Enzimas, inhibidores, penicilina y viagra.

Me han propuesto que escriba una entrada sobre inhibición enzimática, pero muchos de mis pocos lectores asiduos no están familiarizados con lo que es una enzima, así que empecemos por el principio…

En la célula se llevan a cabo multitud de reacciones químicas, mucho más veloz y eficientemente de lo que podriamos llevarlas a cabo en cualquier laboratorio, y esto es gracias a las enzimas.

Las enzimas son catalizadores que aceleran las reacciones en las que intervienen. No hacen que una reacción que no es viable lo sea, pero pueden llegar a acelerar reacciones viables incluso millones de veces, por lo que aquello que requeriría de días, semanas o meses en un laboratorio, la célula puede hacerlo en cuestión segundos.

Las enzimas actúan básicamente acelerando la transformación de unas moléculas, los sustratos, en otras moléculas diferentes, los productos. Y lo hacen de una forma maravillosamente específica, cada enzima cuenta con uno o varios centros activos donde se van a acoplar los sustratos con los que va a trabajar la enzima.

Este centro activo dota de especificidad a la enzima, haciendo que a veces sean tan especificas que la presencia o ausencia de un único enlace en el sustrato puede ser fundamental para que este pueda acoplarse o no a la enzima, pudiendo llevarse a cabo, o no,  la reacción.

Siendo tan especificas, y existiendo tantos sustratos como existen en nuestras células no es de extrañar por tanto que se conozcan casi 2000 enzimas diferentes.

Emil Fischer, en 1894, planteó que la molécula de sustrato y la de la enzima son geométricamente complementarias como lo es una llave a su cerradura (de ahí la foto que ilustra esta publicación), y como resultado de esta complementariedad estructural se explica la gran especificidad de las enzimas por sus sustratos.

No obstante, el modelo “llave-cerradura” aunque explica muy bien la especificidad por el sustrato, no explica cómo es posible que la enzima acelere la transformación del sustrato, es más, si la complementariedad entre la enzima y el sustrato fuera tan perfecta, el enzima nunca podría favorecer el cambio del sustrato, sino que actuaría estabilizando la estructura que ya tiene.

Por ello, en 1958, Koshland propuso el modelo de “encaje inducido”, planteando que cuando se une el sustrato a la enzima, induce la modificación de la estructura de la enzima, lo que genera el ambiente propicio para que el sustrato, por si solo cambie su estructura tridimensional, pasando a un estado de transición junto al enzima, y de este a un producto final.

Al generarse el producto, este sale de la enzima, y esta recupera su forma original, estando lista para volver a actuar sobre otro sustrato de inmediato.

Con esta minúscula base sobre lo que son las enzimas, pasemos ahora a ver la inhibición enzimática, es decir, aquello que podría bloquear que una enzima, esa maravillosa maquina, deje de funcionar.

Tras todo lo que hemos visto es lógico pensar que cualquier cosa que cambie la estructura de la enzima, y más concretamente de su centro activo, va a impedir que esta pueda llevar a cabo su función. Así, cambios físicos exagerados de temperatura y de pH pueden alterar la estructura de la enzima, y con ello hacer que deje de funcionar.

Además existen sustancias, conocidas como inhibidores enzimáticos, que entorpecen la labor de las enzimas. Podemos distinguir básicamente 2 tipos de inhibidores:

• Los inhibidores irreversibles, son moléculas que interactuando con el enzima, producen un cambio de su forma que la deja incapacitada de forma irreversible. Dentro de estos inhibidores cabe destacar los inhibidores suicidas, los cuales son reconocidos por la enzima como sustratos, y cuando son transformados en producto, se fijan fuertemente al centro activo de la enzima inhabilitándola. 
• Los inhibidores reversibles se unen a la enzima a través de fuerzas débiles, por lo que igual que se unen pueden desprenderse, permitiendo que la enzima continúe con su trabajo. Existen distintos inhibidores reversibles que dan lugar a distintos tipos de inhibiciones:

• Inhibición competitiva. El inhibidor en este caso es una molécula similar al sustrato de la encima, debido a ello es capaz de unirse al centro activo de la enzima. Como sustrato e inhibidor pueden unirse al enzima, se dice que compiten entre ellos. Claro está, la probabilidad de que se una un inhibidor a un enzima será mayor mientras menos sustrato exista y mayor sea la cantidad de inhibidor.
• Inhibición no competitiva. El inhibidor no se une al centro activo de la enzima, por lo que no compite con el sustrato, y su unión se puede darse cuando está la enzima libre o ya unida al sustrato. Lo que hace es evitar los cambios de estructura de la enzima.
• Inhibición acompetitiva o incompetitiva. El inhibidor solo se une al enzima cuando esta ya se encuentra unida al sustrato, y evita que se produzcan los cambios que conducen a que el sustrato se transforme en producto.

De forma natural podemos encontrar estos inhibidores en plantas y animales, utilizados como venenos que utilizan como estrategia defensiva o para cazar presas. Las toxinas del tejo, del ricino, de muchos hongos, inhiben enzimas que llevan a la muerte celular.

Pero también pueden ser aprovechados por el hombre útilmente. Por un lado, algunos inhibidores actúan sobre enzimas no presentes en el ser humano y si en bacterias, hongos, plantas o algunos animales, lo que ha permitido su uso como antibióticos, herbicidas o pesticidas. Por otro lado, los inhibidores que si afectan a enzimas presentes en el ser humano pueden ser usadas como fármacos, permitiendo regular la cantidad de enzimas útiles presentes en una persona que produzca una enzima o producto de la misma en exceso.

Un inhibidor enzimático famoso que actua sobre una enzima no presente en el ser humano es la penicilina. Concretamente, la penicilina inhibe una enzima presente únicamente en bacterias, encargada de la producción de peptidoglucano, uno de los componentes esenciales de la pared celular bacteriana. De esta forma, la penicilina inhibe la formación de la pared celular bacteriana, sin la cual las bacterias estallan al no poder soportar la presión osmótica, o son facilmente fagocitadas por las células de nuestro sistema inmune.

Otro ejemplo de inhibidor enzimático, esta vez que actue sobre enzimas humanas es la Viagra, el famoso farmaco azul utilizado para tratar la disfunción eréctil.

La erección se produce porque señales del sistema nervioso parasimpático causan una liberación de óxido nítrico en el cuerpo cavernoso del pene. Este oxido nítrico activa la producción de GMPc, que es una señal de relajación para el músculo liso, relajación que conduce a una vasodilatación de los vasos sanguíneos presentes en el interior del pene, lo que provoca que los cuerpos cavernosos se llenen de sangre generando la erección.

Para evitar que la erección se prolongue más tiempo del adecuado existe una enzima que degrada el GMPc. No obstante, distintos desequilibrios pueden llevar a que este tiempo se reduzca, para tratar este problema existe la viagra.

Viagra es un compuesto con una estructura molecular muy similar a la del GMPc, por lo que actúa de como inhibidor competitivo de la enzima que debe degradarlo, es decir, distrae a estas enzimas, permitiendo que el GMPc permanezca más tiempo en el pene dando la orden de llenar de sangre los cuerpos cavernosos.