Mecanismo de regulação de atividade enzimática

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Conteúdo:
BIOQUÍMICA 
GERAL
Rodrigo Binkowski 
de Andrade
 
Mecanismos de regulação 
da atividade de enzimas
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Descrever a importância dos mecanismos de regulação da atividade 
enzimática.
 � Correlacionar a regulação de enzimas alostéricas e seus moduladores.
 � Diferenciar a regulação mediada por zimogênios da modificação 
por fosforilação.
Introdução
Os mecanismos de regulação da atividade enzimática são fundamentais 
para o controle dos níveis de ATP, a regulação das vias metabólicas ana-
bólicas e catabólicas e o bom funcionamento das reações bioquímicas. 
Neste texto, você vai estudar os principais mecanismos de regulação 
enzimática. Além disso, vai conhecer as enzimas responsáveis pela regu-
lação de rotas bioquímicas e ver exemplos de regulações enzimáticas 
importantes para o organismo humano.
Os mecanismos de regulação da atividade 
enzimática
Os mecanismos de regulação da atividade enzimática são variados, como 
veremos a seguir. A regulação da atividade enzimática pode ser administrada 
por diferentes estruturas da célula, de modo a garantir a homeostase do corpo 
humano. Algumas enzimas estão localizadas em organelas específicas dentro 
da célula, como as hidrolases no lisossomo, de modo a isolar o substrato sobre 
o qual agem, visando a fornecer um ambiente favorável à reação ou mesmo 
segregar de forma organizada as variedades enzimáticas existentes na célula. 
Uma das formas mais básicas de regulação das atividades enzimáti-
cas é por meio do controle da velocidade das reações das enzimas, que 
permite ajustar os processos metabólicos às necessidades do organismo. 
A velocidade das reações enzimáticas geralmente está relacionada à dis-
ponibilidade de substrato, a substância sobre a qual atua a enzima. À 
medida que aumenta a concentração de substrato, a velocidade da reação 
enzimática também aumenta. 
As enzimas também podem ser reguladas por modificação covalente; neste 
caso, o fosfato proveniente do ATP é adicionado às células pelas proteínas-
-cinases e retirado pelas fosfoproteínas-fosfatases. Essa adição ou remoção 
pode, dependendo da enzima, aumentar ou diminuir a atividade catalítica. 
Há também a regulação enzimática por indução e repressão da síntese de 
enzimas, um processo regulatório relacionado apenas a enzimas que não são 
continuamente utilizadas, já que pode demorar horas ou até mesmo dias para 
que sua ação provoque efeito.
Outra forma de regular enzimas, utilizada em muitos fármacos, é a inibição 
enzimática. Os inibidores reversíveis se unem ao catalisador por meio de 
ligações não covalentes, que são mais fáceis de serem rompidas, possibilitando 
que a diluição do complexo enzima-inibidor restaure a atividade da enzima 
após a interação. Já os inibidores irreversíveis, se unem à enzima por meio de 
ligações covalentes, que são mais estáveis, e a enzima inibida não recupera 
sua função após conectar-se com o inibidor. 
A inibição reversível pode ser classificada como não competitiva ou com-
petitiva (Figura 1). Na inibição não competitiva, o inibidor e o substrato 
unem-se em sítios diferentes: enquanto o inibidor se conecta ao complexo 
enzima-substrato, ou diretamente à enzima livre, o substrato acopla-se no 
centro ativo da enzima. A velocidade máxima não pode ser atingida por meio 
do aumento da concentração do substrato, já que a presença do inibidor diminui 
a taxa de formação de produtos (não ocorre elevação do Km).
Na inibição competitiva, por outro lado, o inibidor ocupa o sítio ativo e 
diminui a velocidade máxima momentaneamente. O efeito do inibidor com-
petitivo pode ser revertido com o aumento da concentração do substrato, já 
que apenas o valor do Km aparente aumenta. 
Mecanismos de regulação da atividade de enzimas2
Figura 1. Os tipos mais comuns de inibição reversível: não competitiva e competitiva.
Fonte: Adfert (2012).
Enzimas alostéricas e seus efetores 
positivos e negativos
As enzimas alostéricas são muito importantes para a regulação das rotas 
bioquímicas no nosso organismo. A enzima alostérica é um oligômero, 
composto de protômeros (locais onde o substrato se liga ao sítio ativo) e do 
sítio alostérico, ao qual se ligam de modo não covalente os efetores positivos 
e negativos. Esses efetores causam alteração da atividade enzimática, seja 
por meio da mudança conformacional e a consequente variação da enzima 
pelo substrato, seja por transformação na atividade catalítica máxima (ver 
o box Fique atento).
Esses catalisadores biológicos normalmente atuam apenas no primeiro 
passo da rota metabólica (Figura 2). Os efetores positivos aumentam a afini-
dade da enzima pelo substrato, já que ela adquire a forma relaxada, passível 
3Mecanismos de regulação da atividade de enzimas
de ligação (maior atividade enzimática). Por outro lado, os efetores negativos 
diminuem essa afinidade, e todos os protômeros da enzima tornam-se tensos 
(menor atividade enzimática).
Figura 2. Efetores alostéricos negativos e positivos. Os efetores modulam a 
atividade da enzima: os negativos diminuem sua atividade e os positivos a 
aumentam.
Fonte: Boundless.com ([20-?])
Inibição alostérica Ati vação alostérica
Enzima 1 Enzima 2
Ati vador
Síti o 
ati vo
Síti o ati vo
Síti o 
alostérico
Inibidor
Substrato Substrato
Síti o ati vo alterado
Síti o ati vo 
alterado
Os efetores também podem ser classificados como homotrópicos ou 
heterotrópicos. Nos homotrópicos, o próprio substrato atua como efetor e 
normalmente causa efeito positivo, pois a sua ligação à enzima aumenta a 
afinidade dos outros sítios de ligação. Este é o chamado efeito da coopera-
tividade. Já nos heterotrópicos, o efetor é diferente do substrato. Estes são 
geralmente utilizados pelos sistemas de controle de alça fechada de feedback 
negativo: quando determinado produto, no fim de uma rota metabólica, está 
muito concentrado, a enzima diminui a taxa de sua síntese.
Mecanismos de regulação da atividade de enzimas4
A enzima isocitrato desidrogenase é uma enzima do ciclo de Krebs que é ativada pelo 
ADP (efetor ou modulador positivo). A ligação ocorre no centro alostérico da enzima. Nos 
sistemas enzimáticos, em que um grupo de enzimas trabalha em conjunto formando 
vias metabólicas, o produto da primeira reação é o substrato da reação seguinte e 
assim sucessivamente. Em cada sistema enzimático, há pelo menos uma enzima que 
determina a velocidade de toda a rota metabólica. Esse controle pode ocorrer por 
retroalimentação. Por exemplo, a L-treonina desidrase é inibida alostericamente pela 
L-isoleucina, produto final da rota metabólica.
A regulação mediada por zimogênios e por 
modificação covalente
As enzimas secretadas na forma inativa, chamadas zimogênios, sofrem a 
clivagem de um fragmento de sua estrutura, o que resulta no aparecimento 
do centro ativo. Com isso, a enzima passa da forma inativa para a forma 
ativa. No trato gastrointestinal esse tipo de regulação é muito comum, por 
exemplo, na conversão do pepsinogênio (inativo) à pepsina (ativa) pelo ácido 
clorídrico, no pH ácido do estômago. Essa regulação mediada por zimogênio 
é fundamental, pois permite que a pepsina atue sobre as proteínas obtidas da 
alimentação e não cause dano na mucosa estomacal.
Já na modificação covalente, a regulação ocorre por adição ou remoção de 
radicais, normalmente fosfatos, de resíduos de serina, treonina ou tirosina da 
enzima. Este é o chamado mecanismo de fosforilação e desfosforilação, cata-
lisado por proteínas quinases que fosforilam, ou por fosfoproteínas-fosfatases, 
que removem o radical fosfato (ver o box Exemplo).
Um exemplo de mecanismo de fosforilação e desfosforilação são as enzimas da síntese 
e degradação do glicogênio. A glicogênio fosforilase é ativa quando fosforilada, e 
promove a degradação do glicogênio. A glicogênio sintase diminui sua atividade 
quando fosforilada. A entrada ou saída do fosfato na molécula da proteína enzimáticamodifica a conformação da proteína, tornando-a mais ou menos ativa.
5Mecanismos de regulação da atividade de enzimas
O controle da atividade enzimática em nível gênico é baseado na quantidade 
de enzimas presentes e pode ser regulado por indução (aumento da síntese da 
enzima) ou repressão (diminuição da síntese). O gene estrutural responsável 
pela síntese de certas enzimas é controlado por um segundo gene localizado ao 
lado do gene estrutural, denominado operador. Quando livre, o operador permite 
a formação do m-RNA do gene estrutural e, consequentemente, da enzima. O 
gene operador pode ser inibido por um repressor e, neste caso, não há síntese 
da enzima. O repressor é sintetizado por um terceiro gene, localizado em local 
afastado do gene estrutural, denominado gene regulador (ver o box Saiba Mais).
Certas bactérias são incapazes de hidrolisar a lactose por terem um gene operador, que 
controla a síntese da β-galactosidase, inibido por um repressor. Estas bactérias, quando 
expostas por certo tempo à lactose, passam a hidrolisar o diolosídio, por adquirirem 
a capacidade de sintetizar a β-galactosidase. Nesse caso, o repressor liga-se à lactose 
presente, formando um repressor inativo. Com o repressor inativo e o operador livre, 
o gene estrutural passa a exercer a sua função, e a enzima é sintetizada. Em algumas 
células, o gene regulador forma um apo-repressor incapaz de inibir o gene operador. 
Produtos finais de vias metabólicas podem inibir a sua própria síntese impedindo a 
formação de uma determinada enzima por funcionarem como correpressores. O 
correpressor liga-se ao apo-repressor formando um holo-repressor, que é ativo. Esse 
tipo de controle pode ocorrer durante a síntese do HEME da hemoglobina.
DNA CAP
Transcrição
Tradução
Promotor Operador
RNA polimerase
Repressor Lac
CAP
Ribossomo
Lactose
Glicose
Glicose GalactosecAMP
Α β-galactosidase 
cliva a lactose.
A bactéria 
queima glicose e 
galactose.
mRNA
lac Z lac Y lac A
Fonte: BioWeb Home (2002).
Mecanismos de regulação da atividade de enzimas6
Confira no link a seguir uma animação sobre o funcionamento das enzimas (MCKINLEY; 
O’LOUGHLI, 2017). 
https://goo.gl/3qZM34 
BIOWEB HOME. Madison, 2002. Disponível em: <http://bioweb.uwlax.edu/GenWeb/
Molecular/Theory/Transcription/Slide2.JPG>. Acesso em: 1 set. 2017. 
BOUNDLESS.COM. Cells regulate their biochemical processes by inhibiting or activating 
enzymes. [20-?]. Disponível em: < https://www.boundless.com/biology/textbooks/
boundless-biology-textbook/metabolism-6/enzymes-72/control-of-metabolism-
-through-enzyme-regulation-351-11577/>. Acesso em: 05 set. 2017.ADFERT. Uber-
lândia, 2012. 
Inibição não competitiva e inibição competitiva. Disponível em: <HTTP://www.adfert.
com.br/midia/2012/01/ADFERT__produto__uremax-img02.jpg>. Acesso em: 1 set. 
2017.
MCKINLEY, M.; O’LOUGHLI, V. D. Human Anatomy: how enzymes work. Columbus: 
McGraw-Hill Education, 2017. Disponível em: <HTTP://highered.mheducation.com/
sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__how_enzymes_work.html>. 
Acesso em: 1 set. 2017.
Leituras recomendadas
MURRAY, R. K. et al. Bioquímica Ilustrada de Harper (Lange). 29. ed. Porto Alegre: Ma-
cGraw Hill, 2013.
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: 
ArtMed, 2014.
7Mecanismos de regulação da atividade de enzimas
https://goo.gl/3qZM34
http://bioweb.uwlax.edu/GenWeb/
https://www.boundless.com/biology/textbooks/
http://www.adfert/
http://highered.mheducation.com/
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