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Qual é a utilidade de ciclos de reação fúteis, como Fruc-P para Fruc-BP?


Uma etapa limitante da taxa de glicólise é a conversão de Frutose-6-Fosfato (Fruc-6-P) em Frutose-1,6-Bifosfato (Fruc-1,6-BP), catalisada pela Fosfofrutocinase 1 (PFK 1). A reação envolve a hidrólise de um ATP em ADP.

A reação reversa da gliconeogênese é catalisada pela Frutose-Bisfosfatase (FBP). Esta reação usa 1 H2O para hidrólise e produz 1 fosfato (Peu).

Seria de se esperar que a célula utilizasse apenas uma das duas reações ao mesmo tempo, seja para quebrar a glicose ou para gerá-la. No entanto, o caso é comumente que ambas as reações estão ocorrendo simultaneamente em um equilíbrio [ref 'Biochemistry', Voet & Voet, 4ª ed., 628-629 (Seção 17-4-Ff, g, h, (i))] , ciclando Fruc-1,6-BP sem nenhum benefício aparente, às custas de ATP valioso.

Qual é o propósito de tais ciclos fúteis?


Pelo que eu sei, existem vários mecanismos regulatórios (regulação alostérica, controle hormonal) para minimizar a ciclagem fútil, garantindo que a fosfofrutocinase (glicólise) e a frutose 1,6 bifosfatase (gliconeogênese) não estejam ambas ativas ao mesmo tempo.

Veja este artigo da Wikipedia para um ponto de partida.

A regulação precisa de PFK1 impede que a glicólise e a gliconeogênese ocorram simultaneamente. No entanto, existe um ciclo de substrato entre F6P e F-1,6-BP. Frutose-1,6-bisfosfatase (FBPase) catalisa a hidrólise de F-1,6-BP de volta para F6P, a reação reversa catalisada por PFK1. Há uma pequena quantidade de atividade de FBPase durante a glicólise e alguma atividade de PFK1 durante a gliconeogênese. Este ciclo permite a amplificação de sinais metabólicos, bem como a geração de calor por hidrólise de ATP.

Provavelmente, as duas últimas frases da citação são as coisas sobre as quais você se lembra de ter lido. Existe uma teoria de que ter algum ciclo fornece um elemento de capacidade de resposta regulatória. Veja aqui por exemplo. Não sou matemático o suficiente para explicar bem essa ideia.


A fosfofrutocinase 1 (PFK 1) não é limitante da taxa, seu coeficiente de controle de fluxo quando medido é invariavelmente pequeno. O fato de os livros didáticos continuarem sugerindo que o PFK limita a taxa é apenas um mito dos livros didáticos.

Aqui está uma seleção de artigos que suportam a observação de que o coeficiente de controle de fluxo para PFK é invariavelmente pequeno. Existem também argumentos teóricos muito fortes que são consistentes com essas observações.

  1. Heinisch J. Isolamento e caracterização dos dois genes estruturais que codificam para fosfofrutocinase em levedura. Mol Gen Genet. 1986; 202: 75-82.

  2. Schaaff I, Heinisch J, Zimmermann FK. Superprodução de enzimas glicolíticas em leveduras. Fermento. 1989; 5 (4): 285-290.

  3. Davies SE, Brindle KM. Efeitos da superexpressão de fosfofrutocinase na glicólise na levedura Saccharomyces cerevisiae. Bioquímica. 1992; 31 (19): 4729-4735.

  4. Burrell MM, Mooney PJ, Blundy M, Carter D, Wilson F, Green J, et al. Manipulação genética da 6-fosfofrutocinase em tubérculos de batata. Planta. 1994; 194: 95-101.

  5. Thomas S, Mooney PJ, Burrell MM, et al. Análise do controle metabólico da glicólise em tecido tubular de batata (Solanum tuberosum): explicação para o baixo coeficiente de controle da fosfofrutocinase sobre o fluxo respiratório. Biochemical Journal. 1997; 322 (1): 119-127.

  6. Ruijter G, Panneman H, Visser J. Overexpression of phosphofructokinase and pyruvate quinase in cítrico produtor de ácido Aspergillus niger. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Assuntos Gerais. 1997; 1334 (2): 317-326.

  7. Muller S, Zimmermann FK, Boles E. Mutant studies of phosphofructo-2-kinases não revelam um papel essencial da frutose-2, 6-bisfosfato na regulação dos fluxos de carbono em células de levedura. Microbiologia. 1997; 143 (9): 3055-3061.

  8. Urbano AM, Gillham H, Groner Y, Brindle KM. Efeitos da superexpressão da subunidade hepática de 6-fosfofruto-1-quinase no metabolismo de uma linha de células de cultura de mamíferos. Biochemical Journal. 2000; 352 (3): 921-927.

  9. Marın-Hernandez A, Rodrıguez-Enrıquez S, Vital-Gonzalez PA, Flores-Rodrıguez FL, Macıas-Silva M, Sosa-Garrocho M, et al. Determinar e compreender o controle da glicólise em células tumorais de crescimento rápido. FEBS Journal. 2006; 273 (9): 1975-1988.

  10. Moreno-Sanchez R, Marın-Hernandez A, Saavedra E, Pardo JP, Ralph SJ, Rodrıguez-Enrıquez S. Quem controla o suprimento de ATP nas células cancerosas? Aulas de bioquímica para entender o metabolismo energético do câncer. O jornal internacional de bioquímica e biologia celular. 2014; 50: 10-23.


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