Como o inibidor competitivo pode influenciar na velocidade da reação?

Ouça este artigo:

Índice Show

Inibição Enzimática Reversível
Inibição Competitiva
Inibição não competitiva
Inibição Incompetitiva
Inibição Enzimática Irreversível
Como atua um inibidor competitivo?
O que acontece na inibição competitiva?
Como os inibidores competitivos agem sobre seus alvos?
O que acontece com a velocidade de uma reação enzimática na presença de um inibidor?

As enzimas são moléculas polipeptídicas responsáveis pela catálise de reações do metabolismo de seres vivos. Elas atuam sobre moléculas específicas denominadas substratos enzimáticos, que são modificadas para dar origem aos produtos da reação. Porém, essa atividade das enzimas pode ser reduzida por diversos tipos de substâncias químicas, num processo que recebe o nome de inibição enzimática.

Na inibição enzimática, a substância inibidora forma ligações químicas com as enzimas, de modo a interferir na sua atividade catalítica. De acordo coma estabilidade da ligação entre o inibidor e a enzima, a inibição enzimática pode ser de dois tipos: reversível e irreversível. Na inibição reversível, as moléculas do inibidor e as moléculas da enzima se unem por ligações não covalentes, que, por serem mais instáveis, podem ser rompidas, fazendo com que a enzima retome a sua atividade posteriormente. A inibição reversível é subdividida em 2 classes:

Inibição competitiva – os inibidores competitivos são substâncias que concorrem diretamente com o substrato específico da enzima. As moléculas desses inibidores têm uma estrutura muito parecida com a do substrato da enzima e, por isso, se unem reversivelmente às enzimas, formando um complexo enzima-inibidor muito semelhante ao complexo enzima-substrato, que inativa a catálise da enzima. Por não haver a formação do complexo-substrato, a atividade catalítica da enzima é inibida enquanto existir o complexo enzima-inibidor.
Inibição não competitiva – a substância inibidora pode ligar-se tanto à enzima quanto ao complexo enzima-substrato, mas num sítio de ligação diferente. Nesse caso, a ligação do inibidor com a enzima não atrapalha a ligação do substrato, mas gera uma alteração que impede a formação do produto da reação.

Já na inibição irreversível, a atividade enzimática é inativada definitivamente. Nesse tipo de inibição, a substância inibidora se une à enzima por ligações covalentes (mais estáveis), o que altera o grupo funcional da enzima necessário para sua atividade catalítica, tornando-a inativa de forma permanente. Um bom exemplo de inibidor irreversível é o íon cianeto (CN-), que se une à enzima citocromo oxidase, enzima muito importante no processo de respiração celular, levando à sua inativação definitiva. Com essa enzima inativada, a célula deixa de realizar a respiração e morre.

Existem muitos tratamentos terapêuticos que se baseiam na inibição enzimática. Vários antibióticos combatem infecções por bactérias através da inibição irreversível de enzimas desses microrganismos. A penicilina, por exemplo, inibe a atividade da enzima transpeptidase, indispensável à formação da parede celular bacteriana. Com a inativação dessa enzima, a bactéria não tem como fabricar a parede celular, o que impede a sua reprodução. As células animais, por sua vez, não utilizam essa enzima em seu metabolismo, por isso, a penicilina não causa mal ao organismo humano (exceto em situações de alergia).

Outro exemplo é o tratamento da AIDS, que inclui medicamentos inibidores das proteases, enzimas responsáveis pela produção de novos vírus.

Referências:
http://www2.iq.usp.br/docente/fgueiros/enzimas_2_-_FG2012.pdf
http://www.uff.br/gcm/GCM/graduacao_arquivos/aulas/veterinaria/aulacinenz.pdf
http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_pos2003/const_microorg/enzimas.htm

Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/biologia/inibicao-enzimatica/

A inibição enzimática é a redução da velocidade de uma reação enzimática provocada por uma molécula. As moléculas que provocam essa ação inibitória são chamadas de inibidores e podem ser tanto constituintes da própria célula como podem ser substâncias estranhas a ela.

Quanto ao tipo, a inibição enzimática pode ser inespecífica ou específica. A inibição inespecífica é aquela que o inibidor, como um agente desnaturante, diminui a atividade de todas as enzimas. Já a inibição específica, o inibidor diminui a atividade de uma única enzima ou de um grupo restrito de enzimas. Este tipo de inibição pode ser do tipo reversível ou irreversível.

Inibição Enzimática Reversível

A inibição de enzimas reversível diminui a atividade enzimática através de interação reversível. Ou seja, o inibidor estabelece com a enzima um complexo com uma ligação instável, não covalente. Como a ligação é instável, após a dissociação com o inibidor, a enzima pode retomar sua atividade. Existem três tipos de inibição enzimática reversível: competitiva, não competitiva e incompetitiva. Esses tipos podem ser distinguidos experimentalmente pelos efeitos do inibidor sobre a cinética de reação da enzima.

Inibição Competitiva

A molécula inibidora apresenta estrutura semelhante ao substrato da enzima que se liga para realizar a catálise. Ela liga-se ao sítio ativo da enzima, que não pode realizar o processo catalítico, pois seu sítio ativo está ocupado para poder ligar-se ao substrato correto. Portanto o inibidor compete como substrato pelo sítio de ação.

O inibidor forma com a enzima o complexo enzima-inibidor EI, que é análogo ao complexo enzima substrato ES.
A molécula do inibidor não é modificada pela enzima.
O efeito da reação modifica o Km, mas não altera a velocidade.

Um exemplo de enzima que sofre esse tipo de inibição é a enzima succinato desidrogenase, que é a responsável pela transformação do succinato em fumarato, mas quando a ela se liga o malonato, não ocorre reação, ou seja, o malonato é o agente inibidor dessa enzima.

Inibição não competitiva

Um inibidor não competitivo pode se combinar com a enzima livre ou com o complexo ES, interferindo na ação de ambos. Esses inibidores ligam-se a um sítio da enzima diferente do sítio ativo, muitas vezes ocasionando deformação da mesma de forma que ela não forme o complexo ES na velocidade usual e, uma vez formado, ele não se desdobra na velocidade normal para originar o produto.

Ocorre quando uma molécula ou íon pode se ligar em um segundo local na superfície enzimática, que não seja o sítio ativo. Isto pode distorcer a enzima tornando o processo catalítico ineficiente.

O inibidor não competitivo pode ser uma molécula que não se assemelha com o substrato, mas apresenta uma grande afinidade com a enzima. É o mecanismo inverso do inibidor competitivo, porque inibe a ligação do complexo ES e não da enzima livre. O efeito da reação modifica a velocidade e o Km permanece constante. Como exemplo, há a proteína α1-antitripsina que liga-se à tripsina e inibi a ação desta.

Inibição Incompetitiva

A inibição incompetitiva caracteriza-se pelo fato de o inibidor não se combinar com a enzima livre, nem afetar sua reação com o substrato normal; contudo ele se combina com o complexo ES para originar um complexo ternário inativo ESI, incapaz de sofrer a etapa subsequente da reação para produzir o produto.

Essas interrelações indicam que o grau de inibição pode aumentar à medida que se aumenta a concentração do substrato e podem ser observada em reações catalisadas por enzimas que possuem mais de um substrato. A inibição incompetitiva reduz igualmente a Vmax e Km.

Inibição Enzimática Irreversível

Os inibidores irreversíveis são aqueles inibidores que se ligam no sítio ativo da enzima, de modo a formar um complexo estável, ou seja, há a formação de uma ligação covalente entre o inibidor e a enzima, o que pode promover uma destruição dos grupos funcionais essenciais da enzima. Essa inibição é progressiva, aumentando com o tempo até que atinja uma máxima inibição. As substâncias que modificam quimicamente os resíduos de aminoácidos específicos podem agir como inibidores irreversíveis. Os inibidores irreversíveis são muito úteis em estudos de mecanismo de reação.

A cinética do inativador irreversível é comparável à de um inibidor não competitivo puro. Nesse tipo de inibição há inibidores chamados de inibidores suicidas ou inibidores com base no mecanismo, os quais são compostos geralmente pouco ativos, até que se liguem à enzima. Eles agem de duas formas, ou é convertido em um composto muito reativo que se combina irreversivelmente com a enzima ou forma um produto que é um potente inibidor do passo seguinte da via metabólica.

Exemplos de inibidor irreversível são a proteína α1-antitripsina, que inibi a atividade da tripsina, os compostos organofosforados inibidores da acetilcolinesterase (agentes anticolinesterásicos), o DFP (diisopropil fluorofosfato), os gases dos nervos (tabun, sarin e soman) e os inseticidas (paration, Fention, Malation Diazinon).

Quer saber mais sobre o assunto? Confira os cursos de Bioquímica e Bioquímica Clínica, e utilize o certificado dos cursos para complementar suas atividades acadêmicas.

Como atua um inibidor competitivo?

O inibidor competitivo se liga ao sítio ativo e impede o substrato de se ligar. O inibidor não competitivo se liga a um sítio diferente na enzima; ele não bloqueia a ligação com o substrato, mas causa outras alterações na enzima de forma que ela não consegue mais catalisar a reação de forma eficiente.

O que acontece na inibição competitiva?

É uma redução da velocidade da reação catalisada por enzimas devido à presença de substâncias denominadas inibidores. A inibição competitiva ocorre quando as moléculas inibidoras são semelhantes às moléculas do substrato e se ligam ao centro ativo da enzima, impedindo a atividade enzimática normal.

Como os inibidores competitivos agem sobre seus alvos?

Um inibidor competitivo diminui a taxa de catálise por reduzir a proporção de moléculas de enzima ligadas a um substrato. Em qualquer concentração do inibidor, a inibição competitiva pode ser diminuída através do aumento da concentração de substrato.

O que acontece com a velocidade de uma reação enzimática na presença de um inibidor?

A comparação desta equação com a equação de Michaelis-Menten mostra que: na presença de um inibidor competitivo, a velocidade da reacção é inferior à da reacção não inibida (daí o nome de “inibidor”). A concentração de substrato para a qual a velocidade é metade da velocidade máxima é .