ENZIMASENZIMAS

REGULAÇÃO ENZIMÁTICA - Regulação por feedback - Regulação por feed-forward - Modificação covalente reversível - Activação por clivagem proteolítica - Ciclos de substrato - Regulação em cascata - Compartimentalização (‘channeling’)

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Algumas enzimas podem ter suas actividades Algumas enzimas podem ter suas actividades reguladas, actuando assim como moduladoras do reguladas, actuando assim como moduladoras do metabolismo celular. Esta modulação é essencial metabolismo celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros processos na coordenação dos inúmeros processos metabólicos pela célula.metabólicos pela célula.

                        Além dos mecanismos já citados de Além dos mecanismos já citados de modulação de actividade enzimática - por variação modulação de actividade enzimática - por variação da concentração do substrato, ou por inibição da concentração do substrato, ou por inibição enzimática, existem dois modelos de regulação enzimática, existem dois modelos de regulação enzimática:enzimática:

                                              

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- MODULAÇÃO ALOSTÉRICA - MODULAÇÃO ALOSTÉRICA  Ocorre nas enzimas que possuem um sítio de Ocorre nas enzimas que possuem um sítio de

modulação, ou alostérico, onde se liga de forma modulação, ou alostérico, onde se liga de forma não-covalente um modulador alostérico que pode não-covalente um modulador alostérico que pode ser positivo (activa a enzima) ou negativo (inibe a ser positivo (activa a enzima) ou negativo (inibe a enzima).enzima).

A ligação do modulador induz a modificações A ligação do modulador induz a modificações conformacionais na estrutura espacial da enzima, conformacionais na estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade desta para com os seus modificando a afinidade desta para com os seus substratos;substratos;

Um modelo muito comum de regulação alostérica é Um modelo muito comum de regulação alostérica é a inibição por "feed-back", onde o próprio produto a inibição por "feed-back", onde o próprio produto da reação actua como modulador da enzima que a da reação actua como modulador da enzima que a catalisa.catalisa.

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- Modulação Covalente:- Modulação Covalente: Ocorre quando há modificação covalente Ocorre quando há modificação covalente

da molécula da enzima, com conversão da molécula da enzima, com conversão entre as formas activa/inactiva.entre as formas activa/inactiva.

O processo ocorre principalmente por O processo ocorre principalmente por adição/remoção de agrupamentos fosfato adição/remoção de agrupamentos fosfato de resíduos específicos de serina.de resíduos específicos de serina.

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FEEDBACK NEGATIVOFEEDBACK NEGATIVOMecanismos:Mecanismos:1. Retroinibição1. Retroinibição

1.1. Via biossintética não ramificada: o produto final 1.1. Via biossintética não ramificada: o produto final inibe a actividade da primeira enzima da via inibe a actividade da primeira enzima da via biossintéticabiossintética. .

Ex: Síntese das bases pirimídicas: Moléculas precursoras: carbamoil-fosfato e aspartato. Passo determinante da reacção usa a enzima.

aspartato transcarbaminase que sofre um processo de inibição em feedback por intermédio dos produtos finais que são a citosina-fosfato e a timina-fosfato.

ENZIMASENZIMAS Este processo é muito frequenteEste processo é muito frequente

ENZIMASENZIMAS1.2 Via biossintética ramificada: 1.2 Via biossintética ramificada:

O produto final inibe a primeira enzima depois do O produto final inibe a primeira enzima depois do ponto de ramificaçãoponto de ramificação

A primeira etapa da via comum de síntese é catalisada A primeira etapa da via comum de síntese é catalisada por várias isoenzimas, cada uma das quais pode ser por várias isoenzimas, cada uma das quais pode ser regulada independentementeregulada independentemente

Inibição multivalente: a primeira enzima comum é Inibição multivalente: a primeira enzima comum é pouco ou nada influenciada por cada produto final; pouco ou nada influenciada por cada produto final; deve existir um excesso de todos os produtos finais deve existir um excesso de todos os produtos finais para que se produza a inibição.para que se produza a inibição.

Cada produto final de uma via ramificada actua como Cada produto final de uma via ramificada actua como inibidor; a inibição acumulativa é o efeito de todos os inibidor; a inibição acumulativa é o efeito de todos os inibidores.inibidores.

ENZIMASENZIMAS2. Carga Energética2. Carga EnergéticaConcentrações relativas de ATP, ADP e AMP na célula Concentrações relativas de ATP, ADP e AMP na célula

são usadas para calcular a carga energética (CE)são usadas para calcular a carga energética (CE)CE = (ATP) + 0,5 (ADP) CE = (ATP) + 0,5 (ADP) valores entre 0 e 1,0 valores entre 0 e 1,0 (AMP) + (ADP) + (ATP)(AMP) + (ADP) + (ATP)Aumento de CE = inibição das enzimas que sintetizam Aumento de CE = inibição das enzimas que sintetizam

ATP ATP (Ex.: isocitrato desidrogenase é inibida quando CE ≥ 0,8)(Ex.: isocitrato desidrogenase é inibida quando CE ≥ 0,8)

3. Degradação das enzimas: por proteases altamente 3. Degradação das enzimas: por proteases altamente específicas (Ex. triptofanosintetase é degradada específicas (Ex. triptofanosintetase é degradada especificamente por uma protease quando as células especificamente por uma protease quando as células de de Saccharomyces cereviaeSaccharomyces cereviae entram na fase entram na fase estacionária).estacionária).

ENZIMASENZIMAS4. Mudanças conformacionais das enzimas: Ex. glutamina 4. Mudanças conformacionais das enzimas: Ex. glutamina

sintetase de E. coli sofre mudanças conformacionais sintetase de E. coli sofre mudanças conformacionais como fosforilação ou adenilação.como fosforilação ou adenilação.

Regulação da síntese de enzimasRegulação da síntese de enzimasMecanismos:Mecanismos:1. Indução: enzimas formadas a partir do meio de cultivo 1. Indução: enzimas formadas a partir do meio de cultivo

(enzimas constitutivas) são induzidas, ou seja, não se (enzimas constitutivas) são induzidas, ou seja, não se formam enquanto o substrato que será metabolizado formam enquanto o substrato que será metabolizado não está presente no meio. O produto de uma enzima não está presente no meio. O produto de uma enzima pode por sua vez, induzir a síntese de outra enzima pode por sua vez, induzir a síntese de outra enzima (indução sequencial)(indução sequencial)

2. Repressão: o excesso de produto final inibe a síntese 2. Repressão: o excesso de produto final inibe a síntese de enzimas actuando como co-repressor. As enzimas de enzimas actuando como co-repressor. As enzimas anabólicas estão presentes somente quando o produto anabólicas estão presentes somente quando o produto final está ausente.final está ausente.

ENZIMASENZIMAS3. Atenuação: controle da expressão de genes 3. Atenuação: controle da expressão de genes

envolvidos na síntese de aminoácidos em envolvidos na síntese de aminoácidos em bactérias (Ex. síntese de histidina em bactérias (Ex. síntese de histidina em Salmonella typhimurium)Salmonella typhimurium)Modelo do atenuador: a velocidade de Modelo do atenuador: a velocidade de transcrição de um operón é regulada pela transcrição de um operón é regulada pela estrutura secundária da sequência guia do estrutura secundária da sequência guia do mRNA recém transcrito. A estrutura desta mRNA recém transcrito. A estrutura desta seqüência guia determina se a transcrição do seqüência guia determina se a transcrição do operón é continuada pela RNA polimerase ou operón é continuada pela RNA polimerase ou se é terminada a transcrição. Se é produzida a se é terminada a transcrição. Se é produzida a terminação, pára a transcrição do mRNA e a terminação, pára a transcrição do mRNA e a enzima (ou enzimas) codificadas por este enzima (ou enzimas) codificadas por este mRNA não são produzidas. (Ex. triptofano em mRNA não são produzidas. (Ex. triptofano em E. coliE. coli))

ENZIMASENZIMAS REGULAÇÃO POR FEED-REGULAÇÃO POR FEED-

FORWARDFORWARD Feed-forwardFeed-forward é um é um

termo que descreve um termo que descreve um sistema que reage de sistema que reage de modo a manter um modo a manter um estado previamente estado previamente definido do seu definido do seu ambiente. ambiente.

Ex: Na regulação Ex: Na regulação genética existe o que genética existe o que designa por “loop” em designa por “loop” em que A activa B, A+B que A activa B, A+B activam C e assim por activam C e assim por diante e que permite diante e que permite detectar variações não detectar variações não temporárias do temporárias do ambiente.ambiente. activação da piruvato

cinase pela 1,6-BPF

ENZIMASENZIMAS Regulação da actividade enzimática por

MODIFICAÇÃO COVALENTE Algumas enzimas são reguladas por

metilação, ADP-ribosilação, palmitoilação ou acilação mas a forma mais comum de regulação enzimática por modificação covalente reversível é por fosforilação

Ex: Fosforilase do glicogénio

ENZIMASENZIMAS Regulação por CICLOS DE SUBSTRACTO ou Regulação por CICLOS DE SUBSTRACTO ou

ciclos fúteis. São ciclos que gastam inergiaciclos fúteis. São ciclos que gastam inergia

ENZIMASENZIMAS Como se verifica todo o Como se verifica todo o

metabolismo é regulado por metabolismo é regulado por ciclos de substractos.ciclos de substractos.

Vantagens: permite levar o fluxo de uma via a

zero (máximo aumento percentual)

Desvantagens: consomem energia (ciclo fútil)

Quanto mais rápido o fluxo interno do ciclo mais

rápida a modificação de fluxo na via.

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Regulação da actividade enzimática por ACTIVAÇÃO PROTEOLÍTICA

Algumas enzimas são reguladas por Proteólise

1-Enzimas digestivas Ex: tripsina 2-Enzimas da coagulação sanguínea Ex:

trombina 3-Enzimas envolvidas no desenvolvimento Ex:Colagenase

ENZIMASENZIMAS REGULAÇÃO EM CASCATAREGULAÇÃO EM CASCATA Ex: regulação da coagulação Ex: regulação da coagulação

sanguínea. Quando um vaso sanguínea. Quando um vaso sanguíneo é danificado, forma-se sanguíneo é danificado, forma-se um coágulo, uma agregação de um coágulo, uma agregação de plaquetas, numa redede fibrina. A plaquetas, numa redede fibrina. A fibrina é produzida a partir do fibrina é produzida a partir do fibrinogénio por acção da serina fibrinogénio por acção da serina protease trombina. A trombina é protease trombina. A trombina é a última de uma série de enzimas a última de uma série de enzimas de coagulação que são activadas de coagulação que são activadas sequencialmente pela proteólise sequencialmente pela proteólise das suas formas zimogéniodas suas formas zimogénio

ENZIMASENZIMAS Regulação neuro-endócrina A regulação externa à célula, integrada e simultânea a

vários tecidos é dada pela regulação neuro-endócrina. As hormonas são importantes moduladores da actividade enzimática, pois sua acção na célula pode resultar na activação de proteínas cinases ou de fosfoproteínas fosfatases, as quais actuam sobre as enzimas, de tal modo, que estas ganhem ou percam um agrupamento fosfato, intimamente relacionado com a modulação da actividade enzimática, mecanismo também conhecido por regulação covalente.

ENZIMASENZIMAS É importante considerar que muitas hormonas

têm natureza hidrofílica e por isso, são incapazes de atravessar a membrana plasmática. Estas hormonas só conseguem actuar nas células através de ligação a um receptor de membrana, normalmente uma proteína transmembranar, que possui um sítio específico para

ligação da hormon. A ligação hormona-receptor promove alterações no ambiente intracelular que resultarão na síntese ou activação de uma molécula intracelular, chamada segundo mensageiro, a qual passa a ser a responsável pela acção da hormona dentro da célula.

ENZIMASENZIMAS Algumas hormonas tais como o glucagon e a

adrenalina têm como segundo mensageiro a molécula, do AMP cíclico ou AMPc. A principal característica do AMPc é funcionar como um activador de proteínas cinases, bem como um inibidor das fosfoproteínas fosfatases.

Várias enzimas importantes são fosforiladas em presença do glucagon e a via metabólica estará activada ou inibida em função desta regulação covalente. Sabe-se que a insulina antagoniza os efeitos do glucagon e adrenalina porque por mecanismos distintos dependentes ou não do AMPc, a sua presença leva à activação das fosfoproteínas fosfatases, o que culmina na desfosforilação das enzimas regulatórias das células em que actua.

ENZIMASENZIMAS Entre as principais hormonas que influenciam

directamente o metabolismo celular temos: a insulina, o glucagon, as catecolaminas, a adrenalina, noradrenalina, o cortisol e a hormona do crescimento entre sempre associada a uma situação inicial de hiperglicémia, a sua acção principal será a diminuição da glicémia, mas a presença desta hormona também significa uma situação de alto suprimento energético para células, e, as reacções anabólicas, as quais necessitam de energia para ocorrer, serão favorecidas.

A acção da insulina sobre a maioria das vias metabólicas é justamente de activação da

síntese de ácidos gordos, triglicerídos, colesterol, proteínas e glicogénio.

ENZIMASENZIMAS Regulação metabólica é recíproca e antagónica É de fundamental importância compreender que num

mesmo tecido, vias opostas precisam de ser reguladas antagonicamente. Não haveria qualquer sentido se

uma célula, por exemplo, sintetizasse glicogénio ou qualquer outro composto, e o degradasse imediatamente. Isto resultaria num gasto energético para a célula

sem que houvesse qualquer outro resultado concreto, este tipo de situação é chamado de ciclo fútil e é impedida pelo rigoroso controle das vias metabólicas.

Ciclos fúteis podem ser evitados com a regulação recíproca e antagónica de enzimas reguladoras de vias opostas.

ENZIMASENZIMAS Assim, percebe-se que tanto os moduladores

alostéricos, quanto a regulação covalente deflagrada pelas hormonas ncumbem-se de activar uma enzima responsável pela síntese de um composto e simultaneamente inibir a enzima responsável pela degradação do mesmo, ou vice-versa, ao activar a degradação de um dado composto a sua síntese é impedida.

Por exemplo, as enzimas hepáticas glicogénio-sintase e fosforilase, responsáveis respectivamente pela síntese e degradação do glicogénio, são reguladas alostérica e

covalentemente de modo recíproco e antagónico

ENZIMASENZIMAS Em situação de aumento de glicémia, há entrada de glicose

no fígado e o primeiro produto a ser produzido, a glicose-6-fosfato inibe a enzima glicogénio-fosforilase, ao mesmo tempo, estimula a enzima glicogênio-sintase favorecendo o armazenamento da glicose sob a forma de glicogénio. Nesta mesma situação inicial, aumento de glicémia, há aumento da relação insulina/glucagon e, neste caso, modificação covalente de enzimas induzidas pela insulina. As enzimas glicogênio

sintase e fosforilase desfosforiladas, passam a estar respectivamente activada e inibida, resultando também em favorecimento da síntese de glicogénio. O mesmo ocorre com as vias glicolítica e gliconeogénese no fígado,

tanto a regulação alostérica quanto a covalente trabalham em acordo para aumentar a eficiência da regulação metabólica.

ENZIMASENZIMAS COMPARTIMENTAÇÃO COMPARTIMENTAÇÃO As enzimas podem encontrar-se As enzimas podem encontrar-se

compartimentadas, com diferentes vias compartimentadas, com diferentes vias metabólicas (ou partes de vias metabólicas) metabólicas (ou partes de vias metabólicas) ocorrendo em diferentes compartimentos ocorrendo em diferentes compartimentos celulares. Por exemplo, os celulares. Por exemplo, os ácidos gordosácidos gordos são sintetizados por um conjunto de são sintetizados por um conjunto de enzimas no citoplasma, no retículo enzimas no citoplasma, no retículo endoplasmático e no complexo de Golgi e endoplasmático e no complexo de Golgi e usados por um conjunto diferente de usados por um conjunto diferente de enzimas como fonte de energia na enzimas como fonte de energia na mitocôndria, através da mitocôndria, através da β-oxidaçãoβ-oxidação. .

ENZIMASENZIMAS DOENÇAS PRODUZIDAS POR DOENÇAS PRODUZIDAS POR PERTURBAAÇÕES ENZIMÁTICASPERTURBAAÇÕES ENZIMÁTICAS

1Fenilcetonúria1Fenilcetonúria Uma mutação num único aminoácido da Uma mutação num único aminoácido da

enzima fenilalanina hidroxilase, que cataliza enzima fenilalanina hidroxilase, que cataliza o primeiro passo na degradação da o primeiro passo na degradação da fenilalanina, resulta na acumulação da fenilalanina, resulta na acumulação da fenilalanina e dos se a doença não for fenilalanina e dos se a doença não for tratada. tratada.

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http://images.google.pt/imgres?imgurl=http://http://images.google.pt/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/78/Purine_Nucleoside_Phosphorylase.jpg/350px-7/78/Purine_Nucleoside_Phosphorylase.jpg/350px-Purine_Nucleoside_Phosphorylase.jpg&imgrefurl=http:/Purine_Nucleoside_Phosphorylase.jpg&imgrefurl=http://pt.wikipedia.org/wiki/Cin%25C3%25A9tica_enzim/pt.wikipedia.org/wiki/Cin%25C3%25A9tica_enzim%25C3%25A1tica&h=438&w=350&sz=45&hl=pt-%25C3%25A1tica&h=438&w=350&sz=45&hl=pt-PT&start=33&tbnid=mCOgUc2_Qg62wM:&tbnh=127&tPT&start=33&tbnid=mCOgUc2_Qg62wM:&tbnh=127&tbnw=101&prev=/images%3Fq%3Dprotebnw=101&prev=/images%3Fq%3Dprote%25C3%25ADnas%2Balost%25C3%25A9ricas%25C3%25ADnas%2Balost%25C3%25A9ricas%26start%3D20%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26hl%26start%3D20%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26hl%3Dpt-PT%26sa%3DN enzimas.%3Dpt-PT%26sa%3DN enzimas.

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http://members.tripod.com/medworks/Bioquimihttp://members.tripod.com/medworks/Bioquimica/enzimas.htmlca/enzimas.html doenças detectadas por medição da doenças detectadas por medição da actividade enzimáticaactividade enzimática

http://aprender.unoeste.br/moodle/mod/forum/dhttp://aprender.unoeste.br/moodle/mod/forum/discuss.php?d=2217iscuss.php?d=2217 regulação enzimática regulação enzimática

http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/diaadia/http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/diaadia/diadia/arquivos/File/binario163.pdfdiadia/arquivos/File/binario163.pdf Quadro com sistemas de Quadro com sistemas de inibiçãohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Enzimas inibiçãohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Enzimas

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http://http://comissaocurso2007.files.wordpress.com/comissaocurso2007.files.wordpress.com/2007/11/aula-t11_regulacao-enzimas-07-2007/11/aula-t11_regulacao-enzimas-07-08_29-10-2007.pdf regulação enzimática08_29-10-2007.pdf regulação enzimática

http://pt.wikipedia.org/wiki/Enzimas http://pt.wikipedia.org/wiki/Enzimas http://www.sarah.br/paginas/doencas/PO/http://www.sarah.br/paginas/doencas/PO/

p_04_doencas_metabolicas.htm Doenças p_04_doencas_metabolicas.htm Doenças enzimáticasenzimáticas

http://pt.wikipedia.org/wiki/Galactosemia http://pt.wikipedia.org/wiki/Galactosemia galactosemiagalactosemia