Em formação

19.8: Regulação Enzimática - Biologia


objetivos de aprendizado

  1. Compare resumidamente o controle genético da atividade enzimática em bactérias com o controle da atividade enzimática por meio da inibição por feedback.
  2. Compare resumidamente um operon induzível com um operon reprimível.
  3. Compare resumidamente a inibição competitiva com a inibição não competitiva.

Nas células vivas, existem centenas de enzimas diferentes trabalhando juntas de maneira coordenada. As células vivas não sintetizam nem quebram mais material do que o necessário para o metabolismo e crescimento normais. Tudo isso requer mecanismos de controle precisos para ligar e desligar as reações metabólicas. As enzimas podem ser controladas ou reguladas de duas maneiras: controlando a síntese da enzima (controle genético) e controlando a atividade da enzima (inibição por feedback).

Controle Genético

O controle genético da atividade enzimática refere-se ao controle da transcrição do mRNA necessário para a síntese de uma enzima. Em células procarióticas, isso envolve a indução ou repressão da síntese enzimática por proteínas regulatórias que podem se ligar ao DNA e bloquear ou aumentar a função da RNA polimerase, a enzima necessária para a transcrição. As proteínas reguladoras são parte de um operon ou um regulon. Um operon é um conjunto de genes transcritos como uma mensagem policistrônica que é controlada coletivamente por uma proteína reguladora. Um regulon é um conjunto de genes relacionados controlados pela mesma proteína reguladora, mas transcritos como unidades monocistrônicas. Proteínas reguladoras podem funcionar como repressores ou ativadores.

Controle Genético: Repressores

Repressores são proteínas regulatórias que bloqueiam a transcrição do mRNA. Eles fazem isso ligando-se a uma porção do DNA chamada de operador, que fica a jusante de um promotor. A ligação da proteína reguladora ao operador evita que a RNA polimerase passe pelo operador e transcreva a sequência de codificação das enzimas. Isso é chamado de controle negativo. Repressores são proteínas alostéricas que possuem um local de ligação para uma molécula específica. A ligação dessa molécula ao sítio alostérico do repressor pode alterar a forma do repressor que, por sua vez, afeta sua capacidade de se ligar ao DNA. Isso pode funcionar de duas maneiras:

Alguns repressores são sintetizados de uma forma que não pode por si só se ligar ao operador. A ligação de uma molécula chamada corepressor, no entanto, altera a forma da proteína reguladora para uma forma que pode se ligar ao operador e bloquear a transcrição.

Figura ( PageIndex {1} ): Um Operon Reprimível na Ausência de um Corepressor (O Operon Triptofano). Etapa 1: O gene regulador codifica uma proteína repressora inativa. Etapa 2: A proteína repressora inativada é incapaz de se ligar à região operadora do operon.

Um exemplo desse tipo de repressão é o trp operon em E. coli que codifica as cinco enzimas na via de biossíntese do aminoácido triptofano. Nesse caso, a proteína repressora, codificada por um gene regulador, normalmente não se liga à região operadora do trp operon e as cinco enzimas necessárias para sintetizar o aminoácido triptofano são feitos (Figura ( PageIndex {1} ) e Figura ( PageIndex {2} )).

Figura ( PageIndex {2} ): Um Operon Reprimível na Ausência de um Corepressor (O Operon Triptofano). Etapa 3: Como a proteína repressora inativa é incapaz de se ligar à região operadora, a RNA polimerase (a enzima responsável pela transcrição dos genes) agora é capaz de se ligar à região promotora do operon. Etapa 4: a RNA polimerase agora é capaz de transcrever os cinco genes da enzima em mRNA. Etapa 5: Com a transcrição desses genes, as cinco enzimas necessárias para a bactéria sintetizar o aminoácido triptofano são feitas agora.

O triptofano, o produto final dessas reações enzimáticas, no entanto, funciona como um corepressor. O triptofano é capaz de se ligar a um sítio da proteína repressora alostérica, mudando sua forma e permitindo que ele interaja com a região operadora. Uma vez que o repressor se liga ao operador, a RNA polimerase é incapaz de ir além do operador e transcrever os genes para a biossíntese do triptofano. Portanto, quando triptofano suficiente está presente, a transcrição das enzimas que permite sua biossíntese são desligadas (Figura ( PageIndex {3} ) e Figura ( PageIndex {4} )).

Figura ( PageIndex {3} ): Um Operon Repressível na Presença de um Corepressor (O Operon Triptofano). Etapa 2: se o corepressor, o triptofano, estiver presente, ele se liga à proteína repressora inativa. Etapa 3: A ligação do corepressor faz com que a proteína repressora inativa seja ativada. Etapa 4: A proteína repressora ativada então se liga à região operadora do operon.

Figura ( PageIndex {4} ): Um Operon Repressível na Presença de um Corepressor (O Operon Triptofano). Etapa 5: Com a proteína repressora ativa ligada à região operadora, a RNA polimerase (a enzima responsável pela transcrição dos genes) é incapaz de se ligar à região promotora do operon. Etapa 6: Se a RNA polimerase não se ligar à região do promotor, os cinco genes da enzima não serão transcritos em mRNA. Etapa 5: Sem a transcrição dos cinco genes, as cinco enzimas necessárias para a bactéria sintetizar o aminoácido triptofano não são feitas.

Outros repressores são sintetizados em uma forma que se liga prontamente ao operador e bloqueia a transcrição. No entanto, a ligação de uma molécula chamada indutor altera a forma da proteína reguladora de uma forma que agora bloqueia sua ligação ao operador e, portanto, permite a transcrição.

Um exemplo disso é o laca operon que codifica as três enzimas necessárias para a degradação da lactose por E. coli. E. coli só sintetizará as três enzimas necessárias para utilizar a lactose se esse açúcar estiver presente no ambiente circundante. Nesse caso, a lactose funciona como indutor. Na ausência de lactose, a proteína repressora se liga ao operador e a RNA polimerase é incapaz de ir além do operador e transcrever os genes para a utilização da lactose e as três enzimas para a degradação da lactose não são sintetizadas (Figura ( PageIndex {5} ) e Figura ( PageIndex {6} )).

Figura ( PageIndex {5} ): Um operon induzível na ausência de um indutor (o operon lactose). Etapa 1: O gene regulador codifica uma proteína repressora ativa.
Etapa 2: a proteína repressora então se liga à região operadora do operon.

Figura ( PageIndex {6} ): Um operon induzível na ausência de um indutor (o operon lactose). Etapa 3: Com a proteína repressora ativa ligada à região operadora, a RNA polimerase (a enzima responsável pela transcrição dos genes) é incapaz de se ligar à região promotora do operon. Etapa 4: Se a RNA polimerase não se ligar à região do promotor, os três genes da enzima (Z, Y e A) não serão transcritos em mRNA. Etapa 5: Sem a transcrição dos três genes da enzima, as três enzimas necessárias para a utilização do açúcar lactose pela bactéria não são sintetizadas.

Quando a lactose, o indutor, está presente, ela se liga à proteína repressora alostérica e faz com que ela mude de forma de tal forma que não é mais capaz de se ligar ao operador. Agora a RNA polimerase pode transcrever os três genes necessários para a degradação da lactose e a bactéria é capaz de sintetizar as enzimas necessárias para sua utilização (Figura ( PageIndex {7} ) e Figura ( PageIndex {8} )) .

Figura ( PageIndex {7} ): Um operon induzível na presença de um indutor (o operon lactose) Etapa 1: O gene regulador codifica uma proteína repressora ativa. Etapa 2: Lactose, a molécula indutora se liga à proteína repressora ativa. Passo 3: A ligação do indutor inativa a proteína repressora. Etapa 4: A proteína repressora inativada é então incapaz de se ligar à região operadora do operon.

Figura ( PageIndex {8} ): Um Operon Indutível na Presença de um Indutor (O Operon Lactose) Etapa 5: Uma vez que a proteína repressora inativa é incapaz de se ligar à região do operador, a RNA polimerase (a enzima responsável pela transcrição dos genes) agora é capaz de se ligar ao região promotora do operon. Etapa 6: a RNA polimerase agora é capaz de transcrever os três genes da enzima (Z, Y e A) em mRNA. Etapa 7: Com a transcrição desses genes, as três enzimas necessárias para a bactéria utilizar o açúcar lactose são agora sintetizadas. (O gene Z codifica a beta-galactosidase, uma enzima que decompõe a lactose em glicose e galactose. O gene Y codifica a permease, uma enzima que transporta a lactose para a bactéria. O gene A codifica a transacetilase, uma enzima que se acredita auxiliar na liberação de galactosídeos.)

  • O gene regulador codifica uma proteína repressora ativa.
  • A proteína repressora então se liga à região operadora do operon.
  • Com a proteína repressora ativa ligada à região operadora, a RNA polimerase (enzima responsável pela transcrição dos genes) é incapaz de se ligar à região promotora do operon.
  • Se a RNA polimerase não se liga à região do promotor, os três genes da enzima (Z, Y e A) não são transcritos em mRNA.
  • Sem a transcrição dos três genes enzimáticos, as três enzimas necessárias para a utilização do açúcar lactose pela bactéria não são sintetizadas.

  • O gene regulador codifica uma proteína repressora ativa.
  • A lactose, a molécula indutora, se liga à proteína repressora ativa.
  • A ligação do indutor altera a forma do repressor alostérico fazendo com que ele se torne inativado.
  • A proteína repressora inativada é então incapaz de se ligar à região operadora do operon.
  • Como a proteína repressora inativa é incapaz de se ligar à região operadora, a RNA polimerase (a enzima responsável pela transcrição dos genes) agora é capaz de se ligar à região promotora do operon.
  • A RNA polimerase agora é capaz de transcrever os três genes da enzima (Z, Y e A) em mRNA.
  • Com a transcrição desses genes, as três enzimas necessárias para a bactéria utilizar o açúcar lactose são agora sintetizadas. O gene A codifica a transacetilase, uma enzima que se acredita ajudar na liberação de galactosídeos.)

Controle Genético: Ativadores

Os ativadores são proteínas regulatórias que promovem a transcrição do mRNA. Os ativadores controlam genes que possuem um promotor ao qual a RNA polimerase não pode se ligar. O promotor fica adjacente a um segmento de DNA denominado sítio de ligação do ativador. O ativador é uma proteína alostérica sintetizada em uma forma que normalmente não pode se ligar ao local de ligação do ativador. Como resultado, a RNA polimerase é incapaz de se ligar ao promotor e transcrever os genes (Figura ( PageIndex {9} )).

Figura ( PageIndex {9} ): Uma proteína ativadora na ausência de um indutor

No entanto, a ligação de uma molécula chamada indutor ao ativador altera a forma do ativador de uma forma que agora permite que ele se ligue ao local de ligação do ativador. A ligação do ativador ao local de ligação do ativador, por sua vez, permite que a RNA polimerase se ligue ao promotor e inicie a transcrição (Figura ( PageIndex {1} ) 0 e Figura ( PageIndex {1} ) 1 ) Isso é chamado de controle positivo.

Figura ( PageIndex {1} ) 0: Uma proteína ativadora na presença de um indutor, etapa 1

Figura ( PageIndex {11} ): Uma proteína ativadora na presença de um indutor, etapa 2

As bactérias também usam controle translacional da síntese de enzimas. Nesse caso, a bactéria produz RNA antisense que é complementar ao mRNA que codifica a enzima. Quando o RNA antisense se liga ao mRNA por emparelhamento de bases complementares, o mRNA não pode ser traduzido em proteína e a enzima não é produzida (Figura ( PageIndex {12} )).

Figura ( PageIndex {12} ): RNA anti-sentido. Durante o controle translacional da síntese enzimática, as bactérias produzem RNA antisense que é complementar ao mRNA que codifica a enzima. Quando o RNA antisense se liga ao mRNA por emparelhamento de bases complementares, o mRNA não pode ser traduzido em proteína e a enzima não é produzida.

Inibição de feedback

A atividade da enzima pode ser controlada por inibição competitiva e inibição não competitiva. Com a inibição não competitiva, o inibidor é o produto final de uma via metabólica capaz de se ligar a um segundo local (o local alostérico) da enzima. A ligação do inibidor ao sítio alostérico altera a forma do sítio ativo da enzima, evitando assim a ligação do primeiro substrato na via metabólica. Desta forma, o caminho é desativado (Figura ( PageIndex {13} )).

Figura ( PageIndex {13} ): Inibição não competitiva com enzimas alostéricas. Quando o produto final (inibidor) de uma via se combina com o sítio alostérico da enzima, isso altera o sítio ativo da enzima de forma que ela não pode mais se ligar ao substrato inicial da via. Isso bloqueia a produção do produto final.

Com a inibição competitiva, o inibidor é o produto final de uma reação enzimática. Esse produto final também é capaz de reagir com o sítio ativo da enzima e impede que a enzima se ligue ao seu substrato normal. Como resultado, o produto final não é mais sintetizado (Figura ( PageIndex {14} )).

Figura ( PageIndex {14} ): Inibição competitiva da atividade enzimática. O produto final (inibidor) de uma via liga-se ao sítio ativo da primeira enzima da via. Como resultado, a enzima não pode mais se ligar ao substrato inicial da via.


Assista o vídeo: Enzimas - cinética e regulação (Janeiro 2022).