Aula 05 - Mecanismos de regulação da atividade de enzimas

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Mecanismos de regulação da 
atividade de enzimas
Apresentação
Os mecanismos de regulação da atividade enzimática são fundamentais para o controle dos níveis 
de ATP, das vias metabólicas, anabólicas e catabólicas, bem como para manter o bom 
funcionamento das reações bioquímicas. Nesta Unidade de Aprendizagem você vai estudar os 
principais mecanismos de regulação enzimática. Também vai conhecer um pouco mais sobre os 
diversos tipos de regulação da atividade de enzimas e suas aplicações no nosso organismo. 
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Descrever a importância das enzimas regulatórias no organismo.•
Correlacionar a regulação de enzimas alostéricas e seus moduladores.•
Diferenciar a regulação mediada por zimogênios da modificação por fosforilação.•
Desafio
A coagulação envolve a formação de um agregado plaquetário com ligações cruzadas da fibrina, 
representado na figura abaixo.
Na cascata de coagulação existem proteínas que estão em um estado inativo, sendo que é 
necessário um sinal para a ativação em sequência dessas proteínas com atividade catalítica (fatores 
da coagulação) que estão no sangue. Um controle adequado da cascata de coagulação sanguínea 
exerce um papel fundamental na saúde e na doença. Várias abordagens médicas estão disponíveis 
para evitar que o sangue coagule, por exemplo, em cirurgias ou durante um infarto cardíaco. 
Existem vários anticoagulantes no mercado com o intuito de minimizar a produção de fibrina na 
corrente sanguínea.
Diante desse contexto, imagine que você é um profissional da saúde e está danto uma palestra 
sobre coagulação. Um ouvinte lhe pergunta sobre o efeito de um anticoagulante muito utilizado na 
clínica médica.
Responda à pergunta, descrevendo como a varfarina atua na cascata de coagulação, considerando 
sua ação na regulação desta via metabólica.
Infográfico
Veja no infográfico três formas de regulação de enzimas, incluindo regulação alostérica, 
modificações covalentes e zimogênios (clivagem proteolítica).
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para 
acessar.
https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/9d03ba80-9c83-46b3-bc85-c47caf1006a0/3e86386e-cd76-4cfa-8044-f0402607e8fb.jpg
Conteúdo do livro
Para que você possa expandir o conhecimento sobre as enzimas, você vai estudar a importância das 
enzimas regulatórias, os efetores positivos e negativos das enzimas alostéricas. Irá estudar também 
a regulação mediada por zimogênios e por modificação covalente. Leia o capítulo Mecanismos de 
regulação da atividade de enzimas, do livro "Bioquímica Geral".
Boa leitura! 
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
Sítio 
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 enzimática 
modifica 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
Conteúdo:
Dica do professor
Neste vídeo, você vai entender melhor como funcionam os Mecanismos de Regulação da Atividade 
de Enzimas. Assista!
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar.
https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/986792d1721f87f30131e1f2ac76a3bc
Exercícios
1) Um dos mecanismos de regulação da enzima hexocinase IV (glicocinase), presente nos 
hepatócitos, ocorre através da ligação de uma proteína reguladora (quando os níveis de 
frutose-6-fosfato estão elevados na célula). Essa proteína carrega a glicocinase para o 
núcleo, e somente é liberada de volta para o citosol quando os níveis de glicose na célula se 
elevam. 
 
Qual tipo de regulação da atividade enzimática está exemplificado acima? 
A) Regulação alostérica.
B) Fosforilação.
C) Regulação por zimogênios.
D) Regulação por compartimentalização.
E) Regulação por transcrição gênica.
2) As células utilizam diferentes mecanismos para regular a atividade das enzimas. Um desses 
mecanismos ocorre quando determinado produto (P), no fim de uma rota metabólica, tem 
sua concentração elevada devido à velocidade acelerada de sua produção. Quando isso 
acontece, a molécula “P” se liga a uma enzima que catalisa etapas anteriores à sua própria 
produção, inibindo a atividade da enzima (redução da velocidade de catálise) e, 
consequentemente, diminuindo a taxa de sua própria síntese. 
 
A descrição acima refere-se a qual tipo de regulação da atividade enzimática? 
A) Regulação alostérica positiva por interação homotrópica.
B) Regulação alostérica positiva por interação heterotrópica.
C) Regulação alostérica negativa por interação heterotrópica.
D) Modulação covalente reversível por hidroxilação.
E) Regulação por zimogênios.
Anyelle
Destacar
Anyelle
Destacar
3) Um efetor alostérico positivo altera a estrutura tridimensional da enzima alostérica e causa: 
A)Perda da atividade catalítica e proteólise enzimática.
B) Aumenta a atividade da enzima.
C) Diminui a atividade da enzima.
D) Perda da afinidade da enzima substrato.
E) Síntese proteica.
4) Modificações covalentes são frequentemente empregadas para regular a atividade catalítica 
das enzimas. Sobre a fosforilação é correto afirmar que: 
A) Sempre vão ativar uma enzima.
B) Sempre vão inativar uma enzima.
C) Dependendo da enzima fosforilada, poderá ocorrer uma ativação ou inativação enzimática.
D) Está diretamente correlacionada com a proteólise enzimática.
E) São secretadas como pró-enzimas inativas e, posteriormente, são hidrolisadas e ativadas.
5) A síntese e a secreção das proteases acontece de pró-enzimas inativas em enzimas ativas. 
Qual das alternativas representa uma enzima na forma de zimogênios: 
A) Pepsina.
B) Quimiotripsina.
C) Tripsina.
D) Quimiotripsinogênio.
E) Ptialina.
Anyelle
Destacar
Anyelle
Destacar
Anyelle
Destacar
Na prática
No estômago ocorre o início da digestão de proteínas em humanos. Esse processo ocorre por meio 
de enzimas específicas que hidrolisam as proteínas em seus aminoácidos constituintes.
Na prática, quando as proteínas da dieta chegam ao estômago, ocorre a estimulação da mucosa 
gástrica a secretar a gastrina, que, por sua vez, estimula a secreção de ácido clorídrico e 
pepsinogênio. O suco gástrico tem um pH em torno 1,0 a 2,5 e isso permite que ele funcione como 
um antisséptico, matando diversas bactérias e outros micro-organismos. Além disso, o ácido 
clorídrico é um agente desnaturante de proteínas. O pepsinogênio, precursor inativo, ou zimogênio 
é convertido em pepsina ativa por meio de uma clivagem autocatalisada (clivagem mediada pelo 
próprio pepsinogênio) que ocorre em pH ácido.
No estômago, a pepsina hidrolisa as proteínas ingeridas, atuando em ligações peptídicas, clivando 
cadeias polipeptídicas longas em uma mistura de peptídeos menores. Nesse caso, a secreção de 
pepsina sempre ativa iria hidrolisar proteínas da mucosa gástrica.
Saiba +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor:
Conheça um pouco mais sobre regulação enzimática no 
material a seguir
Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar.
https://pt.khanacademy.org/science/biology/energy-and-enzymes/enzyme-regulation/a/enzyme-regulation