Inhibición no competitiva

La inhibición no competitiva (que Laidler y Bunting prefirieron llamar inhibición anticompetitiva , ^[1] pero este término no ha sido ampliamente adoptado) es un tipo de inhibición en la que los valores aparentes de los parámetros de Michaelis-Menten y disminuyen en la misma proporción. . $V$ $K_{\mathrm {m} }$

Puede reconocerse mediante dos observaciones: en primer lugar, no se puede revertir aumentando la concentración de sustrato y, en segundo lugar, los gráficos lineales muestran efectos sobre y , vistos, por ejemplo, en el gráfico de Lineweaver-Burk como líneas paralelas en lugar de líneas que se cruzan. A veces se explica suponiendo que el inhibidor puede unirse al complejo enzima-sustrato pero no a la enzima libre. Este tipo de mecanismo es bastante raro, ^[2] y en la práctica la inhibición no competitiva se encuentra principalmente como un caso limitante de inhibición en reacciones de dos sustratos en las que se varía la concentración de un sustrato y el otro se mantiene constante en un nivel de saturación. ^[3]^[4] $a$ $V$ $K_{\mathrm {m} }$

Definición matemática

En la inhibición no competitiva a una concentración de inhibidor, la ecuación de Michaelis-Menten toma la siguiente forma: ^[4] $i$

v={\frac {Va}{K_{\mathrm {m} }+a(1+i/K_{\mathrm {iu} })}}

donde es la velocidad a concentraciones de sustrato y de inhibidor, para la velocidad limitante , la constante de Michaelis y la constante de inhibición no competitiva . $v$ $a$ $i$ $V$ $K_{\mathrm {m} }$ $K_{\mathrm {iu} }$

Esto tiene exactamente la forma de la ecuación de Michaelis-Menten, como puede verse escribiéndola en términos de constantes cinéticas aparentes :

v={\frac {V^{\mathrm {aplicación} }a}{K_{\mathrm {m} }^{\mathrm {aplicación} }+a}}

en el cual $V^{\mathrm {app} }={\frac {V}{1+i/K_{\mathrm {iu} }}}{\text{ y }}K_{\mathrm {m} }^ {\mathrm {app} }={\frac {K_{\mathrm {m} }}{1+i/K_{\mathrm {iu} }}}$

Es importante señalar que y disminuyen en las mismas proporciones como resultado de la inhibición. $V^{\mathrm {aplicación} }$ $K_{\mathrm {m} }^{\mathrm {aplicación} }$

Esto es evidente al observar un gráfico de Lineweaver-Burk de inhibición enzimática no competitiva: la relación entre V y K _m sigue siendo la misma con o sin un inhibidor presente.

Esto se puede ver en cualquiera de las formas comunes de representar datos de Michaelis-Menten, como el diagrama de Lineweaver-Burk , para el cual, para la inhibición no competitiva, se produce una línea paralela al diagrama original de enzima-sustrato, pero con una intersección más alta en la ordenada. : ^[5]^[6]

{\frac {1}{v}}={\frac {K_{\mathrm {m} }}{Va}}+{\frac {1+i/K_{\mathrm {iu} }}{ V}}

Implicaciones y usos en sistemas biológicos.

Los rasgos únicos de la inhibición no competitiva conducen a una variedad de implicaciones para los efectos de la inhibición dentro de los sistemas biológicos y bioquímicos. La inhibición no competitiva está presente dentro de los sistemas biológicos de varias maneras. De hecho, a menudo queda claro que los rasgos de inhibición específicos de los inhibidores no competitivos, como su tendencia a actuar mejor con altas concentraciones de sustrato, son esenciales para que algunas funciones corporales importantes funcionen correctamente. ^[7]

Implicación en los mecanismos del cáncer.

En ciertos tipos de cáncer intervienen mecanismos no competitivos. Se ha descubierto que algunas fosfatasas alcalinas humanas están sobreexpresadas en ciertos tipos de cánceres, y esas fosfatasas a menudo operan mediante inhibición no competitiva. También se ha descubierto que varios genes que codifican las fosfatasas alcalinas humanas son inhibidos de forma no competitiva por aminoácidos como la leucina y la fenilalanina . ^[8] Se han realizado estudios de los residuos de aminoácidos involucrados en un intento de regular la actividad de la fosfatasa alcalina y aprender más sobre la relevancia de dicha actividad para el cáncer. ^[9]

Además, la inhibición no competitiva actúa junto con la proteína 53 relacionada con la transformación para ayudar a reprimir la actividad de las células cancerosas y prevenir la tumorigénesis en ciertas formas de la enfermedad, ya que inhibe la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (una enzima de la vía de las pentosas fosfato ). Una de las funciones secundarias de las que esta enzima es responsable de ayudar a regular es el control de los niveles de oxígeno reactivo, ya que las especies reactivas de oxígeno deben mantenerse en niveles apropiados para permitir que las células sobrevivan. Cuando la concentración de glucosa 6-fosfato , el sustrato de la enzima, es alta, la inhibición no competitiva de la enzima se vuelve mucho más efectiva. ^[10] Esta extrema sensibilidad a la concentración de sustrato dentro del mecanismo del cáncer implica una inhibición no competitiva en lugar de una inhibición mixta, que muestra rasgos similares pero a menudo es menos sensible a la concentración de sustrato debido a que algún inhibidor se une a enzimas libres independientemente de la presencia del sustrato. ^[7] Como tal, la fuerza extrema de los inhibidores no competitivos en altas concentraciones de sustrato y la sensibilidad general a la cantidad de sustrato indican que solo la inhibición no competitiva puede hacer posible este tipo de proceso.

Importancia en las membranas celulares y orgánulos.

Aunque la inhibición no competitiva está presente en diversas enfermedades dentro de los sistemas biológicos, no necesariamente se relaciona únicamente con patologías. Puede estar involucrado en funciones corporales típicas. Por ejemplo, los sitios activos capaces de inhibición no competitiva parecen estar presentes en las membranas, ya que se ha demostrado que eliminar los lípidos de las membranas celulares y hacer que los sitios activos sean más accesibles a través de cambios conformacionales invoca elementos que se asemejan a los efectos de la inhibición no competitiva (es decir, ambos y disminución). Específicamente en los lípidos de la membrana mitocondrial, la eliminación de lípidos disminuye el contenido de hélice α en las mitocondrias y conduce a cambios en la ATPasa que se asemejan a una inhibición no competitiva. ^[11] $V$ $K_{\mathrm {m} }$

Esta presencia de enzimas no competitivas en las membranas también ha sido respaldada por varios otros estudios. Por ejemplo, en estudios de la proteína factor de ribosilación ADP , que participa en la regulación de la actividad de la membrana, se descubrió que la brefeldina A , un antiviral de lactona, atrapaba uno de los intermediarios de la proteína mediante una inhibición no competitiva. Esto dejó en claro que este tipo de inhibición existe dentro de varios tipos de células y orgánulos y no solo en células patológicas. De hecho, se descubrió que la brefeldina A se relaciona con la actividad del aparato de Golgi y su papel en la regulación del movimiento a través de la membrana celular. ^[12]

Presencia en la capa granular cerebelosa.

La inhibición no competitiva también puede desempeñar funciones en otras partes del cuerpo. Es parte del mecanismo mediante el cual , por ejemplo, se inhiben los receptores de glutamato N -metil- D -aspartato en el cerebro. Específicamente, este tipo de inhibición afecta a las células granulares que forman una capa del cerebelo. Estas células tienen los receptores mencionados y su actividad normalmente aumenta a medida que se consume etanol. Esto a menudo provoca síntomas de abstinencia si se elimina el etanol. Varios bloqueadores no competitivos actúan como antagonistas de los receptores y modifican el proceso, por ejemplo el inhibidor memantina . ^[13] De hecho, en casos similares (que implican sobreexpresión de receptores de glutamato N -metil- D -aspartato, aunque no necesariamente a través de etanol), la inhibición no competitiva ayuda a anular la sobreexpresión debido a sus propiedades particulares. Dado que los inhibidores no competitivos bloquean altas concentraciones de sustratos de manera muy eficiente, sus rasgos junto con las características innatas de los propios receptores conducen a un bloqueo muy efectivo de los canales de N -metil- D -aspartato-glutamato cuando están excesivamente abiertos debido a cantidades masivas de agonistas. ^[14]

Ejemplos de inhibición no competitiva

Las investigaciones de inhibidores de HSD17B13 a base de fenol indican un modo de inhibición no competitivo contra NAD ⁺ . ^[15]

Referencias

^ Laidler, Keith J.; Empavesado, Peter S. (1973). La cinética química de la acción enzimática . Prensa de Clarendon, Oxford.
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