Funções de Enzimas Alostéricas, Estrutura e Cinética

O Enzimas alostéricas são substâncias químicas orgânicas que são compostas com uma estrutura de quatro moléculas, pelo que se diz que sua estrutura é quaternária.

Em suma, as enzimas alostéricas possuem mais de uma cadeia polipeptídica e contêm unidades nas quais a catálise é realizada. Estes, por sua vez, também possuem o local de atividade, isto é, troca química, e por esse motivo realizam um reconhecimento do substrato.

Em outras palavras, as enzimas alostéricas são caracterizadas por terem mais de duas cadeias polipeptídicas, cujas subunidades têm propriedades diferentes: uma isostérica, que é o próprio sítio ativo, e uma alostérica, onde a regulação enzimática é realizada.

Este último não possui atividade de catálise, mas pode estar ligado a uma molécula de modulação que pode atuar como estímulo ou impedimento para a realização da atividade das enzimas.

Breve introdução às enzimas alostéricas

As enzimas alostéricas têm a importante tarefa de facilitar a digestão. À medida que penetram no núcleo das moléculas, essas enzimas têm o poder de intervir no metabolismo do organismo, de modo que elas têm a capacidade de fazê-lo absorver e excretar de acordo com as necessidades bioquímicas que surgem.

Para que isso seja viável, é necessário que as enzimas alostéricas movam os mecanismos com os quais o processo de regulação é realizado.

Estas enzimas são classificadas em duas vertentes: K e V. Em ambos, é normalmente visto que a sua curva de saturação não é tipicamente a de uma hipérbole, mas a de uma forma irregular que imita o sigma do alfabeto grego.

Isto significa, evidentemente, que a sua estrutura e cinética não é de todo igual à das enzimas michaelianas, muito menos das enzimas não alostéricas, uma vez que o seu substrato causa variações e diferenças relevantes na velocidade da reação.

A estrutura e cinética das enzimas alostéricas estão diretamente associadas às interações cooperativas, especificamente aquelas que não são covalentes.

Este pressuposto baseia-se na premissa de que a curva sigmóide, que é desenhada quando a concentração do substrato aumenta, está relacionada às mudanças estruturais que ocorrem com as enzimas.

No entanto, essa correlação nem sempre é absoluta e se presta a ambiguidades nas quais certas peculiaridades desse sistema são omitidas.

Função

Globalmente, as enzimas alostéricas são referidas como aquelas moléculas de origem orgânica, nas quais podem afetar as ligações bioquímicas entre proteínas e enzimas.

A ação dessas enzimas alostéricas é desenvolvida através de uma infiltração no núcleo molecular, de modo que dentro do organismo é responsável pela catálise digestiva. Graças a isso, vários processos relacionados ao trato gastrointestinal são estendidos, especialmente no manejo do metabolismo.

Portanto, a função primária das enzimas alostéricas é cuidar de facilitar a digestão no corpo. Isso acontece porque o processo de ligação a que são submetidos permite a assimilação de nutrientes, bem como a eliminação de desperdícios na estrutura do organismo a ser favorecida.

Portanto, a catálise do sistema digestivo se desenvolve continuamente em um ambiente equilibrado no qual cada modulador possui um sítio alostérico específico.

Além disso, as enzimas alostéricas são, do ponto de vista metabólico, aquelas que alcançam que a atividade enzimática é controlada através de flutuações que são percebidas no nível do estrato.

Quanto menores forem as alterações feitas na concentração desse substrato, maiores serão as transformações pelas quais a atividade das enzimas passará, e vice-versa.

Por outro lado, os valores das enzimas alostéricas K podem ser aumentados com uma dose mínima do modulador de inibição.

Pode acontecer que no seu desempenho, as enzimas alostéricas sejam inibidas no final do processo metabólico, algo que acontece em alguns sistemas multienzimáticos (eles têm muitos tipos de enzimas), sendo muito mais se as capacidades celulares forem excedidas.

Quando isso acontece, as enzimas alostéricas garantem que a atividade catalítica é diminuída; caso contrário, o substrato faz com que a atividade enzimática seja ativada em vez de regulá-lo.

A regulação alostérica

É conhecido como aqueles processos celulares nos quais a atividade enzimática é regulada por um processo de ajuste. Isso é possível porque ocorre um feedback que pode ser positivo (isto é, ativação) ou negativo (inibição).

A regulação pode ocorrer de várias formas, seja em escala orgânica (supracelular, acima da célula), por transdução de sinal e por modificação covalente de enzimas.

A fixação do substrato pode ocorrer normalmente no centro ativo quando o inibidor não está presente.

No entanto, se esse centro alostérico é ocupado pelo inibidor, este primeiro elemento muda em sua estrutura e, portanto, o substrato não pode ser fixado.

A presença da cinética sigmóide pode sugerir que existe uma relação de cooperação no substrato, mas esta nem sempre é a regra, com exceções (veja a seção "Alosterismo e cooperatividade: sinônimos", abaixo).

Estrutura e Cinética

Vários dos polipeptídeos das enzimas alostéricas carecem de catálise. Em qualquer caso, eles também têm sites estratégicos e muito específicos, nos quais ocorre uma ligação e reconhecimento do modulador, e é por isso que uma enzima de modulação que é complexa pode resultar.

Isso se deve ao fato de que sua maior ou menor atividade de catálise depende da polaridade do modulador, ou seja, se é um pólo negativo (o da inibição) ou um positivo (ativação).

O local onde ocorre essa troca bioquímica, ou melhor, a interação enzimática com o modulador, é conhecido como sítio alostérico.

É onde suas propriedades são mantidas sem que o modulador sofra alterações em nível químico. No entanto, a ligação entre o modulador e a enzima não é irreversível, muito pelo contrário; Pode ser desfeito. Portanto, pode-se dizer que este processo das enzimas alostéricas não é imóvel.

Uma característica que destaca as enzimas alostéricas é que elas não correspondem aos padrões cinéticos que atendem aos princípios de Michaelis-Menten.

Em outras palavras, os experimentos realizados até agora mostraram que a ligação entre uma enzima alostérica e os moduladores (independentemente de sua polaridade) tem uma curva de saturação que não tem uma forma regular, mas sigmóide, com curvatura semelhante à Letra grega do sigma.

As diferenças nesta forma sigmóide são poucas, independentemente de se usarem moduladores (positivos ou negativos) ou não serem usados.

Em todos os casos, a velocidade das reações das enzimas alostéricas mostra uma série de modificações dramáticas cujas concentrações de substrato são menores em comparação com os moduladores negativos e maiores com os positivos. Por sua vez, eles têm valores intermediários quando não há moduladores ligados às enzimas.

O comportamento cinético das enzimas alostéricas pode ser descrito com dois modelos: simétrico e seqüencial.

Modelo simétrico

Neste modelo, uma enzima alostérica pode ser apresentada de acordo com as conformações, que são o tenso e o relaxado.

As subunidades podem estar em uma ou outra extremidade, uma vez que há um equilíbrio que muda entre os dois estados em que os moduladores negativos se aproximam da conformação, enquanto os relaxados se unem aos substratos e ativadores.

Modelo sequencial

Com este modelo você tem um paradigma diferente. Aqui também há duas conformações, mas cada uma pode atuar independentemente, separadamente.

Nesse ponto, pode haver um aumento ou uma queda nas afinidades dos elos bioquímicos das enzimas, com níveis de cooperatividade que podem ser de ativação ou inibição.

Mudanças estruturais são passadas sucessivamente de uma subunidade para outra, com uma ordem definida.

Ambos os modelos, simétrico e sequencial, trabalham por conta própria, de acordo com seus próprios padrões. No entanto, ambos os modelos podem trabalhar de maneira conjunta e, portanto, não são mutuamente exclusivos.

Nestes casos há estados intermediários nos quais se observa como as conformações, isto é, o tenso e o relaxado, participam de um processo de cooperação no qual as interações bioquímicas das enzimas alostéricas se fundem.

Alosterismo e cooperatividade: sinônimos?

Acredita-se que o alosterismo é o mesmo que o cooperativismo, mas este não é o caso. A confusão dos dois termos, aparentemente, vem de suas funções.

No entanto, deve-se notar que essa semelhança não é suficiente para que o alosterismo e o cooperativismo sejam usados ​​como palavras equivalentes. Ambas têm nuances sutis às quais a atenção deve ser dada antes de cair em generalizações e categorizações erradas.

É necessário lembrar que as enzimas alostéricas, quando se juntam aos moduladores, assumem uma variedade de formas. Moduladores positivos são ativados, enquanto os moduladores negativos inibem.

Em ambos os casos, há uma mudança substancial na estrutura enzimática no sítio ativo, que por sua vez se torna a mudança desse mesmo local ativo.

Um dos exemplos mais práticos disto é visto na inibição não competitiva, na qual o modulador negativo se liga a uma enzima diferente do substrato.

Contudo, a afinidade desta enzima em relação ao substrato pode ser diminuída por este modulador negativo das enzimas alostéricas, pelo que pode tornar-se uma inibição competitiva, independentemente de a estrutura do substrato ser diferente da estrutura da enzima.

Do mesmo modo, pode acontecer que exista um aumento na referida afinidade ou que, em vez de um efeito de inibição, ocorra um efeito inverso, isto é, um efeito de ativação.

O fenômeno do cooperativismo ocorre em muitas das enzimas alostéricas, mas isso só é classificado como tal quando as enzimas têm vários locais onde conseguem se ligar ao substrato, por isso são chamadas de enzimas oligoméricas.

Além disso, as afinidades são produzidas de acordo com o nível de concentração que o efetor possui, e nelas os moduladores positivos, os negativos e até o próprio substrato atuam de maneira variada ao longo deste processo.

Para produzir este efeito, é necessário apresentar vários sítios capazes de se ligar ao substrato, e o resultado aparece graficamente em estudos científicos como curvas sigmóides, as quais já foram referidas.

E é aí que o emaranhamento ocorre, porque tende a ser associado que, se há uma curva sigmóide na análise enzimática, é porque a enzima alostérica observada deve necessariamente ser cooperativa.

Além disso, um dos fatores que contribuem para esse emaranhamento é que o grau de cooperatividade existente no sistema é operado pelos efetores alostéricos.

Seu nível pode aumentar com a presença de inibidores, enquanto tende a diminuir quando os ativadores estão presentes.

No entanto, a cinética só abandona sua condição sigmóide quando se torna michaeliana, na qual as concentrações do ativador são elevadas.

Portanto, é claro que as curvas sigmóides podem ser antônimos de enzimas alostéricas. Embora a maioria dessas enzimas, quando este substrato está saturado, tenha dito sinal, é falso que exista uma interação alostérica apenas porque uma curvatura da cinética sigmóide é vista no gráfico.

Supor o inverso também é falacioso; o sigmóide não implica que exista uma manifestação inequívoca do alosterismo.

Um único alosterismo: hemoglobina

A hemoglobina é considerada um exemplo clássico do que acontece com os sistemas alostéricos. Neste componente dos glóbulos vermelhos, um substrato correspondente ao tipo sigmoide é fixo.

Esta fixação pode ser inibida através de efetores nos quais não há ação no centro ativo, que não é outro senão o grupo heme. A cinética michaeliana, por outro lado, é apresentada isoladamente nas subunidades que participam da fixação do oxigênio.

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