Bioquímica - Regulação enzimática

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Beatriz Machado de Almeida 
Bioquímica – Aula 1 
Introdução 
Existem várias condições no metabolismo que, para 
manter o estado fisiológico, requerem que a atividade 
dessas moléculas seja regulada. Pode ser regulada 
pela simples presença do substrato (da molécula que 
será transformada em produto), pela atividade 
hormonal, pela mudança de PH. Ou seja, vários 
aspectos químicos vão realizar regulação. Às vezes 
tem enzimas que é regulada pelo próprio produto. 
Uma reação bioquímica não vai acontecer livre e 
espontaneamente por demanda do organismo. A maior 
parte das reações bioquímicas vai acontecer porque 
elas têm algum aspecto de regulação e esse aspecto 
é o que garante o estado fisiológico das células, e 
esse também é o principal aspecto em que é pautada 
a maior parte do mecanismo de ação dos fármacos. 
Eles visam regular a atividade enzimática, mimetizar 
a regulação enzimática que não está acontecendo por 
algum motivo, ou inibir a ação enzimática de 
patógenos. 
As enzimas tem relação química bastante 
significativa. Usa muito como ferramenta diagnóstica 
e exames laboratoriais e bioquímicos que visam 
identificar a presença de enzimas. Essas enzimas 
deveriam ser encontradas intracelularmente, dentro 
das células, mas por algum motivo estão no plasma, 
mostrando que teve aumento da atividade catalítica 
da célula ou necrose celular. 
• Proteínas notáveis, altamente especializadas: 
alto grau de especificidade com substratos; 
• Poder catalítico extraordinário: muito maior do 
que catalisadores sintéticos. 
• Aceleram reações químicas: em condições suaves 
de temperatura e PH. 
• São o centro e o objeto de estudo principal da 
bioquímica: atuando de forma organizada 
catalisam centenas de reações que degradam as 
moléculas dos nutrientes e conservam suas 
energias. 
• Doenças ocorrem quando elas não funcionam bem. 
• Importância clínica. 
 
Conceitos importantes 
• Catalisador: é toda e qualquer substância que 
aumenta a velocidade de uma reação, sem ser 
consumido durante o processo. 
• Enzima: é uma molécula orgânica (proteína ou 
RNA) que catalisa uma reação química específica: 
não afeta o equilíbrio da reação, aumenta a 
velocidade da reação e diminui a energia de 
ativação. 
As enzimas são catalisadores biológicos. 
Os elementos que estão presentes na catálise são: 
substrato, enzima que forma uma relação de conexão 
com o substrato. 
Velocidade da reação 
Enzima + substrato = enzima + produto. Essa relação 
do tempo que uma enzima fica pronta para uma nova 
reação catalítica é importante. 
Várias condições cinéticas avaliam esse turnover. 
Então várias condições são associadas como, por 
exemplo, os cofatores enzimáticos. 
Cofator 
Às vezes a literatura diverge: chama de cofator 
tanto para substâncias orgânicas e inorgânicas, ou 
chama de cofator apenas inorgânicos e coenzimas 
moléculas orgânicas. 
Essa atividade vai garantir uma propriedade química 
mais eficiente, ou seja, uma enzima tem uma 
afinidade pelo seu substrato, e hoje o que é válido é 
que a enzima pode modificar sua estrutura química 
para se apropriar de um determinado substrato. 
Antigamente tinha o modelo de chave e fechadura, 
mas o modelo de encaixe induzido depende de 
moléculas que vão melhorar essas ligações, e esse é o 
papel dos cofatores. 
O cofator modula, caracteriza e dá maior afinidade 
entre o substrato e a enzima. A maior parte das 
vitaminas, em especial as vitaminas do complexo B 
funcionam como cofatores no metabolismo. 
Regulação Enzimática 
 
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Beatriz Machado de Almeida 
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Enzima com sítio catalítico, sítio ativo ou centro 
ativo. O cofator gera ligações adicionais. A reação 
bioquímica (transformação do substrato em produto) 
iria acontecer sem o cofator, mas não há tempo para 
o metabolismo. Então, se atividade catalítica não é 
suficiente, é necessário a atuação do cofator para 
acelerar o processo. O cofator vai garantir 
propriedades catalíticas para esse metabolismo. 
Se a atividade catalítica não é eficiente (em relação 
ao tempo do processo), mesmo o metabolismo 
exigindo uma velocidade de controle, é como se a 
reação química não acontecesse. A eficiência 
catalítica é tão ou mais importante do que a 
capacidade de transformar quimicamente uma 
molécula em outra. Então o substrato seria 
transformado em produto independente da atividade 
catalítica, mas o tempo que isso iria acontecer não é 
compatível com os processos vitais. Mesma coisa 
quando fala do cofator. Uma enzima seria capaz de 
transformar o substrato em produto, mas a 
timidamente catalítica não seria no tempo necessário 
para garantir os processos metabólicos biológicos. 
Então, o cofator vai garantir propriedades catalíticas 
de eficiência para essa enzima. 
Uma enzima fica pronta para uma nova catálise 
enzimática, e isso leva um nome, que é uma constante 
chamada de Kcat. O Kcat está relacionada ao 
turnover da proteína para estar na sua conformação 
estrutural novamente e permitir a chegada de um 
novo substrato. Essa relação é importante, pois ajuda 
a determinar atividade de uma enzima. 
O cofator é um agente que vai propiciar um aumento 
das ligações. 
Coenzimas 
As coenzimas sempre vão auxiliar na catálise 
enzimática transferindo agrupamentos orgânicos, às 
vezes agrupamentos aminas ou carboxila. As 
vitaminas do complexo B vão transferir agrupamentos 
orgânicos ou elétrons para transformar o substrato 
em produto. Moléculas orgânicas sempre auxiliam na 
catálise enzimática por uma transferência de um 
grupo orgânico ou elétrons. 
COENZIMA A 
É carreadora de grupamentos acil, carrega acetato 
coA. 
É carreadora de um grupamento de carbonos e é 
associação de um nucleotídeo com uma vitamina do 
tipo B (ácido pantotenico). 
Então a coenzima A é um nucleotídeo + ácido 
pantotenico. 
NAD E FAD 
Coenzimas carreadoras de Hidrogênio. 
São formadas pelo nucleotídeo + vitamina do 
complexo B. NAD será coenzima de todas as 
oxidorredutases. 
Exemplo: redução do lactato em piruvato. Essa 
redução só é possível pela ação da lactato 
desidrogenase, que usa como coenzima o NAD, pois 
retira hidrogênio da molécula. 
Nas células neoplásicas, os processos catalíticos não 
são regulados, e por isso as células neoplásicas 
produzirão energia para a própria célula 
independente de vascularização. A timidamente 
catalítica dessa enzima não será regulada, 
independente da ação da coenzima. Em geral essas 
células que tendem a acidificar. 
Os principais aspectos estão diretamente 
relacionados ao não controle da atividade enzimática 
das células neoplásicas. 
NAD é a coenzima que propiciou o tamponamento ou 
equilíbrio dessa reação, porque o hidrogênio não foi 
desprendido no meio. 
Apesar do NAD ser uma coenzima pra lactato 
desidrogenase, ela não participa da atividade 
catalítica. Ela participa regulando e mantendo a 
homeostase. 
 
 
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KM 
Tem uma constante que é chamada de Km. A 
concentração do substrato afeta a velocidade das 
reações catalisadas por enzimas. 
• Km: É a concentração de substrato necessário 
para que a atividade catalítica atinja a metade da 
velocidade máxima. 
Se a enzima tem uma especificidade (afinidade) 
muito grande por esse substrato, a presença dele na 
célula vai ser percebida quimicamente pela enzima. 
Então, nesse caso, não precisa de uma quantidade 
muito grande de substrato para que a atividade 
catalítica chegue à metade da velocidade máxima. Por 
que metade da velocidade máxima? Porque um estudo 
em cinética química das enzimas elucidou que quando 
ocupa todos os sitos catalíticos que estão presentes 
naquela enzima, atinge metade da velocidade máxima, 
e atingir a velocidade máxima é só uma consequência 
da reação. Esse estudo foi importante para ajudar a 
determinar a concentração do fármaco. Se quer inibiruma determinada enzima, é necessário ter uma 
afinidade química por aquela enzima maior que o 
substrato que quer impedir. 
Então, o km tem essa relação de determinar qual a 
concentração do substrato que vai afetar e atingir 
metade da velocidade máxima. 
• O km é inversamente proporcional à afinidade. 
Quanto menor o Km, menor a concentração do 
substrato, maior é a afinidade (interação) entre 
enzima e substrato. 
Conhecer o Km das enzimas é importante pra estudar 
o comportamento das próprias enzimas. 
Se tem uma enzima com Km elevado, ela tem baixa 
afinidade pelo seu substrato. Só que precisa da 
agilidade catalítica, então é necessário mimetizar 
uma enzima que tem km menor ou um substrato que 
faça com que a enzima tenha um km menor. 
O km ajuda a modular a regulação enzimática das 
células. 
• É a relação da concentração de substrato para 
cada enzima. 
O km é inversamente proporcional à afinidade, mas 
isso não está relacionada a especificidade das 
reações químicas. A especificidade é a relação 
catalítica do substrato com a enzima. A afinidade é 
essa relação de precisar de uma concentração maior 
ou menor para identificar quimicamente. A enzima 
que faz a glicose ser aproveitada na célula é uma 
hexoquinase. Essa enzima está distribuída em todas 
as células que irão utilizar glicose. O fígado distribui 
a glicose para os outros tecidos, pois ele não usa a 
glicose como fonte de energia primária. Ele usa ácidos 
graxos, os aminoácidos. Então, no fígado existe uma 
isoforma da hexoquinase ou glicoquinase hepática que 
é diferente das glicoquinases de todos os outros 
tecidos. A diferença é que o Km da glicoquinase 
hepática é elevadíssimo, ou seja, toda glicose 
absorvida pelo trato gastrointestinal chega no fígado 
pelo sistema porta hepático. Toda insulina secretada 
pelo pâncreas passa primeiro pelo fígado e cerca de 
60% dessa insulina fica retina no fígado, mas ele não 
utiliza glicose pelo Km da enzima que iria sequestrar 
a glicose e fosforilar nas células hepáticas. O Km é 
elevado, sendo esse Km elevado, dá tempo da glicose 
sair dos hepatócitos e voltar para a circulação. 
Quando não há mais necessidade de glicose nas 
outras células, ela permanece no fígado. O aumento 
da concentração é que modula a atividade da 
hexoquinase e garante o armazenamento em 
glicogênio. 
Propriedades das enzimas 
• Influenciadas por PH e temperatura. 
• Alta eficiência catalítica (grupos catalíticos que 
reagem com substrato). 
• Alto grau de especificidade pelos seus 
substratos. 
• Podem ser reguladas. 
Centro ou sítio ativo 
• Região que liga o substrato (parte pequena da 
mol). Representam fendas ou fenestras. 
• Liga o substrato por diversas atrações fracas. 
• Permite a especificidade: deriva da formação de 
múltiplas interações fracas entre a enzima. 
Regulação enzimática 
Concentração do substrato ou produto 
Às vezes o produto determina que está na hora de 
parar a reação. Ex: a glicose para entrar na célula 
 
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precisa ser fosforilada e quem faz isso é a 
hexoquinase. A diferença das hexoquinases extra-
hepáticas para as hexoquinases hepáticas é o Km. 
Porém, essa enzima é modulada pelo próprio produto. 
Quando esse produto atinge uma determinada 
concentração na célula, ele inibe a atividade catalítica 
da enzima. Ou seja, essa enzima, se comparar as 
isoenzimas, ela é modulada pelo substrato (a 
concentração de substrato vai determinar a 
velocidade da reação). Em cada tecido ela é regulada 
pela concentração do produto. 
Se todas as hexoquinases do corpo fossem iguais, 
elas iriam ser reguladas apenas pelo produto. A 
concentração do produto inibe a atividade catalítica. 
Mas, no corpo humano tem isoenzimas, ou seja, 
formas diferentes dessa enzima, que vão atuar de 
maneira diferenciada nos tecidos. 
Regulada pelo substrato é o Km: a concentração de 
substrato vai interferir na velocidade da reação, vai 
regular atividade catalítica dela. Mas ela ainda é 
regulada pela concentração de produto. 
Regulação por inibição 
• Inibidores são substâncias que reduzem a 
atividade das enzimas. 
• Exemplo: fármacos, antibióticos e preservativos 
de alimentos e veneno. 
• Atuam como reguladores de vias metabólicas. 
• Muitas terapias por fármacos são baseadas na 
inibição enzimática. 
• Utilizados no desenvolvimento de técnicas para 
demonstrar a estrutura física e química, e as 
propriedades funcionais das enzimas. 
• Pode ser reversível ou irreversível. 
IRREVERSÍVEL 
• Se dissociam lentamente da enzima-alvo (ligação 
forte). Ex: DIPF (diisopropilfluorofosfato) atua 
na acetilcolinesterase; AAS na COX. 
Significa que haverá uma ligação química covalente 
(forte) entre a enzima e o inibidor. A ligação não irá 
se desfazer até que atinja a meia vida do inibidor. 
O AAS, em concentração de até 100 ml, vai inibir 
seletivamente a COX presente na mucosa gástrica. A 
meia vida do inibidor AAS é de 6-12 horas. Se quiser 
manter inibida constantemente, usa-se a mesma 
contração no número de horas da meia vida. 
REVERSÍVEL 
• São de rápida dissociação. 
• Competitiva: se ligam ao sítio catalítico e 
apresentam semelhança ao substrato, diminui a 
velocidade de catálise. 
• Não competitiva: inibidor e substrato pode se 
ligar simultaneamente a uma enzima. 
COMPETITIVA 
• Inibidor é análogo do substrato, pois tem a 
mesma estrutura química. 
• Aumento da concentração do substrato diminui a 
inibição. Há aumento de km. 
• Não há alteração da Vmax. 
• Ex: estatinas - se ligam a HMG-CoA redutase, 
transformando em colesterol. Ela atrasa a 
síntese do colesterol, mas não impede a síntese. 
Precisa ter muito HMG-Coa par acontecer. 
• Ex: propranolol - inibidor catalítico do receptor 
beta-adrenérgico. 
 
Se quiser antagonizar a ação do inibidor. Se falar da 
inibição competitiva, deve-se aumentar a 
concentração do substrato, pois se aumenta a 
concentração do substrato, interfere no Km do 
inibidor. Ex: o inibidor é um fármaco. Esse inibidor 
tem um Km menor para a enzima do que o substrato 
para a enzima. Se o Km é menor, a contração de 
escolha para o inibidor venceu a competição. Para 
reverter ou antagonizar, deve-se aumentar a 
concentração do substrato. Competitiva se liga ao 
sítio catalítico e diminui a velocidade. Venceu porque 
o Km do inibidor era menor do que o Km da enzima. Há 
aumento do Km porque se antes precisava de 1 
molécula de substrato para atingir metade da 
velocidade máxima, agora precisa de mais, pois 
primeiro é necessário vencer a concentração do 
inibidor. A concentração do inibidor é o próprio Km. 
 
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NÃO COMPETITIVA 
• Inibidor não é análogo estrutural do substrato - 
não se liga ao sítio ativo. 
• Inibidor se liga a E e a ÉS. 
O inibidor está ligado em um lugar que não é o sítio 
ativo. A presença do inibidor vai impedir a saída do 
produto. 
Vai existir concentração de substrato, mas não é com 
a grande concentração que irá vencer a ligação do 
inibidor, pois eles não são análogos. 
Quando o inibidor se dissociar, irá permitir apenas a 
saída do produto, e não que a ligação aconteça, pois a 
ligação já aconteceu. Como tem substrato acumulado, 
mais substrato entra e irá ser transformado em 
produto, isso irá interferir na velocidade de reação, 
pois o primeiro substrato já estava ligado à enzima. 
Se for não competitiva, o inibidor está ligado em 
outro lugar e o substrato já está fazendo as 
transformações químicas. 
Quando o inibidor se dissocia, já começa a sair 
produto, deixando a velocidade maior, pois não 
precisa da concentração nenhuma de substrato. É 
como se o Km fosse nulo, pois o substrato já estava 
ligado. O substrato que foi transformado em produto 
já estava ligado à enzima, ele só estava sendo 
impedido de se transformar em produto. Nãoprecisou de maior concentração de substrato para a 
reação acontecer. 
 
Regulação alostérica 
• Inibidores alostéricos (regulador alostério) se 
ligam a um sítio afastado do centro ativo. Ele 
pode aumentar ou diminuir a atividade da enzima. 
• Provocam uma mudança conformacional na enzima 
que indiretamente reduz sua atividade; 
• Não pode ser descrito pelo modelo de Michaelis-
Menten (resulta em uma sigmoide em vez de uma 
hipérbole). 
 
O regulador alostérico irá aumentar ou diminuir a 
atividade catalítica de uma determinada enzima. 
Nunca irá haver uma modulação do sítio de atividade. 
Um regulador alostérico se liga sempre no lado oposto 
do sítio catalítico. Se o regulador for por inibição, 
ocorre a mudança da conformação estrutural do sítio 
de atividade, passando a não reconhecer o substrato 
temporariamente. 
Ação do glucagon e insulina: agem regulando 
alostericamente as enzimas. 
• Efetor negativo: reduz a afinidade da enzima pelo 
substrato, diminuindo a velocidade da reação. 
• Efetor positivo: aumenta a afinidade da enzima 
pelo substrato, elevando a velocidade da reação. 
 
Mudança conformacional só tem na transformação 
alostérica ou covalente. 
Em geral, os hormônios regulam metabolismo 
bioquímico por regulação alostérica. Existem enzimas 
com vários sítios catalíticos. 
Não se deve utilizar Km para regulação alostérica, 
pois a modificação não é por uma molécula que irá 
mimetizar a atividade catalítica. Uma das 
propriedades do regulador alostérico é que ele se liga 
em um local diferente do sítio catalítico, portanto 
muda a conformação e não a afinidade do sítio 
catalítico. 
 
 
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Modificação covalente 
Ativa enzima → desfosforilação → enzima inativa → 
fosforilação enzima ativa. 
Regulação da expressão gênica 
Isoenzimas 
• Apresentam mesma atividade catalítica, porém 
distintas propriedades químicas. 
• Tecidos diferentes podem conter isoenzimas 
diferentes. 
• Importância nos diagnósticos. 
• Ex: amilase salivar e pancreática. Lactato 
desidrogenase (estrutura quaternária), perfil 
sérico associado a doenças. 
 
Aplicação clínica das enzimas 
Nem sempre quer dizer que houve lesão tecidual, 
porque se fosse assim, toda dosagem de enzima iria 
determinar grau e extensão de lesão. Tem enzimas 
que determinam grau e extensão de lesão e outras 
não. 
As troponinas são marcadores precoces mais 
específicos para infarto agudo do miocárdio. Pode 
acontecer de um paciente com infarto agudo 
gravíssimo que fez uma troponina de 9 e teve uma 
área de fibrose extensa. Além disso, pode ter 
também outro paciente com a troponina de 50 e essa 
lesão ser semelhante ao paciente com troponina de 9. 
Então, quem determina grau de extensão de lesão do 
músculo cardíaco é o ecocardiograma. Valor na 
corrente sanguínea é 0, mas pra determinar infarto é 
acima de 1. 
No fígado, ALT não determina grau de extensão de 
lesão, mas AST sim. Isso é explicado por ter AST 
também na mitocôndria. 
 
Enzimas no plasma, LCR, urina e exsudatos processo 
normal de destruição e reposição celular. Processo 
patológico lesão tecidual 
aumento da permeabilidade celular aumento da 
concentração do plasma. 
• Enzimas plasmáticas funcionais: lipoproteína 
lipase, proenzimas da coagulação. Atividade da 
enzima não é dentro da célula, por isso são 
plasmáticas. 
• Enzimas plasmáticas não funcionais: níveis até um 
milhão de vezes menor que nos tecidos. 
• Indicadores de lesão celular e tecidual: aumento 
da atividade destas no sangue. 
• A distribuição órgão-específica de albinas destas 
enzimas permite a localização.