Aula11_Regulação
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Aula11_Regulação


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26/4/2011
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Regulação
Modos de regulação
\u2022 Controle alostérico: existência de locais 
reguladores e locais funcionais distintos; 
cooperatividade \ufffd transmissão de 
informação.
\u2022 Formas múltiplas: uso de isozimas (ou 
isoenzimas), proteínas parálogas com 
variações em KM e Vmax.
\u2022 Modificação covalente reversível: mudança 
das propriedades cinéticas através da ligação 
covalente a um radical (comumente fosforila).
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Modos de regulação
\u2022 Ativação por proteólise: uso de zimogênios ou 
proenzimas, i.e., precursores inativos de 
enzima que, após clivagem de ligações 
peptídicas, geram as proteínas ativas.
\u2022 Controle de quantidade de enzima: em alguns 
casos, a regulação se dá pelo ajuste da 
quantidade de enzima presente, o que pode 
ser feito interferindo-se na transcrição.
Aspartato transcarbamilase (ATCase)
\u2022 A ATCase catalisa a primeira etapa da 
biossíntese das pirimidinas \u2013 a condensação 
de aspartato com carbamil fosfato, formando 
N-carbamil aspartato.
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Inibição da ATCase
\u2022 A ATCase é inibida pela citidina trifosfato 
(CTP), o produto final da via iniciada por ela.
\u2022 É um exemplo de retroinibição ou inibição por 
feedback.
\u2022 Essa inibição evita que se produza 
desnecessariamente mais intermediários (N-
carbamil aspartato) se a quantidade de 
pirimidinas já for abundante.
\u2022 O CTP é bem diferente dos substratos da 
ATCase. Logo, ele é um inibidor alostérico.
Cinética
\u2022 Por ser uma enzima com regulação alostérica, 
as ATCases não seguem a cinética de Michaelis 
Menten. A curva de formação do produto em 
função da concentração do substrato, em 
ATCases, é uma sigmóide.
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Arquitetura das ATCases
\u2022 A ATCase é uma enzima modular possuindo 
dois tipos de subunidade \u2013 a catalítica (c), que 
contém o sítio ativo, e a reguladora (r), que se 
liga ao CTP mas não tem atividade.
\u2022 A enzima completa é formada por seis 
unidades de cada um dos tipos: c6r6.
Mecanismo
\u2022 Estruturas da ATCase por difração de raios-x 
foram obtidos em diversos estados. Na 
presença do PALA (fosfoacetil-L-aspartato), um 
inibidor análogo ao estado intermediário, 
observa-se que o sítio se encontra entre duas 
unidades catalíticas.
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Mecanismo
\u2022 Após a ligação do PALA, os dois trímeros se 
afastam por 12Å e rotacionam por 10 graus. 
Para acomodar esse movimento, os dímeros 
reguladores giram 15 graus, resultando numa 
expansão da enzima. De forma análoga à 
hemoglobina, o estado não ligado é chamado 
T e o ligado de R.
A ação do CTP
\u2022 Estruturas da ATCase ligada ao CTP mostram 
que em sua presença ela está no estado T, e há 
um sítio de ligação para cada uma das cadeias 
reguladoras.
\u2022 Porém, o sítio ativo está a mais de 50Å do local 
de ligação ao CTP.
\u2022 A ação se dá, portanto, através do 
deslocamento do equilíbrio para o estado T na 
presença do CTP.
\u2022 Assim, sua presença torna mais difícil que a 
ligação do substrato leve a enzima ao estado R.
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O efeito do ATP
\u2022 A presença de ATP também muda o 
comportamento da ATCase \u2013 no caso, ele 
aumenta a velocidade da reação.
\u2022 Isso ocorre porque o ATP compete com o CTP 
pela ligação aos sítios reguladores, e assim 
altos níveis de ATP impedem que o CTP iniba a 
enzima.
Efeitos homotrópicos e heterotrópicos
\u2022 Efeitos no comportamento de enzimas 
causados pelos próprios substratos são 
chamados homotrópicos. Ex.: O2 em 
hemoglobina, aspartato em ATCase.
\u2022 Quando há efeitos causados por moléculas 
que não são seus substratos, eles são 
chamados efeitos heterotrópicos. Ex.: ATP e 
CTP em ATCase.
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Isoenzimas
\u2022 Enzimas com seqüência diferente de 
aminoácidos que catalisam a mesma reação 
são chamadas isoenzimas.
\u2022 Elas são codificadas por diferentes genes, 
geralmente surgidos por duplicação e 
divergência.
\u2022 Elas podem ser distinguidas uma das outras 
por propriedades bioquímicas (como 
mobilidade eletroforética).
Lactato desidrogenase
\u2022 Enzima que catalisa uma etapa no metabolismo 
anaeróbio de glicose e síntese de glicose.
\u2022 Há duas cadeias para essa enzima (H e M, com 
75% de identidade).
\u2022 A enzima funcional é um tetrâmero, mas ele pode 
ser formado por diferentes combinações de H e 
M, dependendo do ambiente (anaeróbio vs. 
aeróbio).
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Modificação covalente
\u2022 Enzimas podem ter sua função modificada 
através de ligações covalentes, como 
fosforilação e defosforilação, acetilação e
desacetilação, etc.
\u2022 Elas podem ser utilizadas também para 
sinalizar a degradação de uma proteína \u2013 a 
ligação da ubiquitina a uma proteína indica 
que ela deve ser destruída.
Fosforilação
\u2022 Até 30% das proteínas eucarióticas são 
fosforiladas, sendo esse processo usado como 
regulação por praticamente todos os 
processos metabólicos em eucariotos.
\u2022 Os resíduos fosforilados são aqueles que 
contém hidroxilas como cadeia terminal 
(serina, treonina e tirosina).
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Proteínas cinases
\u2022 A fosforilação é feita por proteína cinases, 
comumente tendo o ATP como doador.
\u2022 Mutações em proteína cinases são 
comumente encontradas em cancêres.
Proteínas Fosfatases
\u2022 As proteínas fosfatases têm papel oposto ao 
das cinases, removendo fosforilas de 
proteínas. 
\u2022 Algumas fosfatases podem suprimir a 
atividade promotora de câncer de certas 
cinases.
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Papel da fosforilação
\u2022 A adição de uma fosforila adiciona duas cargas 
negativas a uma proteína modificada \ufffd
mudanças estruturais \ufffd atividade catalítica.
\u2022 Fosforilas podem formar três ou mais pontes 
de hidrogênio altamente direcionais, 
permitindo interações específicas com 
doadores de pontes.
\u2022 A variação de energia livre pela fosforilação é 
grande, podendo mudar o equilíbrio de 
conformação entre estados funcionais.
Papel da fosforilação
\u2022 Fosforilação e defosforilação podem ocorrer 
em menos de um segundo ou em várias horas. 
Assim, há versatilidade para ajuste da cinética 
de acordo com um processo fisiológico.
\u2022 Uma cinase ativada pode fosforilar centenas 
de proteínas em pouco tempo; se a proteína-
alvo for uma enzima, poderá catalisar muitos 
substratos (efeito de amplificação)
\u2022 Uma vez que o ATP é a molécula energética 
padrão, a fosforilação une os papéis de estado 
energético da célula e regulação metabólica.
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Seqüências consenso
\u2022 As serinas, treoninas ou tirosinas fosforiladas 
ocorrem em motivos estruturais comuns, 
chamados \u201cseqüências consenso\u201d.
\u2022 A estrutura primária não é o fator mais 
importante para determinar se a enzima é 
fosforilada, visto que o enovelamento 
aproxima resíduos distantes na estrutura 
primária, e a estrutura resultante determinará 
se a cinase terá acesso a um dado resíduo, 
reconhecendo-o como substrato.
Seqüências consenso
\u2022 Exemplos de seqüências consenso para 
proteínas cinases:
\u2013 Proteína cinase A: XR(R/K)X(S/T)B
\u2013 Proteína cinase B: XRX(S/T)XK
\u2013 Caseína cinase I: (Sp/Tp)XX(X)(S/T)B
\u2013 EGF-RK: EEEEYFELV
*B: Hidrofóbico
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Fosforilações múltiplas
\u2022 Algumas proteínas possuem seqüências 
consenso reconhecidas por diversas cinases, 
cada uma podendo fosforilar a proteína 
alterando sua aividade catalítica.
\u2022 Em alguns casos, a fosforilação é hierárquica: 
um dado resíduo pode ser fosforilado apenas 
se um resíduo próximo foi fosforilado 
primeiro.
Clivagem Proteolítica
\u2022 Em geral, proteínas se tornam ativas quando 
enoveladas.
\u2022 Um mecanismo alternativo para ativação de 
enzimas é a clivagem \u2013 a forma completa e 
enovelada de uma enzima é inativa (chamada 
de zimogênio ou proenzima), que após 
clivagem torna-se ativa.
\u2022 Esse mecanismo de ativação é irreversível.
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Quimotripsinogênio
\u2022 Produzido no pâncreas como uma cadeia de 
245 aminoácidos, desprovida de atividade.
\u2022 Convertido na forma ativa após clivagem da 
ligação peptídica entre R15 e I16 
(quimotripsina \u3c0). Elas agem em outras 
moléculas de quimotripsina \u3c0 e dois 
dipeptídeos são removidos, 
gerando a quimotripsina \u3b1.
\u2022 As três cadeias resultantes 
permanecem ligadas por pontes