Inhibición Enzimática Irreversible

La inhibición enzimática irreversible se produce cuando un inhibidor forma un enlace estable, generalmente covalente, con la enzima, aboliendo permanentemente su actividad. A diferencia de los inhibidores reversibles, los inhibidores irreversibles no pueden simplemente disociarse, por lo que la actividad se restaura solo cuando la célula sintetiza una nueva enzima.

Definition

La inhibición irreversible es la inactivación de una enzima por un inhibidor que forma un enlace estable, típicamente covalente, con ella, produciendo una pérdida de actividad catalítica dependiente del tiempo y esencialmente permanente.

Scope

Esta entrada abarca la inactivación covalente, el caso especial de los inhibidores basados en el mecanismo (suicidas), y cómo la inhibición irreversible se caracteriza cinéticamente por la velocidad de inactivación en lugar de por una constante de equilibrio. Es una referencia bioquímica y metodológica, no una guía clínica.

Core questions

• ¿El inhibidor forma un enlace covalente y la pérdida de actividad es dependiente del tiempo?
• ¿El inhibidor es reactivo por sí mismo o es activado por la propia maquinaria catalítica de la enzima (basado en el mecanismo)?
• ¿Cómo se describe la potencia cuando no existe un equilibrio de unión?

Key concepts

• Formación de enlace covalente
• Pérdida de actividad dependiente del tiempo (progresiva)
• Métrica de potencia kinact/Ki
• Inhibidores basados en el mecanismo (suicidas)
• La recuperación requiere la síntesis de novo de la enzima

Key theories

Cinética de la inactivación dependiente del tiempo

La inhibición irreversible se modela como una unión reversible inicial seguida de un paso químico irreversible; la potencia se describe mediante la constante de velocidad de segundo orden kinact/Ki (o kinact/KI), tal como se formalizó en el análisis de Kitz-Wilson de la inactivación dependiente del tiempo.

Inactivación basada en el mecanismo (suicida)

Un inhibidor basado en el mecanismo es un análogo de sustrato no reactivo que la enzima convierte en una especie reactiva en su propio sitio activo, que luego forma un enlace covalente e inactiva la enzima, confiriendo una alta selectividad al objetivo.

Mechanisms

Un inhibidor irreversible típicamente se une a la enzima de forma reversible y luego experimenta un paso químico irreversible, formando con mayor frecuencia un enlace covalente con un residuo del sitio activo, por lo que la actividad se pierde progresivamente con el tiempo y se describe mediante una constante de velocidad de inactivación en lugar de una Ki de equilibrio; el tratamiento de Kitz-Wilson de la inactivación de la acetilcolinesterasa estableció este marco cinético (Kitz & Wilson, 1962). Los inhibidores basados en el mecanismo, o suicidas, son inactivos hasta que la propia acción catalítica de la enzima los convierte en un intermediario reactivo en el sitio activo, que luego se une covalentemente, confiriendo selectividad para la enzima diana (Rando, 1977). La inactivación covalente se explota en muchas clases de proteasas y otras enzimas (Powers et al., 2002). Debido a que el enlace es estable, la actividad solo se recupera a medida que se sintetiza una nueva enzima.

Clinical relevance

Varias clases de fármacos ampliamente utilizadas actúan como inhibidores irreversibles o basados en el mecanismo, y su característica distintiva es una duración de acción gobernada por la resíntesis enzimática en lugar de por la eliminación del fármaco (Copeland, 2013). Esta entrada explica el mecanismo con fines de referencia y educación y no proporciona consejos de dosificación o tratamiento.

History

La inactivación covalente de enzimas se estudió intensivamente a través del trabajo sobre la acetilcolinesterasa y los agentes organofosforados, con Kitz y Wilson proporcionando un influyente análisis cinético de la inactivación dependiente del tiempo en 1962 (Kitz & Wilson, 1962). El concepto de inhibidores basados en el mecanismo, diseñados para ser activados por la propia enzima diana, se articuló en la década de 1970 (Rando, 1977) y posteriormente se revisó en diversas clases de proteasas (Powers et al., 2002).

Key figures

• Irwin B. Wilson
• Richard Kitz
• Robert R. Rando
• James C. Powers

Seminal works

• kitz-wilson-1962
• rando-1977
• powers-2002

Frequently asked questions

¿Por qué la inhibición irreversible se describe mediante una velocidad en lugar de una constante de inhibición?

Debido a que el inhibidor forma un enlace covalente estable en lugar de alcanzar un equilibrio de unión, la potencia se captura por la velocidad a la que se inactiva la enzima, resumida por la constante de velocidad de segundo orden kinact/Ki.

¿Qué hace que un inhibidor basado en el mecanismo (suicida) sea selectivo?

Es químicamente inactivo hasta que la propia maquinaria catalítica de la enzima diana lo convierte en una especie reactiva en el sitio activo, por lo que inactiva preferentemente a la enzima que lo procesa.