Regulação enzimática

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Conta uma lenda nórdica que o capitão de um navio roubou a um feiticeiro um moinho mágico, que moia aquilo que o seu amo mandasse. Tendo necessidade de sal, mandou ao moinho produzi-la. O muinho começou a moer sal, até encher o navio. O infeliz capitão, embora soubesse como pôr o moinho a trabalhar, não sabia a palavra mágica necessária para o fazer parar, e o peso do sal arrastou o navio, com o capitão, os marinheiros e o moinho para o fundo do mar.
Lá continuou a moer sal, e ainda hoje continua. É por isso que a água de mar é salgada...

Seja a história verdadeira ou não, ensina claramente a necessidade de saber parar quando é necessário. Uma enzima é apenas um catalisador, uma molécula que não decide o que deve ou não fazer. Poderia, portanto, acontecer algo parecido à triste história do capitão distraído, e a célula morrer afogada nos produtos de alguma reacção enzimática.

Os mecanismos de retroalimentação (feed-back)

A bóia de um depósito é um mecanismo de regulação. quando o depósito está quase cheio, a boia acciona o fecho da torneira de entrada de água. Ao baixar o nível, a torneira volta a abrir. Se a saida de água do depósito não for maior do que o débito da torneira de entrada, o nível do depósito vai-se manter igual. Do mesmo modo actua o regulador centrífugo de presão utilizado nas caldeiras (quanto mais depressa gira, mais se abre a válvula) e o termostato de um aquecedor. Estes são exemplos de retroalimentação negativa. Quando o producto (nível de água, pressão, temperatura) aumenta para cima de determinado limite, reduz-se a actividade do sistema. A retroalimentação positiva é uma situação inestável, da qual podem ser apresentados muitos exemplos, dos quais o mais conhecido é o que acontece quando um microfone capta o som do amplificador e se produz um asobio que vai aumentando de volume e rapidamente se torna insuportável. Algo semelhante acontece com os "hit parade": os discos mais vendidos são os que mais se ouvem na televisão, e portanto as vendas aumentam. Os menos vendidos (que podem ser muito bons) não se ouvem e não se conhecem pelos compradores. Um e outro caso termina com o fenómeno de "saturação". O amplificador queima, e as vendas caem a pique quando todo o publico ficou farto de ouvir sempre a mesma cantiga.

Os processos vitais caracterizam-se por sistemas de retroalimentação negativa. Veremos alguns exemplos nas enzimas.

Condições óptimas de funcionamento

É curioso que as condições óptimas de funcionamento das enzimas não costumam ser as do meio celular no qual elas trabalham. Por exemplo, o pH óptimo da maioria das enzimas intracelulares não é o pH do citoplasma. Isto já pode ser um sistema de regulação: suponhamos uma enzima que sintetiza um produto que causa uma subida do pH. Se o pH óptimo está um pouco abaixo do pH normal da célula, trabalhará mais intensamente quando o pH da célula atingir valores mais baixos do que o normal, tendo como resultado a subida do pH, e consequente diminuição na actividade da enzima. Este exemplo peca por simplificador, de facto a situação é mais complexa, mas serve par entender o tipo de mecanismos que controlam a homeostase da célula, a manutenção de um meio de características constantes independentemente (dentro de certos limites) das condições externas.

A inibição enzimática

O termo inibir, do latim inhibere, tem o significado de proibir ou impedir o exercício de uma faculdade ou hábito. Uma enzima é inibida por qualquer substancia, o inibidor, que impeça ou diminua a actividade da mesma. Pode ser irreversível ou reversível.

Inibição irreversível

Uma inibição irreversível resulta da ligação estável da molécula de enzima com o inibidor, inutilizando o local activo. Normalmente esta ligação é de tipo covalente. Temos aqui, na realidade, uma degradação da molécula, como a causada por qualquer agente desnaturante. A diferença é que o inibidor irreversível pode ser específico de uma determinada enzima, o que tem utilidade na investigação e na utilização como fármaco. O estudo de processos fisiológicos é feito frequantemente por inibição selectiva de alguns passos da seqüência de reacções. Por outro lado, diversos medicamentos são bloqueantes de certas enzimas para evitar a síntese de algum composto indesejado. A toxicodependência é, muitas vezes, provocada pela ligação irreversível da droga a alguma enzima relacionada com a transmissão do impulso nervoso.

Inibição reversível

Este é o tipo de inibição que actua nos processos vitais. Funciona a partir de um composto o inibidor– que se liga à enzima de forma reversível. Pode ser de dois tipos: Competitiva e não-competitiva, tambem chamada alostérica.

Inibição competitiva

Nesta situação, o inibidor liga-se ao local activo da enzima, competindo (daí o nome) com o substrato. Uma enzima livre, em qualquer momento, pode ligar-se com uma molécula de inibidor ou com uma molécula de substrato.

No esquema da direita, a enzima (em verde) liga-se ao substrato (vermelho) em 1 e 2. No caso 3, porém, a presença do inibidor, a azul, bloqueia o local activo, impedindo a ligação do substrato. Vejamos, por outro lado, que o inibidor não é alterado pela enzima.

O complexo enzima-inibidor, como é uma ligação reversível, terá uma certa probabilidade de se desfazer, deixando lugar livre para uma molécula de substrato. O efeito, em termos quantitativos, será a diminuição da velocidade de reacção. Para uma concentração determinada de inibidor, a actividade enzimática em função da concentração do substrato aumenta segundo a curva prevista na equação de Michaelis-Menten, como se o valor da constante KM tivesse aumentado. A velocidade máxima manter-se-á igual, porque, de facto, ao aumentar a concentração de substrato, este acabará por ultrapassar de tal modo a concentração do inibidor, que a enzima quase não encontrará moléculas de inibidor no meio.

Nos gráficos aparece a actividade da enzima sem inibidor (curva vermelha) e com inibidor (curva azul), nas representações linear (à esquerda) e segundo o gráfico de Lineweaver-Burk à direita. Podemos ver que a constante de Michaelis-Menten é maior para a curva azul (lembremos que o ponto de intersecção da curva com o eixo das abcissas corresponde a -1/KM, pelo que, quanto mais próximo esteja do zero, maior será o valor de KM). A velocidade máxima, pelo contrário, será a mesma, o que não é evidente no gráfico da esquerda mas sim no da direita (intersecção da curva com o eixo das ordenadas).

Um exemplo deste tipo de inibição é o da succinato-desidrogenase pelo ácido malónico. Tanto o succinato como o malonato são componentes do ciclo de Krebs, e a succinato-desidrogenase é uma das enzimas que actuam nesse ciclo. O ácido malónico compite com o succínico no local activo da enzima.

A inibição alostérica, não competitiva

Observa-se um outro tipo de inibição, onde não há alteração da constante de Michaelis-Menten, mas sim da velocidade máxima de reacção. É a inibição não competitiva ou alostérica. O seu mecanismo é mais complexo do que o da competitiva, porque a molécula de enzima tem dois locais activos: um para o substrato e outro (local alostérico) para o inibidor. A ligação do inibidor à enzima provoca uma alteração na conformação da molécula que modifica as características do local activo, impedindo a ligação do substrato.

Nos esquemas da direita, vemos, em 1 e 2 a ligação do substrato à ennzima. Em 3, o inibidor (o código de cores é o mesmo da alínea anterior) está ligado à enzima, e o local activo já não pode receber o substrato específico.

Neste caso, o efeito da inibição não é, como no caso competitivo, semelhante a uma diminuição na concentração do substrato, mas o de uma diminuição na concentração da enzima. As moléculas de enzima ligadas ao inibidor estão inutilizadas, e não é o aumento de concentração de substrato que reduz o número de moléculas de enzima inibidas, dado que o local activo não é o mesmo.

Nos gráficos podemos ver o efeito do inibidor (violeta) na curva de actividade enzimática (sem inibidor a vermelho ). No gráfico de Lineweaver-Burk vemos que as duas curvas intersectam no mesmo ponto do eixo de abcissas, apresentando diferentes valores de velocidade máxima. Notar que, quanto mais alto for o ponto de ordenada na origem, menor será a velocidade máxima, visto que a ordenada representa 1/v.

A função fisiológica da inibição das enzimas

Até aqui, pode não se entender bem qual a utilidade de reduzir a eficiência de uma enzima; aparentemente, seria do maior interesse que esta eficiência fosse a máxima, assim pouparíamos enzima. Vamos estudar com atenção o gráfico que segue

Temos o caminho de síntese de um composto D a partir de um precursor A. O processo tem três passos, mediados por outras tantas enzimas. O primeiro passo é a produção do composto B a partir do A, através de uma enzima que chamaremos A-B. O segundo e o terceiro têm uma terminologia semelhante.

Suponhamos que o produto final da cadeia de reacções é o inibidor da enzima A-B. O efeito é o seguinte: quando existe suficiente quantidade de D como para não ser todo utilizado, a reacção que inicia a cadeia pára, o que tem como consequência a paragem na produção de D enquanto haja em excesso. Quando este composto for utilizado todo, deixando de haver moléculas em excesso, a inibição de A-B vai desaparecer, recomeçando o processo de produção de D. Temos aqui um típico sistema de controle com retroalimentação negativa. O sistema pode ser mais complicado, podendo ser o inibidor um produto de reacções onde D intervem, e também pode haver inibições de outros factores: por exemplo, um composto relacionado com o funcionamento de D pode ser necessário como coenzima num dos passos da cadeia.

Como sempre, este tipo de fenómenos podem ser muito mais complexos, mas a base geral da regulação enzimática é esta.

 

 

 

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