REGULAÇÃO DAS VIAS METABÓLICAS

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No corpo, milhares de enzimas diferentes são reguladas para realizar suas funções individuais sem 
a perda de componentes da dieta. Assim, com alterações em estado fisiológico, horário da 
alimentação, ambiente, dieta ou idade, as velocidades de algumas enzimas podem aumentar e de 
outras diminuir. 
Neste capítulo, serão descritos os mecanismos para a regulação da atividade de enzimas e as 
estratégias empregadas para regular as vias metabólicas nas quais elas estão. 
Regulação corresponde à função. As alterações na velocidade de uma rota metabólica ocorrem 
porque pelo menos uma enzima naquela via, a enzima regulatória, foi ativada ou inibida, ou a 
quantidade de enzima foi aumentada ou diminuída. As enzimas regulatórias em geral catalisam a 
etapa limitante de velocidade, ou mais lenta, na via, de tal modo que um aumento ou uma 
diminuição de sua velocidade altera a velocidade de toda a rota (Figura 9.1). Os mecanismos utilizados 
para regular a enzima limitante de velocidade em uma rota refletem a função da via 
e 
Concentração do substrato. A velocidade de todas as enzimas é dependente da concentração 
de substrato. As enzimas exibem cinética de saturação; sua velocidade aumenta com o 
aumento da concentração do substrato [S], mas elas atingem uma velocidade máxima (Vmáx) 
quando estão saturadas com substrato. Para muitas, a equação de Michaelis-Menten descreve a 
relação entre vi (a velocidade inicial da reação), [S], Vmáx e Km (a concentração do substrato na 
qual vi = 1/2 Vmáx). 
Inibição reversível. As enzimas são reversivelmente inibidas por análogos estruturais e produtos. Esses 
inibidores são classificados como competitivo, não competitivo dependendo de seu efeito na 
formação do complexo enzima-substrato. 
Enzimas alostéricas. Ativadores ou inibidores alostéricos são compostos que se ligam a outros sítios, 
e não no sítio catalítico ativo, e regulam a enzima por alterações conformacionais afetando o 
sítio catalítico. 
Modificação covalente. A atividade da enzima também pode ser regulada por uma 
modificação covalente, como a fosforilação de um resíduo de serina, treonina ou tirosina por uma 
proteína-quinase. Interações proteína-proteína. A atividade da enzima pode ser modulada por ligação 
reversível de uma proteína moduladora, como Ca2 +-calmodulina. 
 As proteínas G monoméricas (proteínas ligadoras de GTP) ativam proteínas-alvo por 
ligação reversível. Quebra de zimogênio. Algumas enzimas são sintetizadas como precursores 
inativos, chamados de zimogênios, que são ativados pela proteólise (p. ex., a enzima digestiva 
quimotripsina). 
Alterações na concentração da enzima. A concentração pode ser regulada por alterações na 
velocidade de síntese de uma enzima (p. ex., indução de transcrição gênica) ou na velocidade de 
degradação. 
Regulação das vias metabólicas. Os mecanismos regulatórios para a enzima limitante de velocidade 
de uma rota sempre refletem a função da rota em um tecido particular. Na regulação por 
feedback (retroalimentação), o produto final de uma rota direta ou indiretamente controla sua própria 
velocidade de síntese; na regulação por feedforward (ântero-alimentação), o substrato controla a 
velocidade da via. As vias biossintéticas e de degradação são controladas por regulações diferentes, 
mas complementares. As vias também são reguladas por compartimentalização de enzimas. 
Janaina Barreto
As enzimas alostéricas são um dos tipos de enzimas que não podem ser explicadas pelo modelo de Michaelis-Menten.As enzimas alostéricas frequentemente exibem gráficos sigmoides da velocidade da reação versus a concentração de substrato [S], em vez de gráficos hiperbólicos previstos pela equação de Michaeli-Menten. As enzimas alostéricas são sensíveis reguladores do metabolismo, porque ao se ligarem a determinados metabólitos celulares, sua atividade sofre grandes alterações. Estes metabólitos também podem ser chamados de efetuadores ou moduladores alostéricos, e podem ser positivos(aumento da velocidade de reação) ou negativos (redução da velocidade de reação) de acordo com o seu efeito. Portanto os moduladores alostéricos podem atuar tanto como inibidores, como ativadores da reação enzimática.[1]

Na maioria das vias metabólicas, é comum que o produto final atue como modulador alostérico negativo da enzima que catalisa as primeiras reações da via. Portanto, quando a concentração deste produto fica aumentada ele vai agir como um inibidor alostérico, diminuindo a velocidade da via e a sua própria produção. Este mecanismo é denominado inibição por retroalimentação ou feedback. Caso o produto final comece a ser consumido e consequentemente sua concentração diminua ele vai deixar de inibir a via, fazendo com isso que a via tenha sua velocidade aumentada. [carece de fontes]
Exemplo comparativo: 
 
O fluxo de substratos pela rota metabólica é análogo a carros viajando por uma auto-estrada. A enzima 
limitante de velocidade é a porção da auto-estrada que é estreitada para uma pista por uma barreira. 
Essa única porção da auto-estrada limita a velocidade com a qual os carros chegam ao seu destino final 
milhas mais tarde. Os carros se acumularão antes da barreira (similar ao aumento 
da concentração de um precursor quando a enzima limitante de velocidade é inibida). Alguns carros 
podem sair e pegar uma rota alternativa (similar a precursores entrando em outra rota metabólica). 
Movimentar a barreira apenas um pouco para abrir uma pista adicional é como ativar a enzima limitante 
de velocidade; ela aumenta o fluxo através de toda a extensão da via. 
 
Momento de aplicação prática do conteúdo: 
 
 
AI Martini não foi capaz de retirar o etanol do sangue rápido o sufi ciente para fi car dentro do limite 
legal para dirigir. O etanol é retirado do sangue em cerca de 15 mg/dL por hora. O metabolismo hepático 
é responsável por mais de 90% da depuração do sangue. A maior rota do metabolismo 
do etanol no fígado é a enzima hepática álcool - desidrogenase (ADH), a qual oxida etanol a 
acetaldeído com a produção de N ADH. Etanol + N AD+ → Acetaldeído + N ADH + H+ O complexo 
multienzimático MEO S (sistema microssomal de oxidação do etanol, do inglês microsomal ethanol 
oxidizing system), o qual também é chamado de P450-2E1, fornece uma rota adicional para a 
oxidação de etanol a acetaldeído no fígado. 
 
Obs, As enzimas regulatórias com freqüência são isoenzimas tecido-específicas, cujas propriedades 
refletem as diferentes funções de uma rota em tecidos específicos. As vias também são reguladas por 
meio de compartimentalização, agrupamento de enzimas com uma função dentro de uma organela ou 
em um sítio específico na célula. 
Os mecanismos empregados para regular as enzimas foram organizados em três categorias gerais: 
regulação por compostos que se ligam reversivelmente no sítio ativo (incluindo dependência de 
velocidade na concentração do substrato e níveis de produto); regulação por alteração da conformação 
do sítio ativo (incluindo reguladores alostéricos, modificação covalente, interações proteína-proteína e 
quebra de zimogênio), e regulação por alteração da concentração de enzima (síntese e degradação 
de enzima). 
 
Um dos substratos energéticos utilizados pelos músculos esqueléticos de Ann O’Rexia para correr é a 
glicose, a qual é convertida em glicose-6-fosfato (glicose-6-P) pelas enzimas hexoquinase (HK) e 
glicoquinase (GK). A glicose-6-P é metabolizada na rota da glicólise para gerar ATP. Essa rota é 
regulada por retroalimentação, de tal modo que, à medida que seus músculos utilizarem ATP, a 
velocidade da glicólise será aumentada para gerar mais ATP. 
 
 
 
 
 
REGULAÇÃO POR CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO E PRODUTO 
 
A. Velocidade e Concentração de Substrato A velocidade de todas as reações enzimáticas é 
dependente da concentração de substrato. Essa dependência é evidenciada em condições como 
jejum, na qual diversas vias são desprovidas de substrato. Em contraste, as vias de 
armazenamento (p. ex., conversão da glicose a glicogênio no fígado) e as viasde excreção de 
lixo tóxico (p. ex., o ciclo da uréia, o qual impede a toxicidade de NH4 + por sua conversão 
em uréia) normalmente são reguladas para acelerar quando mais substrato está disponível. Nas 
seções seguintes, será utilizada a equação de Michaelis-Menten para descrever a resposta das 
alterações na concentração do substrato e a glicoquinase para ilustrar o papel do suprimento de 
substrato na regulação da atividade da enzima. 
 
EQUAÇÃO DE MICHAELIS MENTEN 
 
As equações da cinética enzimática fornecem uma maneira quantitativa de descrever como a 
velocidade de enzima depende da concentração do substrato. A mais simples dessas equações, 
a equação de Michaelis-Menten, relaciona a velocidade inicial (vi) à concentração de substrato 
[S] e os dois parâmetros Km e Vmáx (Equação 9.1). A Vmáx da enzima é a velocidade máxima 
que pode ser atingida com uma concentração infinita de substrato, e o Km da enzima para um 
substrato é a concentração de substrato necessária para atingir 1/2 Vmáx. O modelo de 
Michaelis-Menten de cinética de enzimas se aplica 
para uma reação simples na qual a enzima e o substrato formam um complexo enzima substrato 
(ES) que pode se dissociar, novamente, em enzima livre e substrato. A velocidade 
inicial da formação de produto, vi, é proporcional à concentração de complexos de enzima-
substrato [ES]. À medida que a concentração do substrato é aumentada, a concentração dos 
complexos enzima-substrato e a velocidade da reação aumentam proporcionalmente. 
O gráfico da equação de Michaelis-Menten (vi como uma função da concentração de substrato) 
é uma hipérbole retangular que se aproxima de um limite finito, Vmáx, à medida que a fração 
total da enzima presente como complexo enzima-substrato aumenta 
(Figura 9.2). 
A uma concentração de substrato hipoteticamente infi nita, todas as moléculas da 
enzima contêm substrato ligado, e a velocidade da reação corresponde à Vmáx. A aproximação 
do limite finito de Vmáx é chamada de cinética de saturação devido ao fato de a velocidade 
não poder mais ser aumentada uma vez que a enzima está saturada com substrato. 
 
A cinética de saturação é uma propriedade característica de todos os processos de velocidade 
dependentes da ligação de um composto a uma proteína. O Km da enzima por um substrato é 
definido como a concentração de substrato, na qual vi é igual a 1/2 Vmáx. 
 
A velocidade de uma enzima é mais sensível a alterações na concentração do substrato quando 
a variação da concentração está abaixo de seu Km (ver Figura 9.2). Em concentrações de 
substrato menores do que 1/10 do Km, dobrar a concentração do substrato quase dobra a 
velocidade da reação; em concentrações de substrato 10 vezes o Km, dobrar a concentração do 
substrato tem pouco efeito na velocidade. O Km de uma enzima por um substrato está 
relacionado com a constante de dissociação, Kd, a qual é a velocidade de liberação do substrato 
dividida pela velocidade de ligação do substrato. Por exemplo, uma mutação genética que 
diminui a velocidade de ligação do substrato à enzima diminui a afinidade da enzima pelo 
substrato e aumenta o Kd e o Km da enzima por aquele substrato. Quanto maior o Km, tanto 
maior a concentração do substrato necessária para atingir 1/2 Vmáx. 
 
 
Um gráfico da equação de Michaelis- 
Menten. Vmáx (linhas azuis sólidas) é a velocidade inicial extrapolada para o infinito [S]. 
Km (linha azul tracejada) é a concentração de S na qual vi = Vmáx/2. 
 
Uma comparação entre as isoenzimas da hexoquinase encontradas em células sangüíneas 
vermelhas e no fígado ilustra o signifi cado do Km de uma enzima pelo seu substrato. 
A hexoquinase catalisa a primeira etapa do metabolismo da glicose na maioria das células, a 
transferência de um fosfato do ATP para a glicose formando glicose-6-fosfato. 
 
ISOENZIMAS HEXOQUINASE TEM DIFERENTES VALORES DE Km para a glicose. 
 
A glicose-6-fosfato pode, então, ser metabolizada na glicólise, a qual gera energia na forma de 
ATP, ou ser convertida em glicogênio, um polímero de armazenamento de glicose. A 
hexoquinase 1, a isoenzima nas células sangüíneas vermelhas (eritrócitos), tem um Km para a 
glicose de aproximadamente 0,05 mM (Figura 9.3). A isoenzima da hexoquinase, chamada de 
glicoquinase, a qual é encontrada no fígado e no pâncreas, tem um Km muito maior de 
aproximadamente 5 a 6 mM. As células sangüíneas vermelhas são totalmente dependentes do 
metabolismo da glicose para obter suas necessidades de ATP. No jejum normal, a glicose 
sangüínea pode diminuir drasticamente para menos de seu nível normal dos eritrócitos, cerca 
de 5 mM. Devido ao Km baixo da hexoquinase, a célula sangüínea vermelha consegue, ainda, 
fosforilar glicose em velocidades próximas à Vmáx. O fígado, contudo, armazena grandes 
quantidades do excesso de glicose como glicogênio ou a converte em gordura. Devido ao fato 
de a glicoquinase ter um Km de aproximadamente 5 mM, a velocidade de fosforilação da 
glicose no fígado tenderá a aumentar à medida que a glicose sangüínea aumenta após uma 
refeição rica em carboidratos e diminuir à medida que os níveis de glicose sangüínea diminuem. 
O alto Km da glicoquinase hepática promove, assim, o armazenamento de glicose como 
glicogênio hepático ou como gordura, mas apenas quando a glicose está sendo fornecida em 
excesso. 
 
 
 
VELOCIDADE E CONCENTRAÇÃO DA ENZIMA 
 
A velocidade de uma reação é diretamente proporcional à concentração da enzima; se a 
quantidade de enzima é dobrada, a quantidade de produto produzido por minuto será dobrada, 
em concentrações baixas ou de saturação do substrato. Essa importante relação entre 
velocidade e concentração da enzima não é imediatamente aparente na equação de Michaelis-
Menten, pois a concentração de enzima total presente (Et) foi incorporada ao termo Vmáx (isto 
é, Vmáx é igual à velocidade constante k3 vezes Et). Contudo, Vmáx é expressa com mais 
freqüência como produto produzido por minuto por miligrama de enzima e deve refletir uma 
propriedade da enzima que não é dependente de sua concentração. 
 
VELOCIDADES DAS REAÇÕES CATALISADAS POR ENZIMAS NA CÉLULA 
 
As equações para a velocidade inicial de uma reação catalisada por enzima, como a equação 
de Michaelis-Menten, podem fornecer parâmetros úteis para descrever ou comparar enzimas. 
Contudo, muitas enzimas com múltiplos substratos, como a glicoquinase, têm padrões cinéticos 
que não se encaixam no modelo de Michaelis-Menten (ou o fazem sob condições não-
fisiológicas). O modelo de Michaelis-Menten também é inaplicável para as enzimas presentes 
em uma concentração mais alta do que seus substratos. Contudo, o termo “Km” ainda é 
utilizado para essas enzimas para descrever a concentração aproximada de substrato na qual a 
velocidade é igual 1/2 Vmáx. 
 
 
INIBIÇÃO SIMPLES POR PRODUTO EM VIAS METABÓLICAS 
 
Todos os produtos são inibidores reversíveis das enzimas que os produzem e podem ser 
competitivos, não-competitivos ou incompetitivos em relação a um substrato específico. A 
inibição por produto simples, uma diminuição na velocidade de uma enzima causada pela 
acumulação de seu próprio produto, tem um papel importante nas vias metabólicas; ela impede 
uma enzima em uma seqüência de reações de gerar um produto mais rápido do que ele pode 
ser utilizado pela próxima enzima na seqüência. 
 
 
REGULAÇÃO POR MEIO DE ALTERAÇÕES CONFORMACIONAIS 
 
Na resposta do substrato e na inibição por produto, a velocidade da enzima é afetada 
principalmente pela ligação de um substrato ou produto dentro do sítio catalítico. A maioria 
das enzimas limitantes de velocidade também é controlada por mecanismos regulatórios que 
alteram a conformação da enzima de um modo que afetam o sítio catalítico. Esses mecanismos 
regulatórios incluem: (1) ativação ou inibição alostérica; (2) fosforilação ou outra modificação 
covalente; (3) interações proteína-proteína entre subunidades regulatórias e catalíticas, ou entre 
duas proteínas, e (4) quebra proteolítica. 
 
Esses tipos de regulação podem rapidamentealterar uma enzima de uma forma inativa para 
uma conformação totalmente ativa. Nas seções a seguir, serão descritas as características gerais 
desses mecanismos regulatórios e serão ilustrados os três primeiros com a glicogênio-
fosforilase, glicogênio- fosforilase-quinase e proteína-quinase A. 
 
Alterações Conformacionais nas Enzimas Alostéricas 
 
Os ativadores e os inibidores alostéricos (efetores alostéricos) são compostos que se ligam ao 
sítio alostérico (um sítio separado do sítio catalítico) e causam uma alteração conformacional 
que afeta a afinidade da enzima pelo substrato. Em geral uma enzima alostérica tem múltiplas 
subunidades interativas que podem existir em conformações ativas e inativas, e o efetor 
alostérico promove ou impede a conversão de uma conformação na outra. 
 
 
As enzimas alostéricas em geral contêm duas ou mais subunidades e exibem cooperatividade 
positiva; a ligação do substrato a uma subunidade facilita a ligação do substrato a outra 
subunidade (Figura 9.6). A primeira molécula de substrato tem dificuldade em se ligar à 
enzima, pois todas as subunidades estão na conformação com baixa afinidade para o substrato 
(a conformação tensa “T”) (ver Capítulo 7, Seção VII.B). A primeira molécula de substrato 
que se liga altera sua própria subunidade e pelo menos uma subunidade subjacente à 
conformação de alta afinidade (o estado relaxado “R”). No exemplo do tetrâmero da 
hemoglobina, discutido no Capítulo 7, a alteração em uma subunidade facilitava alterações em 
todas as quatro subunidades, e a molécula em geral muda a sua estrutura para a nova 
conformação. Contudo, a maioria das enzimas alostéricas segue uma progressão com mais 
etapas (seqüencial) por estágios intermediários 
 
 
ATIVADORES E INIBIDORES ALOSTÉRICOS 
 
Os ativadores se ligam no sítio alostérico das enzimas alostéricas, um sítio fi sicamente 
separado do sítio catalítico. A ligação de um ativador alostérico altera a conformação do sítio 
catalítico de uma maneira que aumenta a afi nidade da enzima pelo substrato. 
 
Em geral, os ativadores de enzimas alostéricas se ligam mais fortemente ao estado de alta afi 
nidade R da enzima que ao estado T (ou seja, o sítio alostérico é aberto apenas na enzima R) 
(Figura 9.7). Assim, os ativadores aumentam a quantidade de enzima no estado ativo, 
facilitando, assim, a ligação do substrato na sua própria subunidade e nas outras. Em contraste, 
os inibidores alostéricos se ligam mais fortemente ao estado T; assim, tanto a concentração do 
substrato como a concentração do ativador devem estar aumentadas para vencer os efeitos do 
inibidor alostérico. Os inibidores alostéricos podem ter seu próprio sítio de ligação na enzima 
ou podem competir com o substrato no sítio ativo e impedir a cooperatividade. Assim, o termo 
“inibidor alostérico” em geral é mais aplicado a qualquer inibidor de uma enzima alostérica. 
 
 
Algumas das enzimas limitantes de velocidade nas vias de oxidação de substratos energéticos 
(p. ex., glicogênio-fosforilase do músculo na glicogenólise, fosfofrutoquinase-1 na glicólise e 
isocitrato- desidrogenase no ciclo TCA) são enzimas alostéricas reguladas por alterações na 
concentração de ADP ou AMP, os quais são ativadores alostéricos. A função das vias de 
oxidação de substratos energéticos é a geração de ATP. Quando a concentração de ATP nas 
células musculares começa a diminuir, ADP e AMP aumentam; o ADP ativa a isocitrato 
desidrogenase, e o AMP ativa a glicogênio fosforilase e a fosfofrutoquinase-1. A resposta é 
muito rápida, e pequenas alterações na concentração do ativador podem causar grandes 
alterações na velocidade da reação. 
 
Alterações Conformacionais por Modificação Covalente 
 
1. FOSFORILAÇÃO 
 
A atividade de muitas enzimas é regulada por fosforilação por uma proteína-quinaseou por 
desfosforilação por uma proteína-fosfatase (Figura 9.8). Serina/treonina-proteína- quinases 
transferem um fosfato de ATP para o grupo hidroxila de uma serina específi ca (e algumas 
vezes treonina) da enzima-alvo; tirosina-quinases transferem um fosfato para o grupo hidroxila 
de um resíduo de tirosina. O fosfato é um resíduo grande, negativamente carregado, que 
interage com outros resíduos de aminoácidos próximos da proteína para criar uma alteração 
conformacional no sítio catalítico. A alteração conformacional torna algumas enzimas mais 
ativas e outras menos ativas. O efeito é revertido por uma proteína-fosfatase específica que 
remove o fosfato por hidrólise. 
 
 
GLICOGÊNIO-FOSFORILASE DO MÚSCULO 
A glicogênio-fosforilase do músculo, a enzima limitante de velocidade na rota da degradação 
do glicogênio, degrada glicogênio em glicose-1-fosfato. Ela é regulada pelo ativador alostérico 
AMP, o qual aumenta na célula à medida que o ATP é utilizado para a contração muscular 
(Figura 9.9). Assim, um aumento rápido na velocidade da degradação do glicogênio a glicose-
1-fosfato é conseguido quando um aumento de AMP sinaliza que mais substrato energético é 
necessário para a geração de ATP na rota glicolítica. A glicogênio-fosforilase também pode ser 
ativada por fosforilação pela glicogênio- fosforilase-quinase. A fosforilação ou a ligação de 
AMP podem alterar a enzima para a mesma conformação totalmente ativada. O fosfato é 
removido por uma proteína fosfatase 
 
 
 
PROTEÍNA-QUINASE A 
Algumas proteína-quinases, chamadas de proteína-quinases específicas, são fortemente ligadas 
a uma única proteína e regulam apenas a proteína à qual elas estão fortemente ligadas. 
 
Contudo, outras proteína-quinases e proteína-fosfatases regularão simultaneamente diversas 
enzimas limitantes de velocidade em uma célula para obter uma resposta coordenada. Por 
exemplo, a proteína-quinase A, uma serina/treonina-proteína-quinase, fosforila um número de 
enzimas que regulam diferentes rotas metabólicas. Uma dessas enzimas é a glicogênio-
fosforilase-quinase (ver Figura 9.9). 
 
A proteína-quinase A fornece um meio de os hormônios controlarem as vias metabólicas. A 
adrenalina e muitos outros hormônios aumentam a concentração intracelular do regulador 
alostérico 3',5'-AMP cíclico (AMPc), o qual é referido com um segundo mensageiro hormonal 
(Figura 9.10). O AMPc se liga às subunidades regulatórias da proteína-quinase A, a qual se 
dissocia e libera as subunidades catalíticas ativadas (Figura 9.11). A dissociação das 
subunidades regulatórias inibitórias é um tema comum em regulação enzimática. As 
subunidades catalíticas ativas fosforilam a glicogêniofosforilase e outras enzimas nos resíduos 
de serina. 
 
No exemplo mostrado na Figura 9.9, a adrenalina aumenta indiretamente o AMPc, o qual ativa 
a proteína-quinase A, que fosforila a fosforilase-quinase, a qual fosforila a glicogênio-
fosforilase. A seqüência de eventos na qual uma quinase fosforila outra quinase é chamada de 
cascata de fosforilação. Devido ao fato de cada estágio da cascata de fosforilação ser associado 
a uma molécula de enzima ativando muitas moléculas, o evento ativador inicial é bastante 
amplificado. 
 
 
 
 
OUTRAS MODIFICAÇÕES COVALENTES 
Diversas proteínas são covalentemente modificadas pela adição de grupos como acetila, ADP-
ribose ou porções lipídicas (ver Capítulo 6). Essas modificações podem ativar ou inibir a 
enzima. Contudo, elas também podem modificar a habilidade da enzima de interagir com outras 
proteínas ou de atingir sua localização correta na célula. 
 
 
Alterações Conformacionais de Interações Proteína-Proteína 
 
As alterações na conformação do sítio ativo também podem ser reguladas por interação direta 
proteína-proteína. Esse tipo de regulação é ilustrado por Ca2 +-calmodulina e proteínas G 
pequenas (monoméricas). 
 
PROTEÍNAS 
Os moduladores de proteínas se ligam a outras proteínas e regulam sua atividade por causarem 
uma alteração conformacional no sítio catalítico ativo ou por bloquearem o sítio catalítico 
(impedimento estérico). Eles são efetores de proteína alostérica que podem ativar ou inibir a 
enzima ou a proteína à qual eles se ligam. 
 
A Ca2+-calmodulinaé um exemplo de um modulador de proteína dissociável que se liga a 
diversas proteínas diferentes e regula sua função. Ele também existe no citosol e funciona como 
uma proteína ligadora de Ca2+ (Figura 9.12). o centro da molécula simétrica é uma região de 
dobradiça que se dobra à medida que a Ca2+-calmodulina se curva sobre a proteína que está 
regulando. 
Uma das enzimas ativadas por Ca2+-calmodulina é a glicogênio-fosforilase-quinase do 
músculo, a qual também é ativada por proteína-quinase A (ver Figura 9.9). Quando um impulso 
neural dispara a liberação de Ca2+ do retículo sarcoplasmático,Ca2+ se liga à subunidade da 
calmodulina-glicogênio-fosforilase quinase do músculo, a qual sofre uma alteração 
conformacional. Essa quinase ativada, então, fosforila a glicogênio-fosforilase, aumentando 
enfim m a geração de ATP para fornecer energia para a contração muscular. Simultaneamente, 
Ca2+ se liga à troponina-C, um membro da superfamília Ca2+-calmodulina que serve como 
uma subunidade não-dissociável regulatória da troponina, um regulador da contração muscular. 
A ligação de cálcio à troponina prepara o músculo para a contração. Assim, o suprimento de 
energia para a contração é ativado simultaneamente com o conjunto de fatores responsáveis 
pela contração. 
 
 
 
Quebra Proteolítica 
 
Embora muitas enzimas sofram alguma quebra durante a síntese, outras entram nos lisossomas, 
nas vesículas secretoras ou são secretadas como pró-enzimas, as quais são precursores de 
proteínas que devem sofrer quebra proteolítica para se tornarem completamente funcionais. 
Diferente de muitas outras formas de regulação, a quebra 
proteolítica é irreversível. As proteínas precursoras de proteases (enzimas que quebram 
ligações peptídicas específicas) são chamadas de zimogênios. Para indicar a forma inativa de 
zimogênio de uma enzima, o nome é modificado pela adição do sufixo “ogênio” ou o prefixo 
“pró”. 
 
A síntese de zimogênios como precursores inativos impede que eles quebrem proteínas 
prematuramente nos seus sítios de síntese ou secreção. O quimotripsinogênio, por exemplo, é 
armazenado em vesículas dentro das células pancreáticas até ser excretado nos ductos que vão 
ao lúmen intestinal. No trato digestivo, o quimotripsinogênio é convertido pela enzima 
proteolítica tripsina, a qual retira um pequeno peptídeo da região N-terminal (e dois peptídeos 
internos). Essa quebra ativa a quimotripsina por causar uma alteração conformacional no 
espaçamento de resíduos de aminoácidos em torno do sítio de ligação para o substrato protéico 
desnaturado e em torno do sítio catalítico. 
 
REGULAÇÃO POR ALTERAÇÕES NA QUANTIDADE DE ENZIMA 
 
Os tecidos continuamente ajustam a velocidade na qual diferentes proteínas são sintetizadas 
para variar a quantidade de diferentes proteínas presentes. A expressão para a Vmáx na equação 
de Michaelis-Menten incorpora o conceito de que a velocidade da reação é proporcional à 
quantidade de enzima presente. Assim, a capacidade máxima de um tecido pode mudar com o 
aumento da síntese protéica ou com o aumento da degradação protéica. 
 
Regulação por Síntese de Enzima 
 
A síntese protéica inicia com o processo de transcrição gênica, transcrevendo o código genético 
para aquela proteína do DNA em RNA mensageiro. O código no RNA mensageiro 
é, então, traduzido na seqüência primária de aminoácidos da proteína. Em geral, a velocidade 
da síntese de enzima é regulada por um aumento ou uma diminuição da velocidade de 
transcrição gênica, processos geralmente referidos como indução (aumento) e repressão 
(diminuição). Contudo, a velocidade da síntese de enzima algumas vezes é regulada pela 
estabilização do RNA mensageiro. (Esses processos são discutidos na Parte Três.) Comparado 
com os tipos mais imediatos de regulação discutidos anteriormente, a regulação por meio de 
indução/repressão da síntese de enzima em geral é lenta nos humanos, ocorrendo em horas ou 
dias. 
 
 
 
 
Regulação por Degradação de Proteína 
 
O conteúdo de uma enzima na célula pode ser alterado por degradação seletiva regulada bem 
como por síntese regulada. Embora todas as proteínas na célula possam ser degradadas com 
uma meia-vida característica dentro de lisossomas, a via de degradação de proteínas por dois 
sistemas especializados, proteossomas e caspases, é altamente seletiva e regulada. A 
degradação de proteína é tratada em mais detalhes no Capítulo 3 
 
 
REGULAÇÃO DE VIAS METABÓLICAS 
 
Os diferentes meios de regular a atividade enzimática descritos anteriormente são utilizados 
para controlar vias metabólicas, eventos celulares e processos fisiológicos para corresponder 
às necessidades do corpo. Embora muitas vias metabólicas estejam presentes no corpo, alguns 
poucos temas ou princípios estão envolvidos na sua regulação. É claro que o princípio geral é: 
A regulação de uma rota está de acordo com a sua função 
 
 
Princípios de Regulação de Via 
As vias metabólicas são uma série de reações sequenciais nas quais o produto de uma reação é 
o substrato da próxima (Figura 9.15). Cada etapa ou reação em geral é catalisada por uma 
enzima separada. As enzimas de uma rota têm uma função comum – a conversão de substrato 
nos produtos finais da via. Uma rota também pode ter um ponto de ramificação no qual um 
intermediário se torna o precursor para outra via. 
 
 
REGULAÇÃO OCORRE EM UMA ETAPA LIMITANTE DA VELOCIDADE 
 
As vias são reguladas principalmente por uma enzima-chave, a enzima regulatória, a qual 
catalisa a etapa limitante de velocidade na via. Essa é a etapa mais lenta e em geral não é 
prontamente reversível. Assim, as alterações na etapa limitante de velocidade podem 
influenciar o fluxo através do resto da rota (ver Figura 9.1). A etapa limitante de velocidade 
em geral é a primeira comprometida em uma via, ou uma reação que está relacionada ou 
influenciada pela primeira etapa comprometida. Adicionalmente, enzimas reguladoras ocorrem 
após cada ponto de ramificação metabólica dirigir o fluxo para uma das ramificações (p. ex., 
na Figura 9.15, a inibição por retroalimentação da enzima 2 resulta em acúmulo de B, o qual a 
enzima 5 utiliza para a síntese do composto G). A inibição da enzima limitante de velocidade 
em uma rota em geral leva a acúmulo do precursor da via. 
 
 
REGULAÇÃO POR RETROALIMENTAÇÃO 
Regulação por retroalimentação se refere a uma situação na qual o produto final de uma rota 
controla sua própria velocidade de síntese (ver Figura 9.15). A regulação por retroalimentação 
em geral envolve a regulação alostérica da enzima limitante de velocidade pelo produto final 
de uma rota (ou um composto que reflete as alterações na concentração do produto final). O 
produto final de uma rota também pode controlar sua própria síntese por indução ou repressão 
do gene para a transcrição da enzima limitante de velocidade na rota. Esse tipo de regulação é 
muito mais lento para responder a alterações nas condições da reação do que a regulação 
alostérica. 
 
 
ISOENZIMAS TECIDUAIS DE PROTEÍNAS REGULATÓRIAS 
O corpo humano é composto de diversos tipos celulares diferentes que realizam funções únicas 
para determinado tipo celular e sintetizam apenas as proteínas consistentes com suas funções. 
Devido ao fato de a regulação corresponder à função, enzimas regulatórias de rotas em geral 
existem como isoenzimas tecido-específicas com algumas ISOENZIMAS TECIDUAIS DE 
PROTEÍNAS REGULATÓRIAS 
 
 
 
As diferentes isoenzimas da hexoquinase (p. ex., hexoquinase 1 e glicoquinase) 
são isoenzimas tecido específicas que surgiram da duplicação de um gene. A glicoquinase, a 
enzima de baixa afinidade encontrada no fígado, é uma cadeia polipeptídica única com um peso 
molecular de 55 kDa que contém um sítio catalítico ativo. 
 
As hexoquinases encontradas nos eritrócitos, nos músculos esqueléticos e na maioria dos outros 
tecidos têm 110 kDa e são essencialmente duas moléculas de glicoquinase mutantes 
sintetizadas como uma única cadeia polipeptídica. Contudo, apenas um sítio 
catalítico é funcional. Todasas hexoquinases tecido-específicas, com exceção da glicoquinase, 
têm Kms para a glicose que são menores do que 0,2 mM. 
 
 
CONTRA-REGULAÇÃO DE ROTAS OPOSTAS 
 
Uma rota para a síntese de um composto em geral tem uma ou mais etapas enzimáticas que 
diferem da rota para a degradação daquele composto. Uma rota biossintética pode, portanto, 
ter uma enzima regulatória diferente da rota de degradação, e uma rota pode ser ativada, 
enquanto a outra é inibida (p. ex., a síntese de glicogênio é ativada, enquanto a degradação de 
glicogênio é inibida). 
 
 
CANALIZAÇÃO DE SUBSTRATO POR COMPARTIMENTALIZAÇÃO 
 
Na célula, a compartimentalização de enzimas em complexos multi enzima ou organelas 
fornece uma maneira de regulação, ou porque o compartimento fornece condições únicas, ou 
porque ele limita ou canaliza o acesso das enzimas aos substratos. As enzimas ou as rotas com 
uma função comum com freqüência são agrupadas em organelas. Por exemplo, as enzimas do 
ciclo do TCA estão localizadas na mitocôndria. As enzimas catalisam reações sequenciais, e o 
produto de uma reação é o substrato da próxima. A concentração dos intermediários da rota 
permanece muito mais alta dentro da mitocôndria do que no citoplasma celular circundante. 
Outro tipo de compartimentalização envolve o agrupamento de enzimas catalisando as reações 
seqüenciais em complexos multi enzima, de tal forma que intermediários da rota podem ser 
transferidos do sítio ativo de uma enzima para o sítio ativo de outra, prevenindo, assim, a perda 
de energia e informação. 
 
 
Um exemplo de complexo multi enzima é a MEOS (sistema microssomal de oxidação do 
etanol, do inglês microsomal ethanol oxidizing system), o qual é composto por duas 
subunidades diferentes com atividades enzimáticas diferentes. Uma subunidade transfere 
elétrons de NADPH para um grupo citocromo Fe-heme na segunda subunidade, a qual, então, 
transfere os elétrons para O2.