Efeito de Inibidores na Atividade Enzimática

Os inibidores podem ser de REVERSÍVEIS ou IRREVERSÍVEIS e servem como forma de regulação do metabolismo, inibindo as reações quando necessário, mas nem todas as enzimas são reguladas por inibidores. 

 

 

Os inibidores competitivos são aqueles que se assemelham ao substrato e, portanto, ocupam o sítio ativo. A ligação do inibidor não permite que o substrato se ligue ao sítio ativo da enzima, 

como mostra o esquema a seguir:

 

 

Porém, note que esse inibidor é REVERSÍVEL. Dessa forma, se aumentarmos a concentração de substrato, podemos "reverter" esse quadro inibitório. Ou seja, com altas concentrações de substrato, pode-se atingir a Vmáx (Figura 1).
 

 

Os inibidores não-competitivos são aqueles que não se assemelham ao substrato e, portanto, ocupam um sítio diferente do sítio ativo. A ligação do inibidor permite que o substrato se ligue ao sítio ativo da enzima, como mostra o esquema abaixo, mas não ocorre reação com formação de produto:

 

 

Mesmo sendo um inibidor 0REVERSÍVEL, o aumento da concentração de substrato nunca "reverte" o quadro inibitório. Ou seja, mesmo com altas concentrações de substrato, não é possível atingir a Vmáx (Figura 2).

 

Veja o que acontece com as constantes cinéticas, calculadas através dos gráficos de duplo-recíprocos mostrados ao lado:

 

Condição

Km 

(mM)

Vmáx 

(mmol/min)

sem inibidor

1,0

45

+ inibidor competitivo

3,0

45

+ inibidor não-competitivo

1,0

10

 

Esses dados servem para determinarmos que tipo de inibidor estamos estudando. Quando o inibidor for COMPETITIVO, o que muda nas constantes cinéticas é o valor de Km determinado experimentalmente. Mas, ATENÇÃO, isso não significa que o inibidor está alterando a afinidade da enzima pelo substrato. Essa é uma mudança APARENTE, pois é necessário que se use mais substrato para se atingir a velocidade máxima de reação.

No caso de inibidores NÃO-COMPETITIVOS, nunca será atingida Vmáx. Como o inibidor não afeta o sítio ativo como um todo, a afinidade da enzima pelo substrato é mantida e Km não se altera.

Há outro caso de inibidor, que atua de forma semelhante ao não-competitivo por não se ligar ao sítio ativo. Nesse caso, são alterados tanto Km (aumenta) como Vmáx (diminui). Essa é a INIBIÇÃO MISTA.

 

Os inibidores irreversíveis são aqueles que se ligam às enziomas com alta afinidade e não apresentam um equilíbrio de ligação como observamos com os reversíveis. 

Esse é o caso,por exemplo da proteína alfa1-antitripsina que age inibindo a ELASTASE. É conhecido por INIBIDOR SUICIDA pois, uma vez ligado à elastase, é degradado com a enzima. 

A figura ao lado representa a estrutura da alfa1- antitripsina selvagem [1].

A deficiência em alfa1-antitripsina é uma doença congênita em que o resíduo de Glutamato (negativo) na posição 342 é trocado por uma Lisina (positivo), causando a agregação da proteína. Essa mutação, conhecida por mutação Z, leva a uma quadro de enfisema pulmonar hereditária. Isso ocorre porque a elastase causa danos aos alvéolos.

alfa1-antitripsina (amarelo) ligada no sítio ativo da tripsina (rosa).

1OPH.pdb

Alguns inibidores irreversíveis são VENENOS, como é o caso de inseticidas organofosforados e carbamatos que inibem a acetilcolinesterase (aceticoline acetilhidrolase, EC 3.1.1.7). Essa enzima hidrolisa a acetilcolina do cérebro, de acordo com o esquema a seguir:

 

O MALATION é um inseticida, venenoso se exposto à pele ou ingerido, e irritante para os olhos. Não causa grandes danos ao solo pois é biodegradável, desaparecendo (75 a 100%) em uma semana [2]. A degradação em meio aquoso depende do pH, sendo degradado mais rapidamente em pH 8,0 que em pH 6,0. A diferença na velocidade de degradação pode ser de até 20 vezes pela variação de pH [3]. 

A inibição da enzima leva a uma maior estimulação dos receptores muscarínicos e nicotínicos e, consequentemente, a um quadro colinérgico agudo. O malation diminui tanto Km como Vmáx da acetilcolinesterase [4]

 

Muitas drogas desenvolvidas atualmente para o tratamento de distintas patologias são inibidores de enzimas. Esse é o caso de inibidores da acetilcolinesterase que, segundo Giacobini [5], têm o efeito de manter a função cognitiva dos pacientes num nível constante, além de melhorar as condições gerais do paciente. Na presença dos inibidores, há um aumento na concentração e no tempo de ação da acetilcolina na sinapse.  

 

Inibidores enzimáticos também são utilizados no tratamento de pessoas com AIDS. São inibidores de proteases do vírus HIV que previnem que células T infectadas produzam novas cópias do vírus. Esse tratamento prolonga a vida dos pacientes, permitindo que tenham uma vida normal por manter a infecção controlada. Para que tenham um efeito satisfatório, devem ser usados juntamente com inibidores de transcritase reversa [6]. Os inibidores usados na clínica são Ritonavir, Saquinavir, Nelfinavir e Indinavir. 

Recentemente, foi identificado uma protease mutante rara em HIV, o mutante I47A (Isoleucina 47 mutada para Alanina) que apresenta alta resistência a lopinavir e hipersensibilidade a saquinavir [7]. Isso mostra que os vírus são capazes de se modificar, criando resistência a drogas normalmente utilizadas em tratamento prolongado.

Estrutura de inibidores de protease de HIV; 

Figura da Ref. 7

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Jezierski G, Pasenkiewicz-Gierula M. (2001), The effect of the Glu342Lys mutation in alpha1-antitrypsin on its structure, studied by molecular modelling methods. Acta Biochim Pol. 2001;48(1):65-75.

[2] Verschueren, K. (1983) Handbook of environmental data on organic chemicals. 2nd edition. Van Nostrand Reinhold Co., New York, NY; informação disponível em http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/water-eau/doc_sup-appui/malathion/index_e.html 

 

 

[3] Hazardous Substances Databank. Toxicology Data Network. U.S. National Library of Medicine, Bethesda, MD (1988); informação disponível em http://www.hc-sc.gc.ca/ewh-semt/pubs/water-eau/doc_sup-appui/malathion/index_e.html

 

 

[4] Kamal MA (1997) Effect of malathion on kinetic parameters of acetylcholinesterase (EC 3.1.1.7)In vitro, Biochem. Molec. Biol. Int. 43, 89-97

[5] Giacobini E (2000) Cholinesterase Inhibitors Stabilize Alzheimer Disease, Neurochem Res 25, 1185–1190

[6] S. G. Deeks, M. Smith, M. Holodniy and J. O. Kahn (1997) HIV-1 protease inhibitors. A review for clinicians, JAMA 277, 145-153.

[7] Kagan RM, Shenderovich MD, Heseltine PNR, Ramnarayan K (2005) Structural analysis of an HIV-1 protease I47A mutant resistant to the protease inhibitor lopinavir. Protein Science 14, 1870-1878

Texto: Profa. M. Lucia Bianconi (IBqM/UFRJ)

e-mail: enzimas@bioqmed.ufrj.br

Página atualizada em: 16/10/2006

 

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