Glicólise (enzimas da fase preparatória)

Como já referi noutros posts, a glicólise é composta por 10 reacções bioquímicas, todas catalisadas por enzimas diferentes. Hoje vou dedicar este post a algumas informações sobre as enzimas da fase preparatória.

1ª Enzima - Hexocinase

Esta enzima, presente em todas as nossas células, apresenta diferentes isoformas no nosso organismo e é o primeiro ponto de regulação da glicólise. De uma maneira geral, independentemente da isoforma considerada, a sua massa é de cerca de 100kDa. É uma enzima que estruturalmente pode ser dividida em duas metades com bastante homologia, a metade N-terminal e a metade C-terminal. Devido a esta característica, pensa-se que o gene desta enzima possa ter surgido por duplicação de um gene ancestral. A estrutura 3D da hexocinase pode ser comparada à concha de um bivalve...

Existem 4 isoformas principais da hexocinase (I-IV), sendo que a quarta pode também ser designada por glucocinase (ou hexocinase D), e é encontrada essencialmente no fígado. A glucocinase apresenta propriedades cinéticas e regulatórias significativamente diferentes das restantes isoformas. As hexocinases I-III possuem uma afinidade muito elevada para a glucose (Km para a glucose é de cerca de 0,1mM), sendo que para valores normais de concentração de glucose (4-5mM) a enzima encontra-se saturada com substrato. Isto é, a quantidade de substrato disponível é suficiente para que a enzima possa funcionar à sua velocidade máxima. Por outro lado, a glucocinase apresenta um Km muito superior (10mM), o que significa que em condições normais a enzima está longe da saturação com substrato. Podem estar neste momento a perguntar: "Qual é o interesse desta situação? Era muito mais vantajoso ter uma enzima a funcionar à sua velocidade máxima!" A resposta a essa questão é muito simples... A função da glucocinase é de produzir glucose-6-P que depois será principalmente desviada para a síntese de glicogénio hepático. Ora, só faz sentido nós sintetizarmos glicogénio quando temos muita disponibilidade de glucose. Portanto, a glucocinase só vai começar a funcionar a uma velocidade superior se existir um aumento da disponibilidade do substrato. Por outras palavras, ao contrário do que acontece com as restantes hexocinases, quando mais elevada for a concentração de glucose maior a velocidade de actuação da glucocinase.

O principal substrato da hexocinase é a D-glucose, mas também pode usar como substrato outras hexoses, como é o caso da D-frutose e D-manose. No entanto, o valor de Km para esses substratos é superior, ou seja, a enzima pode utilizá-los mas apresenta menos afinidade para os mesmos. Esta situação ocorre principalmente paras as hexocinase I-III, sendo que a glucocinase é mais específica para a glucose.

O mecanismo de actuação da hexocinase é designado por Random Bi Bi, no qual a enzima forma um complexo ternário com a glucose e com o Mg2+-ATP, antes da reacção ocorrer. Efectua uma catálise por efeito de proximidade.

2ª Enzima - Fosfohexose isomerase

Esta enzima apresenta uma actividade extremamente dependente do pH, o que sugere um mecanismo de actuação envolvendo cadeias laterais carregadas de aminoácidos no seu centro activo. De facto, a presença de um glutamato e de uma lisina no centro activo da fosfohexose isomerase é indispensável para a actividade catalítica da mesma. Esta enzima é altamente esteroespecífica.

3ª Enzima - Fosfofrutocinase-1 (PFK-1)

A PFK-1 é a segunda enzima regulatória da glicólise, sendo o seu principal ponto de regulação. Apresenta uma certa analogia com a hexocinase, pois a reacção que catalisa é idêntica à primeira reacção da glicólise. A nível estrutural, apresenta-se como um homotetrâmero.

Existe uma outra PFK, a PFK-2, que não actua directamente na glicólise, mas é fundamental para a sua regulação, pois controla os níveis de frutose-2,6-bisfosfato, um importante activador da PFK-1! (em breve irei colocar um post sobre a regulação da glicólise...)

4ª Enzima - Aldolase

Esta enzima é altamente esteroespecífica. Apresenta 3 diferentes isoformas (A, B e C), cuja expressão varia durante o desenvolvimento do organismo. A principal isoforma nos humanos é a A.

Na glicólise, a aldolase catalisa uma reacção designada por retro-condensação aldólica. Existem 2 resíduos de aminoácidos indispensáveis para a actuação da enzima, uma lisina e uma cisteína.

5ª Enzima - Triose fosfato isomerase

A triose fosfato isomerase apresenta-se como um homodímero. Cada subunidade tem uma estrutura em barril, composta por 8 hélices alfa e 8 folhas beta paralelas. Foi a primeira enzima descoberta a apresentar este tipo de barril alfa/beta. Esta enzima apresenta uma elevada dependência catalítica em função do pH, o que indica que efectua uma catálise ácido-base. De facto, existem 3 resíduos de aminoácidos indispensáveis para a sua actuação, um glutamato, uma histidina e uma lisina. Estes resíduos de aminoácidos desempenham um papel ao nível do estabelecimento de ligações de hidrogénio que estabilizam o estado de transição. Adicionalmente, a enzima apresenta um loop com 10 resíduos de aminoácidos altamente conservados. Este loop é importante para estabilizar o enediol (intermediário da reacção) formado durante a actividade catalítica da enzima.

Muitas vezes dá-se o exemplo da triose fosfato isomerase como um caso de "perfeição catalítica", pois apresenta uma taxa de reacção controlada pela difusão. Ou seja, a formação do produto dá-se de uma forma tão rápida quanto a colisão da enzima e do substrato e o que limita a velocidade é mesmo a difusão do produto para fora do centro activo da enzima.

Principais fontes bibliográficas:

- Voet D, Voet JG, Biochemistry, Wiley

- Nelson DL, Cox MM, Lehninger - Principles of Biochemistry, WH Freeman Publishers