Regulação do metabolismo

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Regulação do metabolismo 
 
introdução 
 
Vias metabólicas 
São conjuntos de reações químicas catalisadas por enzimas 
interconectadas.  
 
Tomada de decisão metabólica 
A célula deve ser econômica com os recursos e, assim, controlar como e 
quando diferentes vias metabólicas estão ativas.  
 
Por que regular?  
Em grande parte, a regulação do metabolismo está envolvida na tomada de 
decisões sobre como gerenciar melhor os recursos limitados - os átomos 
que compõem as biomoléculas, as próprias biomoléculas e a energia 
necessária para construir novas moléculas e/ou realizar funções celulares. 
Isso leva a uma utilização mais eficiente dos recursos. 
 
Quem regular? 
Os principais pontos de controle são as enzimas que catalisam as reações 
individuais.  
Em termos mais simples, aumentar a abundância de uma enzima específica 
e/ou aumentar sua atividade (a rapidez com que catalisa uma reação) pode 
aumentar o fluxo de moléculas através das etapas de uma via. Por outro 
lado, diminuir a abundância de uma enzima e/ou diminuir sua atividade 
reduzirá a quantidade de material que flui através das etapas de uma via..  
 
Onde a regulamentação deve ser exercida? 
(a) enzimas que catalisam etapas nos pontos de ramificação de uma via; 
(Mapa das vias metabolicas) 
(b) enzimas que catalisam reações limitantes da taxa;  
(c) enzimas que catalisam as chamadas reações irreversíveis (isto é, 
reação com um grande ∆G negativo).  
 
Enzimas que catalisam reações em pontos de ramificação:​ Os pontos de 
ramificação nas reações metabólicas são pontos em uma via metabólica na 
qual um composto pode ser usado como substrato em duas ou mais 
reações bioquímicas diferentes.  
 
Enzimas que catalisam etapas de limitação de taxa em uma via:​ Uma etapa 
de limitação de taxa em uma via metabólica é definida como a reação que 
determina a rapidez com que a via geral em geral pode converter entrada 
em saída.  
 
Enzimas que catalisam reações irreversíveis:​ As reações que possuem um G 
negativo grande são freqüentemente chamadas de reações irreversíveis. 
Essas reações também são frequentemente consideradas etapas de 
“compromisso” em um caminho bioquímico, porque é difícil reverter a reação 
depois que ela é feita.  
 
 
   
Quando regular? 
Saber se já existe produto suficiente na célula (nesse caso, a via não 
precisa ser executada) ou se há substrato original suficiente para 
alimentara via, pode ser uma informação útil a saber para regulamentação. 
Outras informações celulares relevantes para o metabolismo que podem ser 
úteis para se decidir ao regular ou não são o nível geral de energia utilizável 
(por exemplo, o equilíbrio entre os níveis de ATP, ADP,+).  
Resumo: 
As vias metabólicas devem ser reguladas para gerenciar os recursos 
celulares e essa regulação deve ocorrer em resposta às mudanças nas 
necessidades celulares.  
A regulação deve ocorrer quando forem encontrados pontos de ramificação, 
reações irreversíveis e etapas de limitação de taxa. Além disso, a regulação 
ocorre controlando a abundância e/ou atividade das enzimas que catalisam 
reações em uma via.  
Finalmente, conhecer a abundância de insumos e produtos de vias, bem 
como indicadores gerais de energia celular e reservas redox geralmente é 
útil para a tomada de decisões celulares. 
 
Principios: 
 
Por que as reações enzimáticas são reguladas? 
 
1. Produzir produtos somente quando necessário. 
 
2. Existem muitas vias na célula, algumas das quais se opõem na direção 
(uma produz um composto, a outra via metaboliza esse composto). Em 
geral, caminhos opostos não ocorrem na mesma taxa, ao mesmo tempo e 
na mesma célula. Se o fizessem, nenhum produto líquido seria produzido, 
mas o ATP e/ou o NADH seriam consumidos. Quando isso acontece, é 
chamado de ciclismo fútil completo. A atividade enzimática reguladora 1
impede o ciclo fútil completo e impede a síntese de produtos 
desnecessários ou em excesso. No entanto, o ciclismo fútil parcial é muito 
comum e útil na regulação do fluxo. 
 
Como é regulado o fluxo metabólico? 
 
A. Regulando a quantidade de substrato 
1 Um ciclo fútil, também conhecido como ciclo do substrato, ocorre quando duas vias metabólicas 
correm simultaneamente em direções opostas e não têm efeito geral além de dissipar energia na 
forma de calor. A razão pela qual esse ciclo foi chamado de ciclo "fútil" foi porque parecia que esse 
ciclo operava sem utilidade líquida para o organismo. (MAS ISSO É MENTIRA, ELE TEM 
UTILIDADE) 
B. Regulando a atividade da enzima através de alterações em: 
1. Quantidade de enzima (síntese versus degradação) 
 
2. Tipo de enzima presente (isoenzimas com diferentes 2
propriedades catalíticas) 
 
3. Atividade específica da enzima. 
Existem dois tipos principais de mecanismos de regulação da 
atividade específica da enzima: 
1 A atividade alosterica ​- enzima pode ser ativada ou inibida 
através da interação não covalente da enzima com pequenas 
moléculas chamadas efetores, moduladores ou reguladores 
alostéricos (EA). Os efetores se ligam à enzima em um local 
diferente do ativo (alo significa outro). 
2. Modificação covalente ​- A adição covalente de um grupo a 
uma enzima altera a atividade da enzima. 
 
Mecanismos de regulação recíproca: 
 
A regulação da atividade enzimática por alosteria ou modificação covalente 
funciona reciprocamente. Ou seja, as atividades específicas de uma ou 
mais enzimas de uma via são ativadas ao mesmo tempo em que a 
atividade específica de uma ou mais enzimas da via oposta é inibida. 
Geralmente, o mesmo mecanismo é usado (o mesmo sistema de 
modificação ou o mesmo regulador alostérico).  
 
Regulação recíproca usando alostericos - A ligação do mesmo regulador às 
enzimas das reações opostas tem o efeito oposto (ativação de uma 
enzima, inibição da outra). 
 
Regulação recíproca usando modificação covalente - O sistema de 
modificação modifica enzimas que catalisam reações opostas ao mesmo 
2 As isozimas ou isoenzimas são enzimas que diferem na sequência de aminoácidos, mas que 
catalisam a mesma reação química. 
tempo, o mesmo tipo de modificação tem efeitos opostos nas duas 
enzimas, ativando uma, enquanto inibe a outra que opera na via oposta. 
 
 
Alostérica (ocorrendo em locais 
diferentes) 
Covalente (ocorrendo no mesmo 
local) 
 
Regulação hormonal do metabolismo 
 
Termos chave 
● insulina: um hormônio que regula o metabolismo de carboidratos 
● glucagon: hormônio produzido pelo pâncreas que se opõe à ação da 
insulina, estimulando a produção de açúcar 
● glicogênio: um polissacarídeo que é a principal forma de 
armazenamento de carboidratos em animais; convertido em glicose, 
conforme necessário 
● hipoglicemia: uma condição na qual os níveis de glicose no sangue são 
muito baixos 
● glicogenólise: a produção de glicose-1-fosfato dividindo um monômero 
de glicose do glicogênio usando fosfato inorgânico 
● gluconeogênese: o processo metabólico no qual a glicose é formada, 
principalmente no fígado, a partir de precursores não-carboidratos 
● tiroxina: um hormônio (um derivado de iodo da tirosina), produzido pela 
glândula tireóide, que regula o metabolismo e o crescimento celular 
● triiodotironina: o hormônio tireoidiano mais poderoso, afetando quase 
todos os processos do corpo, incluindo temperatura corporal, 
crescimento e freqüência cardíaca 
● hipotireoidismo: o estado da doença causado pela produção 
insuficiente de hormônio tireoidiano pela glândula tireóide 
● hipertireoidismo: produção excessiva de hormônios pela tireóide 
 
Regulação Hormonal do Metabolismo 
 
Os níveis de glicose no sangue variam amplamente ao longo do dia, à medida 
que os períodos de consumo de alimentos se alternam com os períodos de 
jejum. A insulina e o glucagon são os dois hormônios responsáveis 
​​principalmente pela manutenção da homeostase dos níveis de glicose no 
sangue.  
Regulação adicional é mediada pelos hormônios da tireóide. 
 
o corpo usa hormônios para moderar as reservas de energia.  
 
Regulação dos níveis deglicose no sangue: insulina e glucagon 
 
A insulina é produzida pelas células do pâncreas, que são estimuladas a 
liberar insulina à medida que os níveis de glicose no sangue aumentam (por 
exemplo, após o consumo de uma refeição). A insulina reduz os níveis de 
glicose no sangue, aumentando a taxa de captação e utilização de glicose 
pelas células-alvo, que usam glicose para a produção de ATP. Também 
estimula o fígado a converter glicose em glicogênio, que é armazenado pelas 
células para uso posterior. À medida que a insulina se liga à célula alvo por 
meio de receptores de insulina e transdução de sinal, ela desencadeia a 
célula a incorporar proteínas de transporte de glicose em sua membrana. 
Isso permite que a glicose entre na célula, onde pode ser usada como fonte 
de energia.  
 
Essas ações mediadas pela insulina fazem com que as concentrações de 
glicose no sangue caiam, denominadas efeito hipoglicêmico ou "baixo teor de 
açúcar", que inibe a liberação adicional de insulina das células por meio de 
um loop de feedback negativo. 
 
 
Diabetes mellitus 
Pode ser causada por baixos níveis de produção de insulina pelas células 
do pâncreas ou por sensibilidade reduzida das células dos tecidos à 
insulina. Isso evita que a glicose seja absorvida pelas células, causando altos 
níveis de glicose no sangue ou hiperglicemia (alto teor de açúcar). Níveis 
altos de glicose no sangue dificultam a recuperação de toda a glicose da 
urina nascente, resultando na perda de glicose na urina. Níveis altos de 
glicose também resultam em menos água sendo reabsorvida pelos rins, 
causando a produção de grandes quantidades de urina; isso pode resultar 
em desidratação. Com o tempo, altos níveis de glicose no sangue podem 
causar danos nos nervos dos olhos e tecidos periféricos do corpo, além de 
danos nos rins e no sistema cardiovascular. A secreção excessiva de 
insulina pode causar hipoglicemia, baixos níveis de glicose no sangue. Isso 
causa disponibilidade insuficiente de glicose às células, muitas vezes levando 
à fraqueza muscular. Às vezes, pode causar inconsciência ou morte se não 
for tratada. 
 
Glucagon 
 
Quando os níveis de glicose no sangue caem abaixo dos níveis normais, por 
exemplo, entre as refeições ou quando a glicose é utilizada durante o 
exercício, o hormônio glucagon é liberado do pâncreas. O glucagon aumenta 
os níveis de glicose no sangue, provocando o que é chamado de efeito 
hiperglicêmico, estimulando a decomposição do glicogênio em glicose nas 
células musculares esqueléticas e hepáticas em um processo chamado 
glicogenólise. O glucagon também estimula a absorção de aminoácidos do 
sangue pelo fígado, que os converte em glicose. Este processo de síntese 
de glicose é chamado gliconeogênese.  
O aumento dos níveis de glicose no sangue inibe a liberação adicional de 
glucagon pelo pâncreas. 
 
 
 
 
 
 
À medida que os níveis de glicose no 
sangue aumentam, a insulina estimula as 
células a absorver mais glicose e sinaliza 
ao fígado para converter o excesso de 
glicose em glicogênio, uma forma em que 
pode ser armazenado para uso posterior. 
Quando os níveis de glicose no sangue 
caem, o glucagon responde estimulando a 
decomposição do glicogênio em glicose e 
sinaliza a produção de glicose adicional a 
partir de aminoácidos. 
 
 
 
Transdução de sinal 
 
Os processos metabólicos dentro de determinada célula com frequência são 
regulados por sinais provenientes de fora dela. As células se comunicam, 
mandando sinais elétricos ambiente e outros. Os sinais são frequentemente 
ligantes químicos que ligam-se a um receptor e o ativa, mas também pode 
ser um estímulo elétrico. 
 
PFK: 
 
Fosfofrutoquinase-1 (PFK-1) é a mais importante enzima reguladora da 
glicólise. É uma enzima alostérica formada de 4 subunidades e controlada 
por alguns ativadores e inibidores.  
 
Mecanismo da fosfofrutoquinase-1 na regulação da glicólise 
 
A PFK-1 (fosfofrutoquinase -1) é o principal ponto de regulação da glicólise. 
Ela catalisa uma reação irreversível, convertendo frutose-6-fosfato e ATP 
em frutose-1,6-bisfosfato e ADP. 
 
Reguladores alostéricos da fosfofrutoquinase-1 
 
O ATP é o substrato para PFK-1 e também o produto final da glicólise. 
Quando a produção de ATP é muito alta, a célula é sinalizada que está 
produzindo ATP mais rápido do que consome. Esse acúmulo de ATP serve 
também como regulador alostérico, inibindo a atividade da PFK-1. O ATP 
atua ligando-se à um sítio alostérico da PFK-1, fazendo com que esta perca 
a afinidade com seu outro substrato, a frutose-6-fosfato. O contrário 
acontece quando o consumo de ATP é maior que sua produção, fazendo 
com que o ADP e o AMP em maior número atuem como estimulante da 
PFK-1. 
 
Outro regulador alostérico da PFK-1 é o citrato. Concentrações altas de 
citrato aumentam o efeito inibidor de ATP, inibindo também a atividade da 
PFK-1. O alto nível do citrato indica que as necessidades metabólicas por 
energia estão sendo satisfeitas, não necessitando de mais produção de 
ATP. 
 
● coenzima : Molécula orgânica necessária para que uma enzima 
funcione. 
● local alostérico : um local que não seja o local ativo de uma enzima. 
● cofator : Molécula inorgânica necessária para que uma enzima funcione​.