Enzimas regulatórias

Enzimas regulatórias

1. Enzimas alostéricas sofrem mudanças conformacionais em resposta à ligação de moduladores

   • Proteínas alostéricas são aquelas que possuem “outras formas” ou conformações induzidas pela ligação de moduladores.
     • Moduladores de enzimas alostéricas podem ser inibitórios ou estimulatórios.
   • As enzimas alostéricas em geral têm um ou mais sítios regulatórios, ou alostéricos, para ligarem o modulador. Da mesma maneira que o sítio ativo das enzimas é específico para o seu substrato, cada sítio regulatório é específico para o seu modulador. Enzimas com vários moduladores em geral têm sítios de ligação específicos para cada um deles. Nas enzimas homotrópicas, o sítio ativo e o sítio regulatório são os mesmos.

2. As propriedades cinéticas das enzimas alostéricas desviam-se do comportamento de Michaelis-Menten

   • As enzimas alostéricas apresentam relações entre V0 e [S] diferentes daquelas da cinética de Michaelis-Menten. Elas apresentam saturação pelo substrato quando [S] é suficientemente alta, mas algumas das enzimas alostéricas apresentam um gráfico de V0 versus [S] que produz uma curva de saturação sigmoide em vez da curva de saturação hiperbólica típica das enzimas não regulatórias.
   • Na curva de saturação sigmoide verifica-se um valor de [S] no qual V0 é metade da Vmáx, mas que não é designado como Km, pois a enzima não segue uma relação de Michaelis- -Menten hiperbólica. Os símbolos [S]0,5 e K0,5 geralmente são usados para representar a concentração de substrato que dá uma velocidade que é metade da máxima das enzimas alostéricas.

3. Algumas enzimas são reguladas por modificações covalentes reversíveis

   • Em outra classe de enzimas regulatórias, a atividade é modulada por modificações covalentes em um ou mais dos resíduos de aminoácidos da molécula da enzima. A modificação de um resíduo de aminoácido de uma enzima faz, efetivamente, um novo resíduo de aminoácido com propriedades diferentes ser introduzido na enzima. A introdução de uma carga pode alterar as propriedades locais da enzima e introduzir uma mudança na conformação. A introdução de um grupo hidrofóbico pode desencadear uma associação com uma membrana.

4. Os grupos fosforil afetam a estrutura e a atividade catalítica das enzimas

   • A ligação de grupos fosforil a resíduos de aminoácidos específicos de proteínas é catalisada por proteínas-cinases. Nessas reações, o grupo g-fosforil provindo de um nucleotídeo trifosfato (geralmente ATP) é transferido para um determinado resíduo de Ser, Thr ou Tyr (ocasionalmente também His) da proteína-alvo. Isso introduz um grupo carregado volumoso em uma região da proteína que é apenas moderadamente polar. Os átomos de oxigênio do grupo fosforil podem formar ligações de hidrogênio com um ou mais grupos da proteína, normalmente grupos amida do esqueleto peptídico no começo de hélices a ou com o grupo guanidino carregado dos resíduos de Arg. As duas cargas negativas de uma cadeia lateral fosforilada também podem repelir resíduos carregados negativamente (Asp ou Glu) das redondezas.

5. Fosforilações múltiplas possibilitam um controle requintado da regulação

   • Os resíduos de Ser, Thr ou Tyr – geralmente fosforilados nas proteínas reguladas – ocorrem em motivos estruturais comuns, chamados de sequências de consenso, reconhecidos por proteínas-cinases específicas.
   • Algumas cinases são basófilas, preferindo fosforilar resíduos que têm vizinhança básica, e outras têm preferências diferentes pelos substratos, como um resíduo próximo a um resíduo de Pro. Entretanto, a sequência de aminoácidos não é o único fator importante que influencia o quanto determinado resíduo será fosforilado. O enovelamento da proteína aproxima resíduos distantes na sequência primária, e a estrutura tridimensional resultante pode estabelecer o quanto uma proteína-cinase terá acesso a determinado resíduo e reconhecê-lo como substrato. Outro fator que influencia a especificidade de certas proteínas-cinases pelo substrato é a proximidade com outros resíduos fosforilados.
   • Para servir como mecanismo regulatório efetivo, a fosforilação deve ser reversível. Em geral, grupos fosforil são adicionados e removidos por enzimas diferentes e, desse modo, o processo pode ser regulado separadamente.

6. Algumas enzimas e outras proteínas são reguladas pela proteólise de precursores de enzimas

   • No caso de algumas enzimas, um precursor inativo denominado zimogênio é hidrolisado formando a enzima ativa.
   • As proteases não são as únicas proteínas ativadas por proteólise. Em outros casos, entretanto, os precursores não são chamados de zimogênios, mas, de maneira mais geral, são denominados pró-proteínas ou pró-enzimas, conforme for o caso.
   • Uma cascata de zimogênios ativados proteoliticamente leva à coagulação do sangue

7. Algumas enzimas utilizam vários mecanismos regulatórios

   • A glicogênio-fosforilase catalisa a primeira reação da via que disponibiliza a glicose armazenada para a via do metabolismo dos carboidratos que produz energia. Essa é uma via metabólica muito importante, e a sua regulação é correspondentemente complexa. Embora a regulação primária da glicogênio-fosforilase ocorra por modificações covalentes, como foi resumido na Figura 6-36, a glicogênio-fosforilase é também modulada alostericamente, por AMP, que é um ativador da fosforilase b, por glicose-6- -fosfato e ainda por ATP (ambos inibidores). Além disso, as enzimas que adicionam ou removem grupos fosforil são elas próprias reguladas pelos níveis dos hormônios que regulam os níveis de açúcar no sangue; portanto, todo o sistema é sensível a esses hormônios.
   • Outras enzimas com regulação complexa são encontradas em entroncamentos importantes de vias metabólicas. A glutamina-sintetase de bactérias, que catalisa a reação que introduz nitrogênio reduzido no metabolismo celular, está entre as enzimas com regulação mais complexa conhecida. Ela é regulada alostericamente (por ao menos oito moduladores diferentes), por modificações covalentes reversíveis e pela associação com outras proteínas regulatórias, mecanismo que será examinado em detalhes quando for estudada a regulação de vias metabólicas específicas.