Ejercicio resuelto de Enzimas · Biología · Cantabria · 2020

En la figura se representa la cinética de determinado proceso enzimático. Si en una prueba aparte se reproduce el mismo ensayo, pero esta vez introduciendo: a) un inhibidor competitivo y b) un inhibidor no competitivo. ¿Cómo sería en cada caso la gráfica? Represente la gráfica en los casos a y b indicando en cada uno de ellos el valor relativo de $V_{max}$ y $K_m$ respecto al ensayo sin inhibidores. Utilice una única representación gráfica en la que figuren los tres supuestos. [2 puntos]

$\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{figura}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{representa}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{cin}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tica}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{determinado}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{enzim}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tico.}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{prueba}}\mathbf{\text{aparte}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{reproduce}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{mismo}}\mathbf{\text{ensayo,}}\mathbf{\text{pero}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{vez}}\mathbf{\text{introduciendo:}}\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{inhibidor}}\mathbf{\text{competitivo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{inhibidor}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{competitivo.}}\mathbf{\text{¿C}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{caso}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{gr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{fica?}}\mathbf{\text{Represente}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{gr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{fica}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{casos}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{b}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{valor}}\mathbf{\text{relativo}}\mathbf{\text{de}}$$V_{max}$$\mathbf{\text{y}}$$K_m$$\mathbf{\text{respecto}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{ensayo}}\mathbf{\text{sin}}\mathbf{\text{inhibidores.}}\mathbf{\text{Utilice}}\mathbf{\text{una}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{representaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{gr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{fica}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{figuren}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{supuestos.}}\mathbf{\text{[2}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Antes de responder conviene fijar el significado de las dos constantes. La $V_{max}$ es la velocidad que alcanza la reacción cuando la enzima está SATURADA, es decir, cuando en todo momento todos los centros activos están ocupados; depende de la cantidad de enzima activa y del número de recambio de cada molécula. La $K_m$ o constante de Michaelis es la concentración de sustrato a la que la velocidad es la MITAD de la máxima, y es una medida INVERSA de la afinidad aparente de la enzima por su sustrato: cuanto menor es la $K_m$, menos sustrato hace falta y mayor es la afinidad.



$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{inhibidor}}\mathbf{\text{competitivo}}$

Un inhibidor competitivo es un ANÁLOGO ESTRUCTURAL del sustrato: se parece a él y se une al MISMO centro activo, de modo que sustrato e inhibidor compiten por el mismo sitio.

La gráfica sería una hipérbola que arranca MÁS DESPACIO que la del ensayo sin inhibidor, pero que termina alcanzando la MISMA meseta. Los valores relativos son:

$V_{max}$: NO CAMBIA, es igual a la del ensayo sin inhibidor. El razonamiento es que la inhibición es reversible y se vence por saturación: si se añade sustrato en exceso, este desplaza al inhibidor por pura probabilidad de encuentro y al final todos los centros activos acaban ocupados por sustrato. Ninguna molécula de enzima queda inutilizada de forma permanente.

$K_m$: AUMENTA. Como una parte de los centros activos está ocupada por el inhibidor en cada instante, hace falta MÁS sustrato para alcanzar la mitad de la velocidad máxima. La afinidad aparente disminuye, aunque la afinidad real de la enzima por su sustrato no haya cambiado.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{inhibidor}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{competitivo}}$

Un inhibidor no competitivo se une a la enzima en un punto DISTINTO del centro activo, normalmente un centro regulador, y al hacerlo cambia la conformación de la proteína y deforma el centro activo.

La gráfica sería una hipérbola que se estabiliza en una meseta MÁS BAJA, alcanzada con una concentración de sustrato semejante a la del ensayo sin inhibidor. Los valores relativos son:

$V_{max}$: DISMINUYE. El inhibidor inutiliza una fracción de las moléculas de enzima, y por mucho sustrato que se añada esas moléculas no van a trabajar. Es como si se hubiera reducido la cantidad de enzima disponible.

$K_m$: NO CAMBIA. Las moléculas de enzima que siguen libres conservan su centro activo intacto y su afinidad por el sustrato es exactamente la de siempre, de modo que llegan a la mitad de SU velocidad máxima con la misma concentración de sustrato que antes.

$\text{Ensayo}$	$V_{max}$	$K_m$	$\text{Se revierte con m}\acute{\text{a}}\text{s sustrato}$
Sin inhibidor	Referencia	Referencia
a) Competitivo	Igual	Mayor	Sí
b) No competitivo	Menor	Igual	No

La conclusión, en una frase, es que el inhibidor COMPETITIVO afecta a la afinidad y no al techo, mientras que el NO COMPETITIVO afecta al techo y no a la afinidad. Y de ahí se deriva la consecuencia práctica: la inhibición competitiva se vence añadiendo sustrato y la no competitiva no. Un caso conocido de inhibición competitiva es el tratamiento de la intoxicación por metanol con etanol, que compite con él por la alcohol deshidrogenasa; y un caso de inhibición no competitiva es la acción de los metales pesados, que se unen a grupos sulfhidrilo de la enzima y la deforman.