a velocidade das reacções enzímicas in vivo in vitro os conceitos de...

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1 A velocidade das reacções enzímicas in vivo e in vitro Bibliografia aconselhada: -Fontes R. (2001) Mecanismos de Regulação Enzímica http://users.med.up.pt/ruifonte/Arquivo_Med/Zip_Teoricas/Mecanismos_de_regulacao_enzimica.zip -Stryer L. (2002) Biochemistry. 5th ed. Ed. por WH Freeman & Company. New York. -Voet D & Voet JG. (1990) ) Biochemistry. Ed. por John Wiley & sons. New York. -Nelson DL & Cox MM. (2005) Lehninger Principles of Biochemistry. 4rd ed. Worth Publishers. New York. 2 Os conceitos de substrato da via metabólica”e coenzima só têm sentido se analisamos uma via metabólica no seu contexto da celular. Conceitos de “substrato de via metabólica”, coenzima, grupo prostético e cofactor. O NADH e o NAD + (assim como o NADPH e o NADP + e coenzima A) costumam designar-se como coenzimas: olhadas no contexto do ser vivo inteiro não se consomem no metabolismo mantendo uma concentração estacionária. Os outros reagentes intervenientes (NAD + , por exemplo) são também substratos das enzimas... Mas na células a concentração do somatório NADH/NAD + é de alguns µM e a via glicolítica só pode ter lugar se o NADH for reoxidado a NAD + . Na glicólise o “substrato da via metabólica” é a glicose que se consome gerando piruvato ou lactato... 3 Os conceitos de apoenzima, grupo prostético e holoenzima podem ser definidos fora do contexto de uma via metabólica. O grupo prostético é um resíduo não aminoacídico ligado de forma estável (frequentemente covalente) à apoenzima. Exemplos: (1) O FAD nas desidrogénases dependentes do FAD (2) A biotina em determinadas carboxílases Cofactor é uma substância (orgânica ou não) que não se encontra ligada de forma covalente à enzima, é essencial ao processo catalítico mas ...não é reagente nem produto da reacção. Exemplo: as reacções em que intervém o ATP exigem a presença de Mg 2+ (que podemos designar de cofactor) No entanto, muitos autores usam a palavra cofactor para designarem compostos que definimos como grupo prostético ou como coenzima. O conceito de cofactor é o menos preciso. 4 As concentrações dos intermediários do metabolismo variam de indivíduo para indivíduo e com o estado metabólico mas mantêm-se em torno de determinados valores. As concentrações dos intermediários metabólicos dizem-se estacionárias. A concentração de ATP (e de muitos outros compostos existentes nos seres vivos) considerando as várias reacções em que intervém como reagente ou produto não está em equilíbrio químico. ...mas a velocidade do conjunto de reacções que formam ATP é semelhante à velocidade do conjunto de reacções em que este se gasta... existe nas células uma concentração estacionária de ATP. Os mecanismos que permitem manter estas concentrações estacionárias são muito complexos e designam-se homeostáticos.

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A velocidade das reacções enzímicas in vivo e in vitro

Bibliografia aconselhada:-Fontes R. (2001) Mecanismos de Regulação Enzímicahttp://users.med.up.pt/ruifonte/Arquivo_Med/Zip_Teoricas/Mecanismos_de_regulacao_enzimica.zip-Stryer L. (2002) Biochemistry. 5th ed. Ed. por WH Freeman & Company. New York.-Voet D & Voet JG. (1990) ) Biochemistry. Ed. por John Wiley & sons. New York.-Nelson DL & Cox MM. (2005) Lehninger Principles of Biochemistry. 4rd ed. Worth Publishers. New York. 2

Os conceitos de “substrato da via metabólica” e coenzima só têm sentido se analisamos uma via metabólica no seu contexto da celular.

Conceitos de “substrato de via metabólica”, coenzima, grupo prostético e cofactor.

O NADH e o NAD+ (assim como o NADPH e o NADP+ e coenzima A) costumam designar-se como coenzimas: olhadas no contexto do ser vivo inteiro não se consomem no metabolismo mantendo uma concentração estacionária.

Os outros reagentes intervenientes (NAD+, por exemplo) são também substratos das enzimas...

Mas na células a concentração do somatório NADH/NAD+ é de alguns µM e a via glicolítica sópode ter lugar se o NADH for reoxidado a NAD+.

Na glicólise o “substrato da via metabólica” é a glicose que se consome gerando piruvato ou lactato...

3

Os conceitos de apoenzima, grupo prostético e holoenzima podem ser definidos fora do contexto de uma via metabólica.O grupo prostético é um resíduo não aminoacídicoligado de forma estável (frequentemente covalente) àapoenzima.

Exemplos: (1) O FAD nas desidrogénases dependentes do FAD(2) A biotina em determinadas carboxílases

Cofactor é uma substância (orgânica ou não) que

não se encontra ligada de forma covalente à enzima,

é essencial ao processo catalítico mas

...não é reagente nem produto da reacção.

Exemplo: as reacções em que intervém o ATP exigem a presença de Mg2+ (que podemos designar de cofactor)

No entanto, muitos autores usam a palavra cofactor para designarem compostos que definimos como grupo prostético ou como coenzima.

O conceito de cofactor é o menos preciso.

4

As concentrações dos intermediários do metabolismo variam de indivíduo para indivíduo e com o estado metabólico mas mantêm-se em torno de determinados valores. As concentrações dos intermediários metabólicos dizem-se estacionárias.

A concentração de ATP (e de muitos outros compostos existentes nos seres vivos) considerando as várias reacções em que intervém como reagente ou produto não estáem equilíbrio químico.

...mas a velocidade do conjunto de reacções que formam ATP é semelhante àvelocidade do conjunto de reacções em que este se gasta... ⇒ existe nas células uma concentração estacionária de ATP.

Os mecanismos que permitem manter estas concentrações estacionárias são muito complexos e designam-se homeostáticos.

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As enzimas são sensores do ambiente onde se encontram variando qualitativamente e/ou quantitativamente a sua actividade em função de variações nesse ambiente.

As enzimas que catalisam reacções fisiologicamente reversíveis catalisam a conversão líquida no sentido directo ou inverso de acordo com a lei da acção das massas mas não são determinantes no sentido nem na velocidade global da via metabólica...

As enzimas “marca passo” (ou reguladoras) de uma via metabólica catalisam reacções fisiologicamente irreversíveis e a sua actividade determina a velocidade de fluxo nessa via metabólica.

A B1000

1010

S P0,01

10,01

6

Nos seres vivos a velocidade das reacções pode ser regulada por vários mecanismos envolvendo quer o número de moléculas de enzima presente na célula quer a capacidade catalítica dessas moléculas.Os mecanismos de regulação da actividade enzímica mais importantes nas células são:1- Quantidade de enzima: a síntese

de uma enzima pode ser regulada ao nível da expressão do gene que a codifica.

2- Concentração de substrato

3- Modificação alostérica

4- Modificação covalente

Independentemente do mecanismo envolvido dizemos que a actividade enzímica de uma determinada enzima aumentou se a velocidade da reacção que ela catalisa aumentou (e vice-versa).

7

Acumulação de produto versus tempo

0

0.5

1

1.5

2

0 1 2 3

tempo (min)

Prod

uto

(mic

rom

oles

)

Quando se quer quantificar aactividade de uma enzimaadicionamos num tubo de ensaio a enzima ao(s) substrato(s) e vamos observando ao longo do tempo como evolui a reacção.

... mas actividade enzímica = velocidade da reacção enzímica

O normal é que (por motivos vários) a reacção se vá lentificando.

1/min

0,5/min0,1/min

Quando se atingir o equilíbrio químico ou se esgotar o substrato a velocidade será zero.

8

Admitamos que fizemos dois ensaios idênticos mas com duas amostras diferentes da mesma enzima E:

amostra azulamostra vermelhaEm qual das amostras a enzima E tinha maior actividade?Como podemos exprimir quantitativamente a actividade da enzima E na amostra azul?

Se respondessemos: actividade = 3 µmoles/5 min = 0,6 µmoles/min... estariamos a falar da velocidade média nos 5 min de ensaio e a dizer que nas duas amostras a actividade era igual.

Acumulação de produto versus tempo

0

1

2

3

0 1 2 3 4 5

Tempo (min)Pr

odut

o (m

icro

mol

es)

Para a concentração de substrato em que o ensaio se iniciou a velocidade será o declive da curva produto formado versus tempo no tempo zero (v0 ou v inicial)mas poderemos considerar que, pelo menos no caso do ensaio azul, uma boa estimativa de v0 pode ser a velocidade média no primeiro minuto de ensaio (1 µmole/min).

Actividade azul (v0 ou vinicial) = 1 µmole / min

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Em teoria a actividade enzímica de uma enzima (num sistema de ensaio especificado e adequado) define-se como o aumento de velocidade de conversão (S → P) induzido pela enzima.Actividade = vinicial = velocidade na presença de enzima - velocidade na sua ausência

A realização de ensaios a branco (sem enzima) permite prevenir a eventualidade de ocorrer reacção não enzímica. Ao subtrair o branco... também se subtrai o produto que eventualmente se tenha formado na ausência de enzima.

incubar substrato napresença de Fosf Alc.

durante um tempo t

NaOH

ler Absorvânciano ensaio enzímico

incubar substrato naausência de Fosf Alc.

durante um tempo t

NaOH

ler Absorvânciano ensaio a branco

10

Como variará vinicial se duplicarmos (ou triplicarmos...) a concentração de enzima num ensaio enzímico?

A actividade enzímica (vinicial ou uma boa estimativa de vinicial) num meio especificado e adequado é proporcional à quantidade de enzima.

[ ][ ][ ]totalinicial ESKm

Skv+

= 3

se fizermos ensaios nas mesmas condições k3 e Km são constantes; se também usarmos a mesma concentração de substrato [S]este factor é constante

[ ]totalinicial Econstv .=

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Acumulação de produto versus tempo

0

1

2

3

0 1 2 3 4 5

Tempo (min)

Prod

uto

(mic

rom

oles

)

Embora, pelo menos teoricamente, a quantidade de uma enzima possa ser medida em moles ou em gramas, é mais frequente medir a quantidade de enzima como uma velocidade de reacção; a velocidade da reacção catalisada pela enzima em análise (idealmente no tempo zero; vinicial).

UI (unidade internacional) = quantidade de enzima que catalisa a conversão de 1 µmol de substrato em produto / min

Qual a quantidade de enzima E no ensaio vermelho?

12

Admitindo que

1) a enzima E catalisa a reacção X→Y

2) o tubo de ensaio A continha 1 ml de solução

3) no tempo zero se adicionou 1 µl de soro

4) ... e se foi medindo a quantidade X ao longo do tempo

Qual a actividade da enzima E

no soro em análise?1) No tubo A nos primeiros 10 min

a concentração de X passou de 100 para 90 mM = 10 mM (ou 10000 µM)

2) 10000 µM * 0,001 L = 10 µmoles de X convertido em Y

3) 10 µmol de X/ 10 min = 1 µmol / min

4) 1 UI / µl soro

Notar que no tubo B se adicionou o soro de outro indivíduo e que a actividade era metade da observada em A... como as condições de ensaio eram as mesmas nos dois casos é de supor que no soro de B havia metade do número de moles da enzima E.

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Quando se doseiam enzimas numa preparação que a contém (usando a actividade como medida da quantidade de enzima) pressupõe-se que a actividade (vinicial) é proporcional à quantidade de enzima.

Em química clínica doseiam-se com frequência enzimas no soro(por exemplo a amílase do soro em situações em que se suspeita de pancreatite aguda)exprimindo o resultado do ensaio enzimático em

velocidade de reacção / volume de soro

Porque as condições de ensaio (concentração e natureza dos substratos, pH, natureza do tampão, temperatura, etc.) podem não ser iguais em dois laboratórios distintos os valores normais de um laboratório podem não ser iguais aos de outro laboratório.

1 mol de glicose é 1 mol de glicose em qualquer sítio do mundomas 1 UI de amílase (ou outra enzima qualquer) em dois laboratórios distintos pode significar diferentes quantidades de enzima.

Pâncreas inflamado liberta amílase para o sangue

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A actividade enzímica aumenta se o número de moléculas de enzima aumentar (e vice-versa). O doseamento de uma enzima em tecidos pode servir para estudar o efeito de hormonas na síntese dessa enzima.

A insulina inibe a expressão de genes que codificam enzimas envolvidas na produção de glicose como, por exemplo, o gene da glicose-6-fosfátase.

Quando há muita insulinao número de moléculas de glicose-6-fosfátase diminui porque diminui a transcrição do seu gene.

Quando há pouca insulina

o número de moléculas de glicose-6-fosfátase aumenta pela razão oposta.

Voice et al. (1992) BST 20:272S

Nestes casos, para comparar ensaios com amostras diferentes, é costume expressar a concentração de enzima em UI/g de tecido(fígado, por exemplo) ou UI/mg de proteína.

Glicose-6-fosfátase no fígado

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1 mg de fígado2 mg de

fígado

2 µmol/min = 2UI

2 UI2 mg de fígado

Actividade específica = 1 UI / mg de fígado

2 µmol / 2min = 1UI

1 UI1 mg de fígado

Actividade específica =1 UI / mg de fígado

Porquê expressar actividade em UI / mg de tecido (ou UI / mg de proteína)? Permite comparar dois ensaios enzímicos em que se usam concentrações de enzima distintas...

Homogeneizado de fígado

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Quando se doseia uma enzima necessitamos de um meio de ensaio que contém obrigatoriamente o substrato (ou substratos) da enzima...mas em diferentes laboratórios podem usar-se diferentes temperaturas de ensaio.

20ºC 70ºC

Aumentar a temperatura aumenta a velocidade das reacções incluindo a velocidade de desnaturação das enzimas.

O exemplo da figura indica que se se pretendesse dosear a enzima em questão poderia ser mais cómodo escolher para temperatura de ensaio 30ºC...

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Para dosear uma enzima, para além da temperatura, também se escolhem outras condições de ensaio como, por exemplo, o pH do meio de ensaio.Quando doseamos uma enzima costuma escolher-se para pH de ensaio um valor próximo do pH óptimo dessa enzima. Se na amostra enzímica existirem duas enzimas que catalisem a mesma reacção mas essas enzimas tiverem pHs óptimos distintos posso, escolhendo o pH de ensaio, estudar uma ou outra dessas enzimas.

pH 10 favorece isoenzima azul

pH 7 favorece isoenzima vermelha

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Para dosear uma enzima, para além da temperatura e do pH, também se escolhe a concentração do substrato. Eventualmente podemos fazer vários ensaios usando diferentes concentrações do substrato.

Considerar apenas um substrato é uma simplificação

(estritamente só as isomérases têm um substrato)

...mas podem fixar-se as concentrações dos outros substratos

e estudar-se como varia a actividade (vinicial)

... em função da variação da concentração de um deles.

vinicial

19

A actividade de uma enzima aumenta com a concentração de substrato......mas para concentrações “altas” (saturantes) aumentar a concentração de substrato praticamente não afecta a actividade.

Para diferentes enzimas o “aspecto” do gráfico

actividade versus [S] ...

pode ser

hiperbólico ou sigmoide

... mas a característica saturabilidade estásempre presente.

A actividade é proporcional à concentração do complexo E•S

3vinicial

vinicial

20

Num grande número de enzimas o gráfico vinicial versus [S] tem o “aspecto” de uma hipérbole que se ajusta a uma equação do tipo [ ]

[ ]SKmSVvinicial +

= max

As enzimas com “cinéticas de tipo hiperbólico” são aquelas em que o gráfico

vinicial versus [S]

pode ser ajustado a uma equação do tipo

... sendo que Vmax e Km são constantes

vinicial

[ ][ ]SKmSVvinicial +

= max

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k1A velocidade da formação do complexo E•S é proporcional às concentrações de E (enzima livre) e de substrato.

v1 = k1 [E] [S]

k3k2

A velocidade de formação do produto é também proporcional à concentração do complexo E•S

vinicial = k3 [E•S]

v2 = k2 [E•S]

A velocidade de dissociação do complexo E•S é proporcional à concentração do complexo E•S

22

Actividade ou v0 ou vinicial= k3 [E•S]

Se não há substrato [E•S] = 0

Vinicial = 0

Se a concentração de substrato é elevada quase todas as moléculas de enzima estão ligadas ao substrato[E•S] ≈ [Etotal]

Existe uma concentração de substrato (= Km) em que metade das moléculas de enzima estão ligadas ao substrato (enzima hemisaturada)[E•S] = [E][E•S] = [Etotal]/2

vinicial ≈ k3 [Etotal]vinicial ≈ Vmax

vinicial = k3 [Etotal]/2vinicial = Vmax/2

concentração de substrato = Km

concentração de substrato é saturante

23

Se [S] = Kmvinicial = Vmax / 2...a enzima estáhemisaturada

A actividade enzímica para concentração saturante de substrato = Vmax

... se a concentração de substrato é elevada variações moderadas na concentração do substrato não afectam a actividade⇒ para dosear enzimas éfrequente usarem-se concentrações elevadas de substrato porque o gráfico [produto formado] versustempo se mantém linear durante mais tempo.

Se [S] < Kmvinicial é quase proporcional a [S]...menos de metade das moléculas de enzima estão ligadas ao substrato

vinicial

24

[ ][ ]SKmSVv

+= max

0

max0 Vv =

[ ][ ]SKmSVv

+= max

0

][S = Km ][S<<Km[ ]

[ ] [ ]SSSVv

+= max

0

[ ][ ]S

SVv2max

0 =

2max

0Vv =

[ ][ ]SKmSVv

+= max

0

][S>>Km

[ ]SKm

Vv max0 =

[ ][ ]S

SVv max0 =

... se Km<<[S] denominador ≈ [S]

... se Km=[S] denominador =2 [S]... se Km>>[S]

denominador ≈ Km

A partir da equação

...pode deduzir-se o valor de v0 para determinadas concentrações de substrato.

v0 não é afectado por [S] para

altas concentrações de S

v0 é directamente proporcional a [S] para

baixas concentrações de S

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O Km é uma medida da afinidade da enzima para o seu substrato...quando maior o valor do Km menor a afinidade e vive-versa.

A enzima azul precisa de uma concentração de substrato menor para ficar hemisaturada......porque tem maior afinidade para o substrato que a enzima cinzenta.Em ambos os casos a enzima está hemisaturada ⇔ Km < Km

26

Vmax1=Vmax2

A enzima vermelha está hemisaturada ([E•S]=[Et]/2)quando [S]= 10 mM (Km = 10 mM)

⇔ tem baixa afinidade para o substrato

(mM)

A enzima azul já está hemisaturada ([E•S]=[Et]/2)quando [S]= 3 mM (Km = 3 mM)

⇔ tem alta afinidade para o substrato

O Km mede a afinidade da enzima para o seu substrato

...quando maior o valor do Kmmenor a afinidade.

27

Estudar o valor do Km serve para caracterizar uma enzima mas também pode servir para compreender a sua regulação in vivo.

1- Duas isoenzimas podem distinguir-se por valores distintos no Km do substrato (caso da hexocínase muscular e glicocínase hepática...).

2- Se o valor das concentrações fisiológicas do substrato (in vivo; na célula) é conhecida, a comparação com o valor do Km

...pode servir para estimaro efeito das variações fisiológicas da concentração do substrato na actividade da enzima.

glicocínase hepática

hexocínase muscular

28

As teorias

actualmente mais aceites para interpretar este tipo de comportamento cinético surgiram na década de 60

e visavam interpretar um fenómeno semelhante:

a forma sigmoide do gráfico de saturação da hemoglobina.

Essas teorias

revelaram-se adequadas para interpretar as

“cinéticas de tipo sigmoide”

em enzimas com mais de um local de ligação ao substrato por molécula de enzima (enzimas poliméricas).

Quando se estuda o efeito da concentração de substrato na actividade de algumas enzimas e se representa vinicial versus [S] o gráfico pode ser não uma hipérbole mas um sigmóide.

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A actividade das enzimas pode ser diminuída ou aumentada pela adição ao sistema de ensaio de modificadores da actividade enzímica (inibidores e activadores).

Adicionando a um meio de ensaio uma substância M (inibidor ou activador)e mantendo constantes todas as outras condições de ensaio podemos obter diminuição (inibição) ou aumento (activação) da actividade enzímica.

0

20

40

60

80

100

120

140

Act

ivid

ade

enzí

mic

a

+ini

bido

r +act

ivad

or}∆ vo

∆ vo{

Grau de inibição ou grau de activação =Mdeausêncianav

v

inicial

inicial∆

vinicial na ausência de inibidor = 100 UI

∆vinicial = 30 UI

Grau de inibição = 30%

30

Um estudo mais aprofundado do efeito de um inibidor na actividade duma enzima pode revelar que ele aumenta o Km do substrato sem modificar Vmax.Quando se estuda a actividade enzímica para vários valores de [S]podemos, multiplicando o número de tubos de ensaios,fazer esse estudo:na ausência e na presença de um inibidor I.

Algumas vezes observa-se que:1- Na presença do inibidor o valor de Vmax não se modifica; ⇔ para concentrações de substrato elevadas o inibidor I não tem efeito.

2-O valor do Km observado é maior na presença de I que na sua ausência;⇔ o grau de inibição é mais marcado para concentrações de substrato baixas.

Nestes casos falamos de inibição competitiva

vinicial

Para [S] = 4 ⇒grau inibição =50%

31

Para explicar o comportamento deste sistema (I ⇒ aumento do Km mas I não afecta Vmax) poderemos admitir que o inibidor I e o substrato S se ligam no centro activo da enzima competindo entre si.

As possibilidades do modelo apresentadocorresponder à realidade são reforçadas seas estruturas moleculares do substrato e do inibidor forem semelhantes. O malonato compete com o succinato na

actividade da desidrogénase do succinato32

Um inibidor competitivo aumenta o Km do substrato com o qual compete⇔ se o inibidor está presente, para obter hemisaturação da enzima com substrato, preciso de ter maior concentração do substrato

Na ausência de inibidor esta concentração de substrato permitia hemisaturação. O Km era 9.

Mas na presença do inibidor para esta concentração de substrato só 1/6 das moléculas de enzima estão ligadas ao substrato.

Na presença do inibidor competitivo preciso de aumentar a concentração de substrato para 32 para obter hemisaturação com o substrato.Na presença do inibidor o Km que era 9 aumentou para 32.

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sem vanadato

vanadato 2,5 µM

Vmax

Km(sem vanadato)=1,1 mM

Km(com vanadato)=7,6 mM

Vmax/2

O vanadato (HVO42-) se adicionado a

meios de ensaio que contenham para-nitrofenilfosfato e fosfátase alcalina inibe a actividade da enzima.A inibição é de tipo competitivo.Seargeant & Stinson (1979) Biochem J. 181: 247.

O vanadato é um inibidor competitivo da fosfátase alcalina.

34

H2O

A fosfátase alcalina catalisa a hidrólise do para-nitrofenilfosfato:

para-nitrofenilfosfato + H2O → para-nitrofenol + HPO42-

O vanadato (HVO42-) é um análogo estrutural do fosfato inorgânico

(contém vanádio em vez de fósforo). O fosfato é um produto da reacção e um dos resíduos do substrato. O vanadato (tal como o fosfato inorgânico) é um inibidor da fosfátase alcalina porque se liga no centro activo da enzima impedindo a ligação do substrato.

A ligação entre o vanadato e a enzima não é de tipo covalente: o vanadato liga-se à enzima por interacções de tipo electrostático e as formas ligada e desligada da enzima encontram-se em equilíbrio. Se se aumentar a concentração de substrato mantendo a concentração de vanadato a probabilidade de uma molécula de enzima se ligar ao substrato aumenta enquanto a probabilidade de se ligar ao vanadato diminui. No limite, para muito altas concentrações de substrato o vanadato deixa de ter efeito inibidor. O vanadato é um inibidor competitivo da fosfátase alcalina porque compete com o para-nitrofenilfosfato para sua ligação à enzima.

35

Quando se estuda de efeito de um inibidor para diferentes concentrações de substrato podemos, eventualmente, observar que a inibição não é de tipo competitivo.

Algumas vezes observa-se que:

1- O Vmax é menor na presença de Ique na sua ausência.

2- Na presença de I o Km não se modifica; a concentração de substrato para a qual se observa um valor de actividade que é metade de Vmax (ou de Vmax’) é igual na presença e na ausência de I.

3-O grau de inibição éindependente da concentração de substrato.

Nestes casos diz-se que a inibição é não competitiva.

vinicial

Neste caso grau de inibição = 40% para todas as concentrações de substrato

36

Um modelo possível para explicar a inibição de tipo não competitivo é admitir a existência na enzima de um local de ligação diferente do centro activo cuja ligação ao inibidor impedisse a formação do produto.

De acordo com este modelo tudo se passaria como se as moléculas de enzima ligadas ao inibidor estivessem excluídas do processo catalítico.

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A par da classificação que divide os inibidores em competitivos e não competitivos existe uma outra que divide os modificadores (inibidores ou activadores) em isostéticos ou alostéricos.

Um modificador isostérico liga-se ao centro activo e é sempre inibidor: é um inibidor isostérico.

Um ligando alostérico liga-se à enzima num sítio diferente do centro activo (um sítio alostérico) provocando uma alteração conformacional na enzima.

Se a alteração conformacional diminuir a actividade da enzima dizemos que há inibição alostérica.

Se a alteração conformacional aumentar a actividade da enzima dizemos que há activação alostérica.

Sítios alostéricos

Activador alostérico

Inibidor alostérico

38centro activo

AMP

sítio alostérico

Fosforílasemuscular na conformação tensa (inactiva)

Fosforílasemuscular na

AMP

Quando uma fibra muscular se contrai aumenta a velocidade de hidrólise do ATP e aumenta a concentração de AMP. O AMP liga-se à fosforílase muscular induzindo uma conformação mais activa ⇔ o AMP é um activador alostérico da fosforílase muscular.

conformação relaxada (activa)

39

A ligaçãoentre os substratos e o centro activoentre os inibidores competitivos e o centro activo ou entre os modificadores alostéricos e os sítios alostéricos é de tipo não covalente e reversível.

AMP

sítio alostérico

40

Um ligando diferente do substrato que se liga ao centro activo é um inibidor isostérico(se se liga no centro activo só pode inibir).

... mas se a ligação do inibidor ao sítio activo for irreversível(não podendo ser “deslocado” por altas concentrações de substrato) as moléculas de enzima ligadas ao inibidor ficam excluídas do processo catalítico.

Se a ligação entre um inibidor isostérico e o centro activo for reversível(se poder se “deslocado” pelo substrato) esse inibidor comporta-se funcionalmente como inibidor competitivo ...

Neste caso o inibidor comporta-se funcionalmente como não competitivo.

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A lípase pancreática catalisa a hidrólise de triacilgliceróis no intestino.

No tratamento da obesidade pode usar-se um fármaco (orlistat; xenical) que é um inibidor da lípase pancreática.

O orlistat reage com uma serina (formando uma ligação covalente e irreversível) situada no centro activo da enzima bloqueando a sua actividade.

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A modificação da actividade de uma enzima pode envolver a sua modificação covalente (hidrólise irreversível ou fosforilação reversível) por acção catalítica de enzimas.

Certas enzimas são activadas por hidrólise irreversível.São exemplos a activação dos zimogénios na digestão dos nutrientes.

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Muitas enzimas são reguladas por mecanismos de fosforilação/desfosforilação catalisadas por enzimas (cínases e fosfátases).

A cínase da desidrogénase do piruvatocatalisa a fosforilação da desidrogénase do piruvato que no estado fosforilado fica inactiva.

A fosfátase da desidrogénase do piruvatocatalisa a desfosforilação da desidrogénase do piruvato que no estado desfosforilado fica activa.

P

Forma fosforilada (inactiva)

Forma desfosforilada(activa)

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A regulação de uma via metabólica pode envolver activações e inibições alostéricas e/ou isostéricas assim como activações e inibições por fosforilação e desfosforilação reversível que operam em cadeia.

O AMP

é activador alostérico de uma cínase

que inactiva a carboxílase de acetil-CoA

o que baixa a concentração de malonil-CoA.

A descida do malonil-CoA “desinibe” a carnitina-palmitoil transférase I

A carnitina-palmitoil transférase I é a enzima reguladora da oxidação dos ácidos gordos.