
naturales debido a su parecido estructural.
Los animales superiores y muchos mi-
croorganismos son incapaces de sintetizar
algunos compuestos necesarios para su su-
pervivencia, por lo que estos adquieren la
categoría de nutrimentos esenciales. Estos
compuestos pueden ser aminoácidos, ácidos
grasos, vitaminas, etc.
Los organismos utilizan ciertos metabo-
litos y enzimas para sintetizar estos com-
puestos esenciales, estas enzimas pueden
inhibirse por medio de antimetabolitos.
La investigación de los antimetabolitos se
inició con la observación de Woods en
1940, quien comprobó que la inhibición del
crecimiento bacteriano por sulfas era contra-
rrestado por ácido paraaminobenzoico (PA-
BA).
Los microorganismos que necesitan PA-
BA para su crecimiento, lo utilizan como
metabolito para sintetizar ácido fólico. Este
crecimiento bacteriano puede inhibirse con
antimetabolitos como las sulfas. Aquellos
organismos que requieren ácido fólico pero
que no lo puedan sintetizar a partir de PA-
BA, no se afectarán por sulfas. La utiliza-
ción eficaz de las sulfas para combatir
infecciones en el hombre depende de este
hecho. Dado que el hombre adquiere fola-
to en forma exógena, las sulfanilamidas no
son dañinas a las dosis que inhiben a las bac-
terias.
Muchos antimetabolitos ejercen su acción
a nivel de coenzimas o grupos prostéticos
como los antifólicos como el metotrexate o
alguna antivitaminas como la oxitiamina o
la oxipiridoxina. Otro ejemplo es la inhibi-
ción de ciertos tumores por 5-fluorouracilo
y la de algunos virus como el herpes labial
por yododesoxiuridina. Toda o gran parte de
la farmacoterapia moderna está basada en
los conceptos de inhibición enzimática.
Inhibición no competitiva. Este tipo de in-
hibición es irreversible aun cuando se au-
mente la concentración de sutrato. Es decir,
no existe relación entre el grado de inhibi-
ción y la concentración de sustrato. La inhi-
bición solo depende de:
a) la concentración del inhibidor y b) la
afinidad del inhibidor por la enzima. En
Figura 4.17 Inhibición no competitiva;
hiba la LDH por lactato y el piruvato se deri-
ve al ciclo de Krebs, productor de energía.
Esta es una ventaja fisiológica que garantiza
que el corazón tenga un aporte constante de
energía para la contracción (ver unidad de
Bioenergética).
Existen algunas aplicaciones prácticas,
desde el punto de vista clínico, de la inhibi-
ción enzimática. El suero contiene enzimas
como las fosfatasas acidas producidas por di-
ferentes tejidos, hay una producida por la
próstata, que se eleva en el carcinoma prosté-
tico. El ácido L-tartático inhibe competitiva-
mente la actividad de la enzima prostática,
pero tiene poco efecto sobre las fosfatasas
acidas de eritrocitos, hígado, riñon y bazo.
El formaldehído al contrario, inhibe la de
eritrocitos, pero no a la enzima prostática.
Los iones calcio inhiben no competitiva-
mente muchas fosfatasas acidas, de aquí la
necesidad de agregar quelantes a muestras
de sangre destinadas a este ensayo. El etanol
y ciertos narcóticos son también inhibidores
laelis-Menten (a) y Lineweaver-Burk (b).
no competitivos de la fosfatasa acida, lo cual
debe tomarse en cuenta al interpretar los re-
sultados.
4.6 REGULACIÓN ENZIMÁTICA
En el tubo de ensayo, las enzimas funcionan
en un sistema cerrado y se acumula el pro-
ducto de la reacción. Sin embargo, en la cé-
lula, los productos de la reacción no se
acumulan ya que son utilizados como sus-
tratos de otra enzima, y los productos de ésta
son sustratos de otra enzima y así sucesiva-
mente hasta llegar al llamado producto final.
La secuencia de reacciones entre un sustrato
inicial y su producto final se denomina vía
metabólica, la cual puede presentar ramifi-
caciones que constituirán otras vías metabó-
licas.
Aunque todas las reacciones catalizadas
por enzimas son reversibles en el tubo de
ensayo, en la célula, la característica secuen-
