8 BIOQUÍMICA Enzimas

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BIOQUÍMICA Enzimas
ENZIMAS
Aceleran procesos biológicos (biocatalizadores). Son moléculas proteicas. Son muy pocas las
reacciones que no son catalizadas por enzimas.
Como funciona: si se pasa de A a B. Al principio solo hay A. A se transforma en B y B en A, hasta
que se llega al equilibrio de la reacción. En el equilibrio la disminución de A se termina y el
incremento de B se termina. Si a esta reacción se le agrega una enzima A se transforma en B, solo
que el equilibrio de la reacción va a llegar en un tiempo tremendamente menor. (Ejemplo de botar
un borrador)
La reacción debe ser termodinámicamente posible, la energía que tiene A es tal que permite
transformarse en B (que queda con menos energía). La condición energética se llama energía libre.
Se requiere una energía libre de activación. La enzima hace disminuir la energía de activación del
reaccionante. Si la energía de activación se reduce a la mitad, no implica que el tiempo también se
disminuye a la mitad.
Energía libre de activación sin enzima
Energía libre de activación con enzima
Progreso de la reacción
CUALIDADES DE LAS ENZIMAS.
 Acelerar la reacción.
 Son específicas: una enzima va a catalizar una o un grupo de reacciones pero no cualquier
reacción. El reaccionante sobre el que va a actuar la enzima se llama sustrato (S) y lo que resulta
se llama producto (P). Las enzimas aceptan determinados grupos de sustratos. La ureasa tiene
como sustrato la urea; la glucoquinasa, la glucosa; el sustrato de las proteasas son las proteínas
(en este caso la especifidad es relativa porque hay miles de proteínas); de las nucleasas los
ácidos nucleico; de los aminoácidos oxidasas, los aminoácidos (los oxidan); hay enzimas daminoácidos oxidasas, que tienen como sustrato los d-aminoácidos. *
 Efectividad: cuando una enzima reacciona con un sustrato se forma un complejo inestable, luego
la enzima se recupera intacta y se puede volver a usar miles de veces. Una molécula de enzima
puede transformar muchas moléculas de sustrato. La efectividad se mide por el número de
transferencia: Nº de moléculas de sustrato que transforma un mol de enzima en un tiempo
determinado. La catalasa tiene un Nº de transferencia de 4 x 107 por segundo. La quimiotripsina:
100 por segundo.
 Las enzimas en su función son regulables, hay una serie de factores que hacen que la encima
funcione o no funcione, más rápidamente o no tan rápidamente. Se pueden regular por su
cantidad: hay mecanismos que le indican a la célula que fabrique más una determinada enzima.
Se puede regular por su actividad: las enzimas están, pero condiciones pueden inhibir la activdad
de la enzima.
Esteban Arriagada
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Existen 2 tipos de reacciones enzimáticas:
 Reacción Monosustrato:
A+E
AE
P+E
 Reacción multisustrato:
A+B+E
ABE
P+Q+E
En este último caso las 2 moléculas interactúan con la enzima; ambos productos no pueden entrar ni
salir al mismo tiempo, por lo que se dan los siguientes casos:
1) Secuencial Ordenada: entra el primer sustrato y luego el segundo; sale el primer producto y
luego el otro.
P
Q
B
A
catálisis
E
EA
EAB
EPQ
EQ
E
2) Secuencial al azar: cualquiera de los 2 sustratos puede entrar primero y cualquiera de los 2
productos puede salir primero.
A
B
P
EA
E
EAB
EPQ
E
EB
B
Q
EQ
EP
A
Q
P
3) Mecanismo ping-pong: la enzima reacciona con el primer sustrato entrega el primer producto,
toma el segundo sustrato y entrega el segundo producto.
P
A
EA
E
EP
B
E
Q
EB
EQ
E
En términos de regulación, la actividad enzimática va a depender del mecanismo de reacción que se
de con una determinada enzima y si es de un sustrato o de dos sustratos.
Esteban Arriagada
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Cambios energéticos de una reacción en presencia de enzima y en ausencia de ella
Cuando una enzima cataliza una reacción lo que varía no es el cambio de energía, sino la energía
libre de activación que se necesita, lo que se traduce en una velocidad de reacción menor. La enzima
no cambia el delta de energía al pasar de un sistema a otro, no se libera más o menos energía. El
equilibrio de la reacción expresado en la constante de equilibrio tampoco va a cambiar. Las enzimas
no desencadenan la reacción, con o sin enzima igual va a ocurrir, pero acelera la reacción y hace que
se llegue a mayor velocidad al equilibrio.
Las enzimas están presentes en todas partes de un organismo biológico, en cualquier tejido, en
cualquier líquido. Las enzimas son específicas, por lo que hay miles de enzimas.
Para estudiar, por ejemplo, una enzima de la saliva se toma un poco de saliva. Allí habrán muchas
enzimas (también hay de bacterias), para diferenciarla hay que aprovecharse de que son específicas
y se coloca el sustrato de esa enzima y se estudia el aparecimiento de producto o desaparecimiento
de sustrato. Si se dan las condiciones de temperatura y pH adecuado, aparece producto en un tiempo
determinado. Si se le da más tiempo debería aparecer más producto. Pero este incremento del
producto no es eterno, llega un momento en que no se incrementa más; en este lapso de tiempo
donde se encuentra el mismo producto, se detuvo el incremento y la reacción llega a su equilibrio.


Primera fase: se ve una línea recta
y proporcionalidad entre tiempo e
incremento. Alto rendimiento o
velocidad.
Segunda Fase: el incremento
existe, pero empieza a disminuir.
La velocidad más baja.
El incremento se hace cero, se
llega al equilibrio.
La velocidad inicialmente no cambia.
V
Curva de progreso de una reacción enzimática
Concentración de Producto [P]

V=P
t
Tiempo
1ª Fase
2ª Fase
t
Una de las formas clásicas de averiguar la presencia de una enzima, cuanta hay, si está activa, etc.,
es a través de su actividad, para lo cual lo esencial es agregarle el sustrato. Si en las mismas
condiciones se toma la muestra de otra persona y se encuentra una curva con menor ángulo con
respecto a la horizontal, la enzima está presente pero en menor cantidad.
Las enzimas pueden ser
 Simples: formadas solo por aminoácidos
 Complejas: tienen otra parte, llamado cofactor, denominandose apo enzima a la parte proteica; el
conjunto se llama holo Enzima
Hay varios cofactores, como las sustancias derivadas de vitaminas, caso en que se llaman
coenzimas, como el fosfato de piridoxal. Algunas están unidas fuertemente a la enzima, otras no.
Esteban Arriagada
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Las enzimas se recuperan y pueden volver a hacer lo mismo. Tampoco las coenzimas se necesitan
en grandes cantidades, por lo que no es necesario tomar tantas vitaminas.
Regulación de la actividad enzimática
Presentan un sitio preciso para el sustrato, con una conformación precisa, llamado sitio activo de las
enzimas. Además presentan otros sitios llamados sitios regulatorios o sitio alosterio, que sirve para
regular la actividad de la enzima a través de la modificación del sitio activo; a este sitio entran
moléculas que pueden regular positiva (estimular) o negativamente (inhibir) la actividad enzimática.
 Un regulador positivo: cuando se une la molécula reguladora al sitio regulatorio, entonces se
produce un cambio de conformación del sitio activo, lo que permite la formación del complejo
enzima sustrato.
 Un regulador negativo: cambia la conformación a fin con el sustrato, lo que impide que se forme
el complejo enzima sustrato.
No todas las enzimas son tan regulables. En esto hay que tener en cuenta un efecto de economía
importante. La mayoría de los efectos biológicos dependen de reacciones múltiples, cascadas o
secuencias de reacciones; cada una de estas etapas es catalizada por una enzima (se habla de una
batería de enzimas). No hay necesidad de regular negativamente todas las enzimas de una cadena de
reacciones, basta con que se regule una (economía) y todo el proceso se afectará.
Los reguladores: son de muy variada naturaleza y pueden ser reguladores externos o internos.
 Externo: por ejemplo, la propia glucosa puede ser un regulador para que se activen ciertos
mecanismos que tienen que ver con el metabolismo de la glucosa.
 Internos: Se puede dar que la formación de exceso de ATP regule negativamente alguna de las
enzimas de la glicolisis, así se inhibe todo el fenómeno. Si el organismo fabrica harto ATP y este
se gasta, se forma mucho ADP, el que se transforma en un regulador positivo de una de las
enzimas y se activa nuevamente la degradación de la glucosa. Así una enzima tendría un sitio
que le permite estimular su actividad y otra que lo inhibe.
Si se quiere verificar si una enzima está hay que colocarle harto sustrato (no suficiente), para así
medir la concentración de enzimas. Harto significa garantizar que por un tiempo determinado todas
las moléculas de enzimas tengan sustrato. Esto se llama saturación de las enzimas por el sustrato y
permite construir una curva de progreso donde la línea recta indica que todas las enzimas estaban
saturadas.
En el organismo las enzimas trabajan a una concentración saturizante; si no hay glucosa las enzimas
están insaturadas.
Esteban Arriagada
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Ecuación Michaelis-Menten
Representa los efectos de la concentración de sustrato sobre los índices de numerosas reacciones
enzimáticas.
La concentración del sustrato que produce la mitad de la velocidad máxima Vi = V max · [S]
(constante de Michaeli o Km) se puede determinar graficando vi como
Km + [S]
función de [S].
Cuando [S] es aproximadamente igual a Km, la enzima está
trabajando a la mitad de su velocidad. Supongamos un valor de 1
milimolar:
Vi = V max · 1 = V max
1+1
2
Vi = V max · 0,1
1 + 0,1
Si la concentración de sustrato es 0,1
¿Qué pasa si la concentración de sustrato es 0,2; 100
veces Km o mil veces Km.? Cuando la concentración
del sustrato es considerablemente inferior a la requerida
para producir la mitad de la velocidad máxima, la
velocidad inicial Vi depende de la concentración del
sustrato.
Cuando la concentración del sustrato excede con mucho
a Km la velocidad incial Vi es V max.
Cuando la concentración del sustrato es igual al valor de
Km, la velocidad inicial Vi es semimáxima.
V max
½V
Efecto
saturación
Km
[S]
Constante catalítica:
Se compara el valor Constante catalitica/Km con una enzima que tiene 2 sustratos: exoquinosa, que
trabaja con glucosa y galactosa, pero con una de ellas tiene un valor mayor y con la otra menor. Qué
significa (prueba).
Ecuación Lineweaver-Burk
La ecuación de Michaelis-Menten se reordena en forma de una línea
recta para determinar Km y V max. (Puesto que numerosas enzimas
dan curvas de saturación que no permiten fácilmente la valoración de
V max).*
La Km puede ser calculada a partir de la gráfica de
Lineweaver-Burk o del doble recíproco, donde la
intersección en y es 1/Vmax y la pendiente es Km/Vmax.
La intersección negativa en x es –1/Km.
_ 1
Km
1 = Km · 1_ + 1__
V Vmax [S]
Vmax
i_
Vi
Pendiente= Km
Vmax
1__
Vmax
1
[S]
Esteban Arriagada
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INHIBIDORES DE ENZIMAS
Pueden disminuir la velocidad de la reacción enzimática. Esta sustancia al interactuar va a disminuir
el efecto de la enzima sobre el sustrato.
 En un caso, cuando esta molécula se ubica en el sitio inhibidor, se altera la conformación del
sitio activo, por lo que no se va a producir el
complejo enzima sustrato. Este inhibidor no se
Con inhibidor
puede desplazar porque la unión que forma
no competitivo
1/V
con la enzima es bastante fuerte (covalente).
Este inhibidor se llama no competitivo y se
Sin inhibidor
puede graficar. El valor de la velocidad
máxima disminuye, no se recupera aunque se
aumente el sustrato y se mantiene para esa
velocidad disminuida el valor de Km que se
1/S
encuentra en ausencia de esa inhibidor.

Otra situación ocurre cuando el inhibidor tiene
la misma forma del sitio activo, ocupa el lugar
del sitio activo correspondiente al sustrato,
impidiendo la formación del complejo enzima
sustrato. Se puede desplazar al inhibidor del
sitio activo por simple competencia,
aumentando la cantidad de sustrato. Estos
inhibidores no alteran la velocidad máxima,
sino la Km. Se llaman inhibidores
competitivos.
Con inhibidor
competitivo
1/V
Sin
inhibidor
1/S
Existen muchas alteraciones orgánicas donde se puede intervenir conociendo la patología y la
enzimas. Todas las patologías comprometen la acción de una o más enzimas. Ejemplo:
- La angiotensina eleva la presión, se sintetiza a partir de un angiotensinógeno, que luego forma
angiotensina I, II y III. Cuando hay hipertensión se puede evitar la formación de II y III con
inhibidores enzimáticos competitivos.
- Hipercolesterolemia: el organismo sintetiza colesterol, un inhibidor hace que la síntesis del
colesterol baje.
Un inhibidor muy usado en el mundo (no reversible) es la aspirina. Su destino es interferir una
reacción enzimática que lleva a la producción de prostaglandinas (precursor: ácido araquidónico); la
oxigenasa tiene en su sitio activo un aminoácido llamado serina con un radical con un grupo OH;
sobre esta enzima actúa el ácido acetilsalicilico; así la serina y la enzima no funcionan, lo que
produce una inhibición irreversible. Cuando algún signo molesto ocurre en el organismo (fiebre,
dolor, coagulaciones intravasculares, etc), la disminución de la síntesis de prostaglandinas hace que
estos signos se abatan.
Esteban Arriagada
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REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA.
Existen 2 mecanismos:
 Sintetizar más o menos enzimas de acuerdo a las necesidades.
 Regulación por vía de la actividad. Hay muchos mecanismos reguladores de la actividad
enzimática.
MECANISMOS REGULATORIOS
INDUCCIÓN Y REPRESIÓN
Si una persona tiene tendencia a presión baja, tenderá a producir más sustancias que aumenten la
presión. Esto está afectado por factores externos, por ejemplo, si una persona come mucha azúcar,
las enzimas degradadoras de glucosa estarán aumentadas y viceversa.
MODIFICACION COVALENTE
Agregado a las enzimas una sustancia que se une covalentemente a ellas se puede hacer más activa o
menos activa. La regulación esta en la enzima que une o separa una sustancia a la enzima. El caso
más frecuente son las reacciones de fosforilación, donde X es un grupo fosfato. Una enzima puede
fosforilarse o defosforilarse. Hay enzimas que al fosforilarse se activan y otras que al desfosforilarse
se activan; en cualquier caso se requiere de un sistema que fosforile y otro que defosforile.
PROTEOLISIS DE PROENZIMA
Hidrólisis: degradación de enlaces peptídicos. Cuando* a una enzima (proenzima o cimógeno), se le
corta un trozo, se activa. Esto lo hace otra enzima, llamada proteolítica. Este mecanismo se da en un
solo sentido, no se vuelve atrás, no se le puede volver a unir el péptido a la enzima.
MECANISMOS ALOSTÉRICOS
Enzimas que aparte de su sitio activo tiene un sitio alostérico que cuando se une un efector
alostérico puede favorecer o desfavorecer (positivo o negativo) la actividad de la enzima, en
cualquier caso, regula.
COOPERATIVIDAD POSITIVA
La unión de un sustrato hace más fácil la llegada de un
segundo sustrato. Cuando llega un sustrato al primer sitio
activo, se favorece la entrada de sustrato a los otros sitios
activos. Normalmente se da en enzimas de estructura
cuaternaria.
Sustrato solo
V
Cooperatividad
positiva
[S]
Esteban Arriagada
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ENZIMAS V/S DIAGNÓSTICO
Las enzimas están generalmente en el interior de las células; existe un recambio celular constante y
cuando la célula se muere, el contenido de enzimas pasa a la sangre. Por lo que se espera encontrar
una cantidad basal en la sangre; pero si la cantidad de enzimas aumenta, esto es signo del deterioro
de un determinado órgano, lo que ayuda al diagnóstico.
Las enzimas aparecen, además, con una determinada secuencia:
Nivel Plasma
CF
5x
4x
3x
2x
x
GOT
OH But DH
1
3
5
7
Días post dolor toráxico
9
x = valor normal
VITAMINAS
A veces las enzimas necesitan trabajar con una sustancia no proteica que se llama Coenzima (CoE).
En la estructura de estas coenzimas participan las vitaminas. Las vitaminas no son coenzimas y solo
algunas enzimas necesitan trabajar con coenzimas.
Las coenzimas pueden servir a varias enzimas, son poco específicas.
Como las enzimas son pocas, las coenzimas igual, por tanto, las vitaminas también se necesitan en
pequeña cantidad.
Las vitaminas están en todos los alimentos. Si una persona hace una dieta normal, jamás necesitará
vitaminas.
Esteban Arriagada
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COFACTORES ENZIMÁTICOS
Uno de ellos se refiere a las coenzimas. En general las coenzimas son sustancias que están al
lado de las enzimas contribuyendo a la eficiencia de la reacción enzimática.
Las coenzimas son siempre cofactores positivos. En general están hechos de vitaminas más
algún agregado.
VITAMINAS
Deben venir de afuera porque el organismo humano no las sintetiza. Provienen de la dieta,
por lo que las vitaminas se llaman complementos de la dieta o factores accesorios de la
alimentación. Están en los vegetales y otros animales.
Las vitaminas, generalmente una vez que ingresan al organismo se catabolizan, por lo que
hay que irlas reemplazando diariamente.
Otra fuente importante de vitaminas es la flora bacteriana intestinal. Los antibióticos
esterilizan la zona bacteriana, por lo que se puede caer en un déficit de vitaminas.
Cuando ocurre una falla nutricional o un tratamiento de antiobióticos o una dificultad de
absorción de las vitaminas, aparecen signos típicos que en su conjunto corresponden a los cuadros
carenciales.
ALGUNAS VITAMINAS
 La vitamina D contribuye a favorecer el proceso de mineralización de los tejidos duros; cuando
hay un cuadro carencial de vitamina D, se produce una hipocalcificación de los tejidos duros, lo
que puede ocurrir en cualquier momento de la vida. Cuando esto ocurre en la infancia, la
desmineralización se llama raquitismo; cuando ocurre en los adultos se llama osteomalacia.
 La vitamina K tiene un rol en la formación de un grupo de enzimas que coagulan la sangre;
cuando hay déficit de vitamina K (por antibióticos, ya que un aporte importante lo entrega la
flora bacteriana) hay tendencia a sangramiento anormal largo.
 La vitamina C tiene rol en la formación de colágeno, estructura que le da firmeza a todos los
tejidos; cuando falta, se dañan los tejidos de vasos sanguíneos, por lo que se produce
sangramiento por ruptura de los vasos.
La gran mayoría de las vitaminas deben su nombre a la función recién mencionada. Así, la vitamina
D se denomina antirraquítica, la K, antihemorrágica, la C, antiescorbuto.
Esteban Arriagada
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ROL DE LAS VITAMINAS COMO COENZIMAS
Una parte del sustrato liberado por una enzima no queda libre, sino unido a la coenzima. La
coenzima acepta un grupo químico del sustrato. Este complejo EC0Eh se una a otro sustrato
formando un segundo complejo, al que se unirá el elemento libre.
ECoEh
+ S2
ECoEhS2
ECoE
+ S 2h
Hay una transferencia de un grupo químico de un elemento a otro, donde el elemento que
transfiere es la coenzima, es un aceptor transitorio del grupo químico del sustrato.
La gran mayoría de las reacciones químicas consiste justamente en esto, en degradar un
sustrato y componer otro. Los grupos químicos transferibles son muchos: metilar, carboxilar,
acetilar, hidrogenar, etc.
Por ejemplo, en las reacciones de oxido reducción de la cadena respiratoria de las
mitocondrias o fosforilación oxidativa se forma ATP, aquí lo que se hace es trasladar un grupo H al
oxígeno para formar agua; aquí hay coenzimas que sirven a la unión transitoria de hidrógeno.
(Cuando pierde hidrógeno se oxida, cuando gana H, se reduce.). De esto deriva el nombre de la
enzima y coenzima, ej: enzima oxireductasa y coenzima de co-oxidoreductasa.
Hay dos etapas diferentes. La coenzima le va a quitar H al sustrato; puede ocurrir que una
segunda enzima que va a entregar H a un segundo sustrato necesita una coenzima reducida; aquí se
ocuparon 2 enzimas. En otras oportunidades la misma enzima toma de un sustrato y se lo entrega a
otro sustrato.
SH2
CoEH2
+ S
CoEH2
+ O
CoE
+
OH2
Coenzimas de oxidorrecudcción o oxidorreductasa:
 NAD (Nicotidamida adenina dinucleótico)
 FAD (flavina adenina dinucleótido; flavina es la vitamina)
 CoA (la vitamina es la A)
NUCLEÓTIDOS
Son biomoléculas de múltiples funciones:
 Son precursores activados de ADN y ARN
 Sirven como intermediarios de algunas biosíntesis importantes; en el caso de la síntesis del
glicógeno es necesaria la presencia de un nucleótido a base de uracilo.
 Se definen como la moneda universal de la energía; el ATP (adenina) y el GTP (guanina) son
nucleótidos.
 Existen muchas coenzimas cuya estructura química es de nucleótidos.
 Algunos de ellos son reguladores de procesos metabólicos, interfiriendo la actividad de ciertas
enzimas (AMPc)
Esteban Arriagada
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ESTRUCTURA
Están formados por:
 Base nitrogenada, que puede ser adenina, guanina, citosita, uracilo, timina
 Azucar: ribosa o desoxirribosa.
 Grupo fosfato que puede estar 1,2 o 3 veces (mono, di o trifosforado)
Cuando la base nitrogenada está unida al azúcar se habla de nucleósido; cuando se agrega el
fosfato se transforma en nucleótido.
ATP: adenosina (adenina más ribosa) tri-fosfato; es un nucleósido trifosforado, (no
nucleótido trifosforado). Cuando se habla de nucleótidos se indica que el azúcar es ribosa; cuando se
habla de d-cleótidos, el azúcar es desoxirribosa. (El carbono 2 de la ribosa lleva un grupo OH,
cuando desaparece, se transforma en desoxirribosa).
BASES NITROGENADAS
Se clasifican de 2 maneras
 Púrica: Estructura cíclica carbonada y nitrogenada; puede ser adenina y guanina.
 Pirimídica: puede ser citosina, timina y uracilo.
El organismo sintetiza las bases púrica y pirimídica. La síntesis es extremadamente
complicada. Sin los nucleótidos no se construyen ácidos nucleicos, es una síntesis de las más
costosas, complicadas y reguladas, porque cuando ocurre la división celular se necesitan muchísmas
bases nitrogenadas para construir el ADN.
Las bases nitrogenadas se construyen a partir de elementos muy simples, como los
aminoácidos: glicina, glutamina, ácido aspártico. A partir de los esqueletos formados hay que
construir las bases específicas, donde nuevamente hacen aporte los aminoácidos.
La ribosa (pentosa) deriva de los glúcidos, se come como almidón o glucógeno.
Adenina + ribosa = adenosina + P = AMP + P = ADP + P = ATP.
Guanina + ribosa = guanosina + P = GMP + P = GDP + P = GTP.
Timina + desoxirribosa = d-timidina + P = d-TMP + P = dTDP + P = dTTP
El ATP es una molécula de alto contenido de energía química, la que se libera al
desdoblarse. Cuando una célula está en reposo funcionan los mecanismos para sintetizar ATP;
cuando la célula ejerce su función se desdobla el ATP en ADP + P.
Para sintetizar nucleótidos de timina hay que transformar el nucleótido uracilo, sacarle el OH
(sistema enzimático: reductasa) e insertarle un CH3 (como el nucleótido de timina se llama ácido
timirílico, la enzima se llama timidilato sintetasa).
Del uracilo se fabrica citosina y timina. Se necesita ácido timirílico para construir timina para
la mitosis, se necesitan varios miles de millones.
Es dañino que esta molécula se sintetice cuando el tejido se transforma en tumoral. Un
mecanismo que frena esta síntesis consiste en inhibir la timidilato sintetasa, que constituye una de
las terapias anticancerígenas (fármacos fluoracilo y fluordesoxiuridilato), por medio de un inhibidor
competitivo.
Esteban Arriagada