Sumários

TP4

19 Março 2025, 12:30 • Francisco Rodrigues Pinto

Modulação da velocidade de um processo bioquímico.

TP4

18 Março 2025, 15:30 • Francisco Rodrigues Pinto

Modulação da velocidade de um processo bioquímico.

Regulação Metabólica Clássica: O Passo Limitante

18 Março 2025, 14:00 • Federico Herrera Garcia

Esta aula trata dos princípios clássicos da regulação metabólica, com foco na identificação do passo limitante de vias metabólicas, usada para entender como o fluxo de matéria e energia é controlado nas células.

Metabolismo e sistema aberto: O metabolismo é o conjunto de reações químicas e físicas num organismo, que permanece diferente do meio envolvente graças a barreiras de permeabilidade e trocas constantes de matéria e energia.
Objetivos clássicos da regulação metabólica:
- Identificar o passo limitante da via (reação-chave que regula o fluxo da via).
- Identificar enzimas regulatórias.
- Distinguir entre reações próximas do equilíbrio e longe do equilíbrio.
Reações longe do equilíbrio:
- Reduzida atividade enzimática e alto Keq/Q.
- São sensíveis à regulação alostérica e a fatores externos (feed-back, hormonas).
- Determinam a direção do fluxo metabólico e correspondem ao passo limitante.
- Podem ser saturadas com substrato, tornando-as independentes de pequenas variações de concentração do substrato.
Reações perto do equilíbrio:
- Alta atividade enzimática, Keq/Q próximo de 1.
- Permitem reversibilidade da via e são pouco reguladas de forma alostérica, mas sensíveis a alterações de substrato/produto.
Fluxo e passo limitante:
- O passo limitante não é necessariamente o mais lento, mas é a etapa regulada de forma mais eficaz para controlar o fluxo da via.
- Todas as reações de uma via em estado estacionário apresentam a mesma velocidade, mas a regulação ocorre sobre as etapas longe do equilíbrio.
Exemplo da glicólise:
- Hexocinase, fosfofrutocinase e piruvato cinase são passos longe do equilíbrio e candidatos clássicos ao passo limitante.
- Tabelas mostram como os valores de Keq, Q, Km e concentração fisiológica de substratos identificam essas etapas.
Regulação interna vs. externa:
- Interna: transmite variações de fluxo estabelecidas pela reação geradora de fluxo, não controla diretamente o fluxo.
- Externa: atua sobre a reação geradora de fluxo e pode regular por alosteria, co-substrato ou outros mecanismos externos à via.
Estratégia para identificação:
- Medir quocientes de ação de massas, Km, tempos de reação.
- Identificar mudanças de substratos e efeito de reguladores externos.

Este modelo clássico foi ponto de partida para abordagens quantitativas modernas e para a compreensão de doenças metabólicas e efeitos de fármacos ou hormonas.

Barreira Cinética I: Regulação da Velocidade de uma Reação

17 Março 2025, 12:00 • Federico Herrera Garcia

Esta aula aprofunda a natureza da barreira cinética como um dos principais componentes na regulação bioquímica da velocidade das reações, destacando os mecanismos moleculares e exemplos fisiológicos.

Componentes com elevado potencial de regulação da velocidade de reações:

Barreira de permeabilidade (controle da disponibilidade de substrato)
Barreira cinética (controle da qualidade do catalisador)
Barreira energética (controle termodinâmico)

Modulação da velocidade individual de reações:

Disponibilidade do substrato
- Importância do transporte celular e compartimentalização.
- Exemplos de reações não enzimáticas reguladas pelo substrato.
- Em reações enzimáticas, quando a concentração do substrato é inferior ao Km, a velocidade depende da disponibilidade do substrato (exemplos: enzimas de desintoxicação como superóxido dismutase — SOD — e catalase).
- Em geral, a maioria das enzimas não opera com concentração de substrato abaixo do Km, para garantir regulação mais fina por outros mecanismos.
Remoção do produto
- Remoção eficaz ajuda a manter a direção da reação.
- Importante em reações de equilíbrio e na prevenção de inhibição por produtos.
Modulação do catalisador (enzimas)
- Qualidade do catalisador: Envolve a atividade intrínseca da enzima, que pode ser modulada por alosteria e modificações pós-traducionais (por exemplo, fosforilação).
- Quantidade do catalisador: A expressão gênica e a degradação regulam a quantidade de enzimas presentes, promovendo controle mais lento e robusto.

Exemplos de controle pela disponibilidade do substrato:

Enzimas de desintoxicação (SOD, catalase) exibem cinética linear, mesmo em função do substrato, devido a características específicas.
Explicação dos mecanismos catalíticos de SOD (com centro ativo Cu-Zn/Mn) e catalase (Fe3+).
Controlos fisiológicos mediado pelo fator induzido por hipóxia (HIF), que regula genes diversos relacionados com crescimento, metabolismo, transporte, angiogénese, entre outros.

Controlo do fator induzido por hipóxia (HIF) pelo oxigénio:

HIF é regulado pela hidroxilação em resíduos específicos, sinalizando para ubiquinação e degradação proteica em condições normóxicas.
Este mecanismo é sensível a concentrações de oxigénio fisiológicas, permitindo adaptação celular em hipóxia.

Modelos de regulação alostérica:

Discussão dos conceitos de modulação allostérica/cooperativa da função enzimática.
Exemplos clássicos como a regulação da hexoquinase e da glucoquinase, a ligação cooperativa em hemoglobina e o controlo alostérico na aspartato transcarbamilase.
Modelos teóricos de Monod-Wyman-Changeux (MWC) e Koshland-Némethy-Filmer (KNF) para descrever transições conformacionais e cooperatividade em proteínas.

Modificação covalente reversível de resíduos de aminoácidos:

Fosforilação, oxidação, metilação, acetilação e outras modificações são mecanismos chave para a regulação funcional e dinâmica da atividade enzimática.

Importância biomédica:

Inibição alostérica de proteínas fosfatases (PTPs) é relevante em vias de sinalização de fatores de crescimento e cancro.
Exemplo dado do inibidor MSI-1436 que modula a atividade da PTP1B via interação alostérica.

TP3

12 Março 2025, 12:30 • Francisco Rodrigues Pinto

Parâmetros quantitativos típicos de processos bioquímicos. Continuação da aula anterior.