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CBCC - 2020
Caso 4
(Unidad Curricular Biología Celular y Molecular)

El primer paciente de Belén
Grupo
: 67 CBCC
Docente:
Lamas, Sara.
Estudiantes
:
Carolina Urioste
Jessica Urán
Agustín Miranda
Ailin Torres
Fecha
: Jueves 3 de septiembre
OBJETIVOS
1. Conocer el funcionamiento de una enzima, su clasificación, los distintos tipos de
inhibidores y determinar el referido en el caso.
2. Comprender el funcionamiento del sitio activo del COOX.
3. Relacionar la cinética michaeliana interpretando los distintos gráficos
enzimáticos.
4. Comprender y aplicar el mecanismo de acción del ácido acetilsalicílico
y compararlo al del ibuprofeno (en relación al IAM).
5. Aplicar los conocimientos planteados anteriormente en la patología del
paciente a tratar en el caso.
MARCO TEÓRICO
“Catalizadores biológicos”
Las enzimas son en su gran mayoría proteínas que aceleran reacciones químicas,
excepto por algunos ARN catalíticos llamados ribozimas. Estas proteínas tienen
actividad catalítica, por esto entendemos que aceleran la velocidad de las reacciones.
Lo hacen bajando la energía de activación sin modificar los equilibrios de la reacción,
por lo que no se produce un cambio en las concentraciones de reactivos y productos.
Cada enzima cataliza una reacción enzimática en particular. Cuentan con una región
que es el sitio activo, en el cual se une el sustrato. Posteriormente se produce un
ajuste inducido en donde la enzima se va a adaptar levemente preparándose para
catalizar la conversión de sustrato a producto.
En cuanto a su función, ayudan a acelerar una reacción. Dado que en condiciones
biológicas una reacción que no es catalizada es muy lenta, tanto que puede tardar
miles de años. La enzima lo que hace es proporcionar un entorno propicio para
acelerar la reacción. Esta NO INFLUYE en la estequiometría de la reacción,
solamente la acelera y luego se separa y cataliza otra molécula. La reacción
catalizada enzimáticamente se da en el sitio activo de la enzima. En dicho sitio es
donde se une el sustrato, generando así un complejo denominado enzima-sustrato.
Es así que, por acción de la enzima, el sustrato se transforma en producto, se libera
del sitio activo y ésta queda libre para recibir a otro sustrato.
Respetando la siguiente reacción:
E + S ⇌ ES → EP ⇌ E + P, donde (E) es la enzima, (S) es el sustrato y (P) el/los
producto/s.
La función de las enzimas y de otros catalizadores se basa en disminuir la energía
de
activación de una reacción para poder incrementar la velocidad de ésta, de tal
manera que no afecte su equilibrio. O sea, volver a la reacción energéticamente
más eficiente
.
Ahora al hablar de la reacción, también se debe mencionar la velocidad con la que
ocurre y del modo en que cambia. Esto lo estudia la Cinética enzimática, donde uno
de los factores que influyen en la velocidad de la reacción
catalizada es la
concentración del sustrato, el cual varía a medida que este se va transformando en
producto.
Fórmula de Michaelis- Menten:
Estos científicos propusieron una relación entre la
concentración del sustrato y la velocidad de la reacción
enzimática que se puede representar cuantitativamente.
La curva de Michaelis-Menten tiene una forma de hipérbola
rectangular
, y responde a la función: v0=f([S]).
La pendiente de dicha curva responde a la fórmula .v
0
=
Km + [S]
V max ( S )
[ ]
Todas las enzimas que se comportan siguiendo esta expresión matemática se
denominan enzimas michaelianas
.
De la anterior fórmula se desprende un valor característico de cada enzima: la
constante de Michaelis (Km)
, la cual relaciona las constantes de velocidad
involucradas en la formación del complejo enzima-sustrato, es decir, que es una
medida opuesta a la afinidad de la enzima por el sustrato (a mayor Km, menor
afinidad, y a la inversa).
Matemáticamente se puede entender a Km como la concentración de sustrato
necesaria para que se alcance el valor medio de la velocidad máxima de reacción.
Inhibiciones:
Un inhibidor
es una molécula que se une a la enzima y que afecta a la Vmax o a la
Km. Estos pueden ser isostéricos
(es decir, que se unen al mismo sitio que el
sustrato -el sitio activo de la enzima-) o alostéricos
(que se unen a un sitio distinto
-sitio alostérico- al sitio activo).
La inhibición puede ser reversible o irreversible.
La inhibición irreversible
se caracteriza por una unión covalente entre el inhibidor
y los grupos R de los aminoácidos del sitio activo de la enzima, los cuales sirven
para posicionar adecuadamente a los sustratos de una eventual catálisis.
Cabe destacar que el enlace covalente es muy fuerte, por lo que se requiere de
mucha energía calórica para romperlo.
Por otra parte, una inhibición reversible
consiste de una unión no-covalente entre
el inhibidor y la enzima. Esta clase de inhibición puede clasificarse, a su vez, en:
1) Competitiva: el inhibidor se une al sitio activo y compite con el sustrato (la
Vmax se mantiene constante y la Km aumenta, así que existe menor afinidad
de la enzima con el sustrato debido a que los sitios activos están siendo
llenados por los inhibidores).
2) No competitiva: el inhibidor se une con
igual afinidad
a la enzima -en estado
solitario- o al complejo enzima-sustrato (la Km se mantiene constante y la
Vmax también).
3) Acompetitiva:
el inhibidor se une únicamente al complejo enzima-sustrato,
en un sitio distinto al del sustrato, e interfiere en la formación del producto. Se
disminuye tanto la Vmax como la Km.
4) Mixta:
el inhibidor mixto se une, en un sitio distinto al del sustrato, tanto a la
enzima como al complejo enzima-sustrato. Interfiere tanto en la Vmax como
en la Km.
DISCUSIÓN
A partir de los aportes realizados en los foros de EVA y en la actividad plenaria,
pudimos analizar los conceptos teóricos más relevantes del caso planteado, el tema
principal refiere a la acción catalítica de las enzimas y su relación con los inhibidores
enzimáticos. Otros de los conceptos abordados de menor relevancia fueron, por
ejemplo, infarto agudo de miocardio, funcionamiento del sitio activo del COOX, y la
acción del ácido acetil salicílico.
Investigando en base a la guía del caso pudimos comprender cómo las enzimas
logran acelerar una reacción a partir de su sitio activo en el cual se fija un sustrato
para lograr acelerar la reacción.
En cuanto a la gráfica planteada en el caso, se ilustra una curva de avance de la
reacción con el modelo de Michaelis- Menten, la cual es una hipérbola rectangular y
se puede ver una cinética enzimática de saturación.
Santiago, el protagonista del caso, debe abandonar su tratamiento con AAS debido
a que puede existir un incremento en el riesgo de una hemorragia en el
perioperatorio. Aún así, hoy día se está cuestionando la veracidad de este protocolo.
Dicho abandono debe producirse al menos siete días antes de la cirugía porque los
trombocitos (células carentes de núcleo provenientes de megacariocitos) tienen una
vida media de siete días.
Estas células son las encargadas de la formación de tampones plaquetarios -que
detienen las hemorragias-, cuya acción se ve inhibida por el mecanismo de acción
del ácido acetilsalicílico.
El AAS acetila al sitio activo de la enzima COX-2, encargada de acelerar la
producción de sustancias que causan inflamación y dolor (prostaglandinas).
Por lo cual, el ácido araquidónico (el sustrato de la COX-2), no va a poder unirse al
sitio activo de tal enzima. Esta inhibición es irreversible
ya que se forma un
enlace covalente entre el grupo acetilo y los aminoácidos del sitio activo de la
COX-2.
Si se interpreta lo anterior a nivel matemático, se puede inferir que la velocidad
máxima va a disminuir, ya que esta magnitud depende de la cantidad de enzima
disponible, la cual disminuye por la acetilación del sitio activo de varias de ellas por
parte del AAS.
En esta imagen, la curva
michaeliana azul representa
la acción de la COX-2 sin el
sitio activo acetilado,
mientras que la curva roja
representa la acción de otra
molécula de dicha enzima
una vez expuesta al AAS.
Si se reemplaza el AAS por Ibuprofeno (teniendo en cuenta que éste último es un
fármaco general), se formaría una inhibición reversible competitiva, ya que el
Ibuprofeno se une directamente al sitio activo de la COX.
Al unirse este fármaco en el sitio activo, disminuye la afinidad de la COX por el ácido
araquidónico. Por lo tanto, aumenta el valor del Km.
La velocidad máxima de reacción se mantiene constante porque no se ha
modificado el número de COX disponibles para catalizar, sino que simplemente
disminuyó la afinidad al sustrato.
En esta imagen se representa
en azul una curva michaeliana
que corresponde a la COX sin
inhibición. Mientras que la roja
hace referencia a la acción de la
misma molécula de COX, una
vez se le unió el ibuprofeno al
sitio activo.
CONCLUSIONES 
Como estudiantes, y futuros profesionales médicos, consideramos muy importante e
interesante estudiar la cinética enzimática y todo lo que conlleva, debido a que las
enzimas son esenciales para el correcto funcionamiento de nuestro cuerpo ya que
muchas reacciones en nuestras células ocurren a un ritmo óptimo debido a que,
asociadas a las mismas, se encuentra una enzima que las cataliza.
Sin las enzimas, muchos procesos biológicos no se darían en tiempo y forma, ya
que si no están catalizadas tienden a ser muy lentas.
Aún así, existen inhibidores que se encargan de lo opuesto (y se clasifican según la
posición en la enzima). Hay algunos fármacos que inducen estas actividades
inhibidoras, en las enzimas como es el caso de la cardioaspirina, ya que la misma
está inhibiendo la producción de otras enzimas tales como la COX 1 y 2,
evidenciando la precaución que se debe tener ante actividades quirúrgicas debido a
su alta importancia en la coagulación de la sangre.
La comprensión del funcionamiento de los trombocitos fue vital para la resolución del
caso.
Otro motivo por el cual es necesario saber el funcionamiento de las enzimas
debido a que algunas enfermedades heredadas genéticamente puede haber una
carencia o ausencia de una enzima. Por otro lado, la actividad excesiva de una
enzima específica puede dar lugar a situaciones patológicas y muchos fármacos
ejercen sus efectos biológicos mediante interacciones con enzimas ya mencionados
anteriormente.
BIBLIOGRAFÍA
● Nelson D. y Cox, M. Lehninger. Principios de la Bioquímica. 4ta
ed. Editorial Omega. (2005). p.183-220.
● Nelson D. y Cox, M. Lehninger. Principios de Bioquímica. 5ta ed.
Editorial Omega (2007). p.13
● Devereaux PJ, Mrkobrada M, Sessler D, Leslie L, Alonso-Coello
P, Kurz A, et al. Aspirin in Patients Undergoing Noncardiac
Surgery. N Engl J Med 2014. Disponible en:
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1401105
● Mathews CK, Van Holde KE, Appling DR, Anthony-Cahill SJ.
Enzimas: catalizadores biológicos. En: Mathews. Bioquímica. 4ta
ed. Editorial PEARSON. 2013; p.410-474. }
Informe del caso 6-719620e77d71659f31a058bd7c2f2ddc.pdf
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