Universidade Federal Rural da Amazônia Campus Capitão Poço

Profª Francisca das Chagas

Regulação de Metabolismo

Agronomia 2014

Daniela Amor Emanuel BonfimFrancisco de AssisJerry Souza

Júlio Soares Karolainy SousaNayara PontesYeda Myrian

Introdução

Ao primeiro relance, o metabolismo parece assustador, devido a um número enorme de reagentes e reações. Contudo, há temas uniformes que tornam a compreensão desta complexidade mais manipulável. Estes temas uniformes têm em comum metabólitos, reações e esquemas reguladores que se originam a partir de uma herança evolutiva comum (Berg, Tymoczko, e Stryer).

Figura 1: Ilustrativa, Energia Fonte: Google imagens

Introdução

A regulação do metabolismo é fundamental para que um organismo possa responder de modo rápido e eficiente a variações das condições ambientais, alimentares ou ainda a condições adversas como traumas e patologias (Malheiro, 2006).

Figura 2: Imagem ilustrativa condições alimentaresFonte: http://www.guiadenutricao.com.br/

Figura 3: Planta de arroz com deficiência de cálcio Fonte: http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/

Regulação

A rede complexa de reações metabólicas.

No entanto.

Sendo que.

Regulação

Os processos metabólicos são regulados por 3 modos principais

(1) A quantidade de enzimas,

(2) suas atividades catalíticas,

(3) a acessibilidade do substrato

Controle das quantidades de enzima.

O controle da quantidade de uma enzima em particular depende das suas velocidades de sínteses e de degradação. O nível da maioria das enzima é ajustado principalmente pela alteração da velocidade de transcrição dos genes que elas codificam.

Controle das quantidades de enzima.

Por exemplo na E. Coli, a presença de lactose induz dentro de minutos um aumento de mais de 50 vezes na velocidade de síntese da galactosidase β, uma enzima necessária à degradação deste diosídeo.

Figura 4: A E. Coli, também chamada de Escherichia Coli, é um tipo de bactéria que habita normalmente no intestino humano e no de alguns animaisFonte http://www.tuasaude.com/e-coli/

Google imagens

Controle da atividade catalítica

A atividade catalítica das enzimas é controlada de vários modos.

Controle alostérico reversível

A atividade catalítica das enzimas é controlada de vários modos. O controle alostérico reversível é especialmente importante

Modificação covalente reversível

Controle da atividade catalítica

Controle alostérico reversível

Por exemplo, a primeira reação de muitas vias de biossíntese sofre inibição alostérica pelo produto final da via. A inibição da aspartato transcarbamilase pela citidina trifosfato é um exemplo bem entendido de inibição retroativa.

Figura 5: Imagem ilustrativa At. Catalítica. Fonte Elaboração própria

Controle da atividade catalítica

Modificação covalente reversível. Por exemplo, a glicogênio fosforilase, enzima que catalisa a degradação do glicogênio, uma forma de armazenamento glicídico, é ativada pela fosforilação de um dado radical de serina quando a glicose escasseia.

Figura 6: Degradação do glicogênio. Fonte: Google imagens

Controle da atividade catalítica

Os hormônios coordenam as relações metabólicas entre tecidos diferente, com frequência regulando modificação reversível das enzimas principais. Por exemplo:

O Hormônio epinefrina dispara uma cascata de transmissão de sinais no musculo, resultando na fosforilação e na ativação de enzimas importantes e levando a rápida degradação de glicogênio e glicose, que é então utilizada para fornecer ATP a contração muscular.

Muitos hormônios atuam através de mensageiros intracelulares, como o AMP cíclico e o ionte cálcio, que coordenam as atividades de muitas proteínas-alvo.

Controle da atividade catalítica

Muitas reações do metabolismo são controladas pelo estado energético da célula. Um indicador do estado energético é a carga energética, proporcional à fração molar de ATP mais a metade da fração molar do ADP, visto que o ATP contem duas ligações anidrito, enquanto a ADP, uma. Dai, a carga energética é definida como:

Figura 7: Indicador de carga energética. Fonte: Berg, Tymoczko, e Stryer

Controle da atividade catalítica

A carga energética pode ter um valor variando de 0 (tudo AMP) a 1(tudo ATP). Daniel Atkinson mostrou que as vias geradoras de ATP (catabólicas) são inibidas por cargas energéticas altas, enquanto as que utilizam ATP (anabólicas) são estimuladas por uma carga energética alta.

Nos gráficos das velocidades de reação de tais vias contra a carga energética, as curvas têm forte inclinação próxima a uma carga energética de 0,9, onde elas geralmente se interceptam (Figura 8)

Figura 8: Gráfico retrata as velocidades de uma reação qualquer. Fonte: Google imagens

Controle da atividade catalítica

É evidente que o controle destas vias evoluiu para manter a carga energéticas dentro de limites bem estreitos. Em outras palavras, a carga energética, do mesmo modo que o pH da célula, é tamponada. A carga energética da maioria das células varia de 0,80 a 0,95. Um indicador alternativo do estado energético é o potencial de fosforilação definido como:

O potencial de fosforilação, ao contrário da carga energética, depende da concentração de e está diretamente relacionada a reservas de energia disponível a partir do ATP.

Controle de Acessibilidade de substrato

Em eucariontes, a regulação e a flexibilidade

metabólica são potencializadas pela

compartimentação. Por exemplo, a oxidação de

ácidos graxos ocorre nas mitocôndrias, enquanto

a síntese desses ácidos é no citoplasma. A

compartimentação segrega reações opostas.

Figura 9: compartimentação celular. Fonte Google imagens.

Controle de Acessibilidade de substrato

O controle do fluxo de substratos é um outro meio de regular o metabolismo.

A degradação de glicose ocorre em muitas células apenas se estiver presente a

insulina para promover a entrada de glicose na célula.

A transferência de substrato de um compartimento da célula para outro (por

exemplo, do citoplasma para as mitocôndrias) pode servir como um ponto de

controle. (Berg, Tymoczko, e Stryer).

Resumo

Independente do processo metabólico estudado sempre haverá semelhança em um ponto.

Nível molecular

Figura 10: Montagem de imagens retiradas do Google imagens

Erros metabólicos

Os erros metabólicos hereditários (ou erros inatos do metabolismo) são distúrbios bioquímicos, geneticamente determinados, nos quais um defeito enzimático especifico produz um bloqueio metabólico que pode originar uma doença.

Figura 11: Alcaptonúria 1 pessoa em cada 1.000.000 de nascimentos. Fonte http://zl.elsevier.es/

Como ocorre.

No metabolismo da tirosina, a oxidase converte o ácido homogentísico em ácido maleilacetoacético.

Quando há deficiência da oxidase, ocorre um acúmulo de ácido homogentísico.

Este se oxida, formando benzoquinonas, as quais, por sua vez, formam polímeros semelhantes à melanina que se acumulam no tecido conjuntivo

Figura 12: Alcaptonúria 1 pessoa em cada 1.000.000 de nascimentos. Fonte: Google imagens

Obrigado pela atenção