Cartoon sobre enzimas

Fosfofrutocinase 1

A fosfofrutocinase 1, também conhecida como PFK-1, é a segunda enzima regulatória da glicólise e o seu principal ponto de regulação. É uma enzima alostérica pertencente à família das fosfotransferases que catalisa uma fosforilação: a conversão de frutose-6-fosfato e ATP em frutose-1,6-bisfosfato e ADP, um passo chave na regulação e limitação da taxa de glicólise, em resposta às necessidades energéticas da célula, através do processo de inibição alostérica.A regulação alostérica é a forma mais rápida de regulação específica de determinadas enzimas – as enzimas regulatórias. Requer a presença de moléculas, os moduladores alostéricos, que interatuam com as enzimas, conduzindo a alterações estruturais, tornando a enzima ou mais rápida (moduladores positivos) ou mais lenta (moduladores negativos).

A nível estrutural, apresenta-se como um homotetrâmero, ou seja, é constituída por 4 subunidades. A PFK-1 pode ser composta por três tipos de formas: M, L ou P, dependendo do tipo de tecido em que se encontra. Por exemplo, o músculo expressa apenas a isoenzima M. Já no fígado e rins predomina a isoforma L. Quanto aos eritrócitos expressam ambas as formas M e L.
Cada subunidade deste tetrâmero possui 319 aminoácidos e é composto por dois domínios: um que se liga ao ATP e o outro que se liga à frutose-6-fosfato.
O domínio N-terminal possui um papel de catalisador de ligação de ATP, enquanto que o terminal C apresenta um papel regulador.
A atividade da PFK-1 depende de um mecanismo em que ocorre transição de um estado T enzimaticamente inativo para um estado R ativo. Se, por um lado, a frutose-6-fosfato se liga, com elevada afinidade, ao estado R, já a mudança para o estado T inibe a sua capacidade de se ligar à enzima.
A atividade desta enzima é controlada por ativadores e inibidores. Por um lado, os ativadores podem ser indicadores de défice energético (ADP, AMP), já que a glicólise pretende compensar esse défice; ou o substrato da reação que catalisa (frutose-6-fosfato), entre outros ativadores. Por outro lado, como inibidores existem o ATP, visto que, se a célula já possuir ATP suficiente, faz todo o sentido que a glicólise seja inibida; o produto da reação (frutose-1,6-bisfosfato), assim como todos os intermediários gerados nas reações seguintes; os intermediários do ciclo de Krebs, se houver acumulação destes intermediários, não será necessário continuar o processo de glicólise; o glucagon, dado que, esta hormona é produzida em situações de hipoglicemia e tem como objetivo elevar a concentração de glucose no sangue, não fazendo sentido gastá-la; entre outros inibidores.
Os ativadores alostéricos ligam-se com o objectivo de facilitar a formação do estado R, induzindo alterações estruturais na enzima, já os inibidores ligam-se para facilitar a formação do estado T inibindo, assim, a atividade da enzima.

Texto escrito por:
Ana Maria Araújo
Ana Sofia Oliveira
Maria Sofia Silva
Renata Teixeira
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Tripsina

A tripsina é uma protease digestiva produzida no pâncreas (é um componente do suco pancreático, que é lançado no duodeno durante a digestão). A sua função é clivar as proteínas da dieta, sendo que para isso vai reconhecer aminoácidos com cadeias laterais básicas (lisina e arginina) e clivar as ligações peptídicas nas quais eles estão envolvidos.

De forma a não ser ativa no interior das células que a produzem (se tal acontecesse ela iria começar a degradar as nossas próprias proteínas), é sintetizada sob a forma de tripsinogénio. O tripsinogénio é o zimogénio da tripsina, sendo que um zimogénio é uma forma inativa de uma enzima, caracterizada por possuir mais aminoácidos do que aqueles que a enzima necessita para ser funcional. A ideia é que esses aminoácidos adicionais bloqueiem a atividade catalítica (por exemplo, impedindo o acesso do substrato ao centro ativo). Uma vez no intestino, o tripsinogénio é clivado proteoliticamente por ação de uma enzima intestinal designada enteropeptidase.

A partir do momento que uma molécula de tripsina se torna ativa, ela própria pode começar a ativar (clivar proteoliticamente) todos os outros zimogénios, não só da tripsina mas também da quimiotripsina, carboxipeptidases e aminopeptidases. Portanto, a tripsina tem um papel central na ativação das proteases digestivas, pelo que é indispensável garantir que nenhuma molécula, em condições normais, adquira atividade catalítica no interior das células. A primeira linha de proteção é a síntese da enzima sob a forma de tripsinogénio. Adicionalmente, as células do pâncreas que produzem a tripsina têm também uma segunda linha de proteção, que envolve a produção de uma proteína inibitória, designada por inibidor pancreático da tripsina. Portanto, mesmo que espontaneamente uma molécula de tripsinogénio adquira atividade no interior das células, a presença deste inibidor vai impedir que o mesmo exerça a sua função e, consequentemente, comece a clivar as proteínas celulares e a ativar os outros zimogénios.

Animação sobre a ativação do quimiotripsinogénio

Faz download da animação aqui

Animação sobre a ativação da tripsina

Faça download da animação aqui

Animação sobre a catálise enzimática

Faça download da animação aqui

Vídeo sobre enzimas

Vídeo sobre enzimas

Ciclo de Krebs (enzimas) – parte 2

Após um final de ano letivo “atribulado” (como sempre…) e de um período de férias offline, estou de regresso aos posts. :)

Neste post vou continuar a descrever as principais características das enzimas do ciclo de Krebs…

Succinil-CoA sintetase

Esta enzima, também designada de sucinato tiocinase ou sucinato-CoA ligase, apresenta duas subunidades na sua constituição (alfa e beta). A subunidade alfa liga-se à molécula de CoA, enquanto que a subunidade beta se liga ao GDP. Existe uma isoforma desta enzima (também mitocondrial) cuja subunidade beta apresenta afinidade para o ADP, em vez do GTP.

O seu mecanismo de reação ocorre em três passos. A succinil-CoA sintetase apresenta um resíduo de histidina que desempenha um papel central na transferência do grupo fosfato para o nucleótido difosfato que se liga à subunidade beta.

Falhas na succinil-CoA sintetase estão na origem da doença “acidose lática infantil fatal”, que é uma doença caracterizada pela produção de níveis elevados de ácido lático (o que é facilmente explicável pelo facto do ciclo de Krebs ser um passo aeróbico do catabolismo dos hidratos de carbono), que normalmente originam a morte do indivíduo nos primeiros 4 dias de vida.

Succinato desidrogenase

Esta enzima, também designada de sucinato-coenzima Q redutase, pertence simultaneamente ao ciclo de Krebs e à cadeia respiratória mitocondrial, onde se designa por complexo II. Devido a isso, é a única enzima do ciclo de Krebs que está associada à membrana interna da mitocôndria (todas as restantes estão na matriz…). Utiliza como cofator o FAD.

Estruturalmente, apresenta quatro subunidades, duas hidrofílicas e duas hidrofóbicas. As duas primeiras são uma flavoproteína (SdhA) e uma proteína de ferro-enxofre (SdhB). É na subunidade SdhA que se liga covalentemente o FAD e o sucinato, enquanto a SdhB é caracterizada por apresentar 3 centros de ferro enxofre ([2Fe-2S], [4Fe-4S] e [3Fe-4S]). As subunidades hidrofóbicas (SdhC e SdhD) funcionam como âncoras membranares. Estas duas subunidades formam o citocromo b, caracterizado por apresentar 6 domínios transmembranares, um grupo heme e um local de ligação à ubiquinona (que envolve também a subunidade SdhB).

O local de ligação ao sucinato (subunidade A) envolve as cadeias laterais dos resíduos de aminoácidos importantes, nomeadamente, a Treonina254, Histidina354 e a Arginina399.

O local de ligação à ubiquinona requer a presença de alguns resíduos de aminoácidos indispensáveis para a sua função, nomeadamente, a Prolina160, Triptofano 163, Triptofano 164, Histidina207 e Isoleucina209 (subunidade B), Serina27, Isoleucina28 e Arginina31 (subunidade C) e a Tirosina83 (subunidade D).

Falhas na sucinato desidrogenase podem levar ao aparecimento de diversas patologias, nomeadamente:

- Síndrome de Leigh, encefalopatia mitocondrial e atrofia ótica (mutações na SdhA).

- Paraganglioma hereditário, feocromocitoma hereditário e produção excessiva de iões superóxido (mutações na SdhB, SdhC e/ou SdhD).

Fumarase

Esta enzima, também designada de fumarato hidratase ou malato hidroliase, apresenta duas isoformas, uma mitocondrial e outra citosólica. É uma enzima tetramérica, sendo que o local de ligação ao substrato é designado por centro catalítico A e envolve aminoácidos de 3 das 4 subunidades.

A enzima apresenta-se em duas formas distintas, E1 e E2. A primeira é caracterizada pela presença de 2 grupos ácido/base (indispensáveis para a sua atividade catalítica) sem carga, sendo responsável pela ligação ao fumarato e posterior transformação química em malato. A forma E2 apresenta os dois grupos ionizados sob a forma de zwitterião (um com carga positiva e outro com carga negativa), sendo caracterizado pela ligação ao malato. As duas formas interconvertem-se durante o ciclo catalítico da enzima.

Deficiência na fumarase é designada por polihidramnios, estando também associada ao aparecimento de leiofibromiomas na pele e no útero e carcinoma renal.

Malato desidrogenase

A malato desidrogenase possui duas isoformas distintas, uma mitocondrial (isoforma 2) e outra citosólica (isoforma 1). É uma enzima que além de fazer parte do ciclo de Krebs, está igualmente envolvida na gluconeogénese.

Estruturalmente, possui semelhanças com a lactato desidrogenase, apresentando uma estrutura homodimérica (subunidades com massas de 30-35 kDa). Cada subunidade apresenta dois domínios, sendo que o primeiro é caracterizado por uma estrutura em folha-beta, enquanto o outro apresenta o local de ligação ao NAD+, composto por 4 folhas-beta e uma hélice alfa. As subunidades interatuam entre si através de ligações de hidrogénio e interações hidrofóbicas.

O centro ativo da enzima é essencialmente hidrofóbico, com locais de ligação distintos para o malato e para o NAD+. Apresenta alguns resíduos de aminoácidos particularmente importantes para a sua atividade catalítica, nomeadamente, a Arginina102, a Arginina109, o Aspartato168, a Arginina171 e a Histidina195.

Ciclo de Krebs (enzimas) - parte 1

O ciclo de Krebs é uma via metabólica composta por 8 reações bioquímicas, cada uma catalisada por uma enzima diferente. Aqui ficam algumas informações sobre as primeiras quatro enzimas do ciclo de Krebs…

Citrato sintase

A citrato sintase é uma enzima amplamente utilizada como um biomarcador enzimático da presença de mitocôndrias intactas, seja em culturas celulares ou em preparações organelares. Apesar de ser uma enzima mitocondrial, é codificada pelo DNA nuclear e sintetizada no citosol.

Esta enzima é a primeira enzima regulatória do ciclo de Krebs. Utiliza dois substratos diferentes, o oxaloacetato e a acetil-CoA. O oxaloacetato liga-se primeiramente à enzima, o que induz alterações conformacionais que criam o local de ligação para a acetil-CoA. 

Do ponto de vista estrutural, é composta por 437 resíduos de aminoácidos e apresenta duas subunidades, cada uma com cerca de 20 hélices alfa. O centro ativo apresenta 3 resíduos de aminoácidos indispensáveis para a função catalítica da enzima, pois estabelecem interações específicas com os substratos – His274, His320 e Asp-375.

O seu mecanismo de ação envolve uma condensação aldólica. Para uma visão em vídeo do mecanismo de ação da citrato sintase, clique aqui. 

Aconitase

A aconitase é uma enzima que apresenta um centro de ferro-enxofre funcional [Fe₄S₄]²⁺, que interatua com 3 resíduos de cisteína da enzima. É particularmente sensível ao stress oxidativo e, em especial, ao anião superóxido, devido ao centro de ferro-enxofre.

Apresenta dois homólogos no nosso organismo, nomeadamente, a iron-responsive element-binding protein (IRE-BP) e a 2-isopropilmalato desidratase (ou alfa-isopropilmalato isomerase).

Do ponto de vista estrutural, a aconitase apresenta duas conformações, uma para o estado inativo e outra para o estado ativo. Na forma inativa, possui quatro domínios, sendo que os primeiros três estabelecem interações com o centro de ferro-enxofre, enquanto o último possui o centro ativo. Quando se torna ativa, a enzima sofre alterações no centro de ferro enxofre (passa de Fe₃S₄ para Fe₄S₄), sendo esta a principal diferença entre as duas conformações da enzima.

O seu mecanismo de ação recorre a um mecanismo de desidratação-hidratação, através do intermediário cis-aconitato.

O seu centro ativo possui dois resíduos de aminoácidos particularmente importantes para a atividade catalítica – His101 e Ser642.

A importância desta enzima do ponto de vista fisiológico é suportada pela existência de várias doenças que a afetam. Uma delas é designada por deficiência em aconitase. É provocada por uma mutação no gene que codifica uma proteína responsável pela montagem do centro de ferro-enxofre. Esta doença causa miopatia e intolerância ao exercício, pois o catabolismo aeróbico destes indivíduos está comprometido. Outra doença é a ataxia de Friedreich (FRDA), caraterizada por uma menor atividade da aconitase e de outra enzima do ciclo de Krebs. A sucinato desidrogenase. Além destas, há estudos que apontam para uma possível relação entre a aconitase e a diabetes. Contudo, trata-se ainda de uma hipótese que tem que ser melhor caracterizada.

Isocitrato desidrogenase

A isocitrato desidrogenase é a segunda enzima regulatória do ciclo de Krebs. Há três isoformas diferentes da isocitrato desidrogenase. Uma existe apenas na matriz mitocondrial e utiliza o NAD⁺ como aceitador de eletrões. As outras isoformas utilizam o NADP⁺ como aceitador de eletrões e aparentam ter como principal função a formação de NADPH, essencial para as reações anabólicas redutoras. Estas formas estão presentes na matriz mitocondrial, no citosol e no peroxissoma.

As formas que utilizam NADP⁺ como cofator possuem uma estrutura homodimérica, enquanto as que utilizam NAD⁺ é um heterotetrâmero.

A reação catalisada pela isocitrato desidrogenase envolve a formação de um intermediário, o oxalossuccinato.

Do ponto de vista clínico, foram encontradas algumas mutações na isocitrato desidrogenase em alguns tumores cerebrais, nomeadamente, astrocitoma, oligodendroglioma e glioblastoma multiforme. Também há alguns estudos que apontam para uma possível relação entre mutações na enzima e a leucemia mieloide aguda.

Alfa-cetoglutarato desidrogenase

Este é o terceiro (e último!) ponto de regulação do ciclo de Krebs.

Esta enzima, que também pode ser designada por oxoglutarato desidrogenase, é, na realidade um complexo multienzimático. É formado pelas seguintes enzimas: alfa-cetoglutarato desidrogenase, dihidrolipoil succiniltransferase e dihidrolipoil desidrogenase. Apresenta uma composição e um mecanismo de reação muito semelhante ao complexo piruvato desidrogenase. Devido a isso, pensa-se que possivelmente ambos os complexos tiveram uma origem comum e a certa altura do percurso evolutivo sofreram evolução divergente.

Clinicamente, este complexo enzimático funciona como um autoantigénio na cirrose biliar primária, uma forma aguda de falha hepática. Além disso, a sua atividade catalítica também se encontra diminuída em várias doenças neurodegenerativas.

Música sobre catálise enzimática

Esta música é sobre a catálise enzimática, e é uma adaptação feita pelo Dr. Ahern (www.davincipress.com/metabmelodies.html) da canção Close to You.

http://www.mediafire.com/?omzv9utktseeodu

Catalyze
My enzymes
Truly are inclined
To convert
Things they bind
Turn the key
Covalently
Cat-a-lyze

How do cells

Regulate these roles?
Allo-ster-ic controls
Two forms, see
States R and T
Mod-u-late

Competing inhibition keeps

The substrates from the active site
They raise Km, but leave Vmax and shirk
While the non-competers bind elsewhere
And lift the plot made on Lineweaver-Burk

Other ways
Enzymes can be blocked
When things bind
Then get locked
Stuck not free
Tied to the key
Su-i-cide

Penicillin’s action stops

Peptidoglycan cross-links in
Bacterial cell walls in awesome ways
Beta lactam ring’s reactive site
Starts bonding with D-D-transpeptidase

So there are
Several enzyme states
Counteract-ing substrates
Now you see
Blocking the key
Regulates

Cat-a-lysts

Have to be controlled
Some get slowed
Put on hold
It's sublime
How the enzymes
(slow) Cat-a-lyze

ahhhhhhhhhhhhhhhhhhh - cat-a-lyzeahhhhhhhhhhhhhhhhhhh - cata-

lyzeahhhhhhhhhhhhhhhhhhh - cat-a-lyze

Música sobre enzimas

Aqui fica o link para o download de mais uma música do Dr. Ahern (www.davincipress.com/metabmelodies.html), desta vez sobre enzimas. Foi feita com base na canção Downtown.

http://www.mediafire.com/?w0gd96oo6ecpymg

Enzymes

Reactions alone

Energy peaks

Are what an enzyme defeats

In its catalysis

Enzymes

Transition state

Is what an enzyme does great

And you should all know this

Enzymes

Catalytic action won't run wild - don't get hysteric

Cells can throttle pathways with an enzyme allosteric

You know it's true

So when an effector fits

It will just rearrange

all the sub-u-nits

Inside an

ENZYME!

Flipping from R to T

ENZYME!

Slow catalytically

ENZYME!

No change in Delta G

(Enzyme, enzyme)

You should relax

When seeking out the Vmax though

There are many steps

Enzymes

Lineweaver Burk

Can save a scientist work

With just two intercepts

Enzymes

Plotting all the data from kinetic exploration

Let's you match a line into a best fitting equation

Here's what you do

Both axes are inverted then

You can determine Vmax and

Establish Km for your ENZYMES!

Sterically holding tight

ENZYMES!

Substrates positioned right

ENZYMES!

Inside the active site

Enzymes (Enzymes, enzymes, enzymes)

Could starve your cells to the bone

Thank God we all produce

Enzymes

Units arrange

To make the chemicals change

Because you always use

Enzymes

Sometimes mechanisms run like they are at the races

Witness the Kcat of the carbonic anhydrases

How do they work?

Inside of the active site

It just grabs onto a substrate

and squeezes it tight

In an

ENZYME!

CAT-al-y-sis

In an ENZYME!

V versus S

In an

ENZYME!

All of this working for you

(Enzyme, enzyme)

Glicólise (enzimas da fase payoff)

A fase payoff, conforme já referi anteriormente, diz respeito ao conjunto das últimas 5 reacções da glicólise e permite à célula obter energia nesse processo. Cá vão algumas ideias sobre as 5 enzimas da fase payoff...

6ª Enzima - Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase

Esta enzima, muitas vezes abreviada de GAPDH, apresenta-se sob a forma de um tetrâmero. Cada subunidade possui cerca de 35,9kDa (331 aminoácidos) e apresenta como cofactor uma molécula de NAD+. As subunidades são designadas por O, P, Q e R e são independentes umas das outras. Ou seja, cada subunidade catalisa a sua reacção sem a intervenção das restantes. Tal como descrito no post sobre as reacções da fase payoff, a reacção que esta enzima catalisa é dupla, envolvendo uma oxidação e uma adição de um grupo fosfato. É uma enzima que pode ser afectada pela presença de arsénio no nosso organismo, levando a que o rendimento da glicólise passe a ser nulo. O seu mecanismo de actuação envolve simultaneamente uma catálise covalente e ácido-base. Para tal, é indispensável a participação da cisteína 149 e da histidina 176 para os dois tipos de catálise, resectivamente. O substrato liga-se covalentemente à cisteína, formando um hemitioacetal. A nível laboratorial esta enzima é amplamente utilizada (eu também a utilizo...) como um controlo positivo em técnicas como immunoblotting ou RT-PCR, pois de uma maneira geral a sua expressão é constante em quase todos os tipos celulares. Por isso, é possível determinar alterações na expressão de determinado gene ou na presença de determinada proteína, comparando-a com os níveis de GAPDH.

7ª Enzima - Fosfoglicerato cinase

Esta enzima necessita de Mg2+ para efectuar a sua actividade catalítica. O nome da enzima deriva da reacção no sentido reverso, que ocorre durante a fixação fotossintética de CO2. É a responsável pela produção das primeiras moléculas de ATP na glicólise. A sua sequência de aminoácidos apresenta-se extremamente conservada em diferentes organismos. A enzima é monomérica, composta por dois domínios de tamanhos equivalentes, que corresponde às metades N- e C-terminal. O substrato (1,3-bisfosfoglicerato) liga-se à primeira metade, enquanto que o ADP se liga à segunda. Apresenta um mecanismo de cinética sequencial, em que a catálise de dá por efeitos de proximidade.

8ª Enzima - Fosfoglicerato mutase

A fosfoglicerato mutase é dimérica, sendo que cada uma das suas subunidades tem cerca de 32kDa. Conforme o nome indica, esta enzima é uma mutase, ou seja, catalisa a transferência de grupos fosforilo dentro de uma molécula. Por outras palavras, muda os grupos fosforilo de posição. Na realidade, a enzima encontra-se fosforilada (é uma fosfoenzima), e vai ceder o seu grupo fosforilo ao carbono 2 do substrato, originando um intermediário com 2 grupos fosforilo (2,3-bisfosfoglicerato). Só depois desse passo ocorrer é que o grupo fosforilo que se encontrava inicialmente no substrato (na posição 3) é removido, regenerando a forma inicial (fosforilada) da enzima.

A fosfoglicerato mutase possui 3 diferentes isoformas (isozimas, ou isoenzimas), sendo que uma delas é predominantemente encontrada no músculo cardíaco, outra no músculo esquelético e a terceira nos restantes tecidos.

9ª Enzima - Enolase

A enolase é uma metaloenzima dimérica, sendo que cada subunidade possui cerca de 40-50kDa. Essas subunidades apresentam uma orientação antiparalela, interactuando uma com a outra através de 2 pontes salinas, envolvendo uma arginina e um glutamato cada. O domínio N-terminal das subunidades possui 3 alfa-hélices e 4 folhas beta. O domínio C-terminal possui 2 folhas beta e 2 alfa-hélices, sendo que termina com um barril composto por folhas beta e alfa-hélices alternadas. Os 2 iões Mg2+ necessários para a actividade catalítica são fundamentais na neutralização de cargas negativas. Esta enzima apresenta um pH óptimo de cerca de 6,5, e pode ser também designada por fosfopiruvato desidratase. Foi incialmente descoberta em 1934, pelos investigadores Lohmann e Meyerhof. Tal como aconteceu com a enzima anterior, a enolase também possui 3 isoformas diferentes, sendo que uma é predominantemente encontrada no tecido muscular, outra nos neurónios e outra nas restantes partes do organismo.

A enolase é inibida pelo ião fluoreto, sendo que este facto é explorado, por exemplo, quando se fazem colheitas de sangue para análise. Nesse caso, quando é importante inibir a glicólise (para manter a concentração de glucose sanguínea inalterada), o sangue pode ser recolhido em tubos que contêm fluoreto.

10ª Enzima - Piruvato cinase

Esta enzima é responsável pela segunda produção de ATP na glicólise e é a terceira enzima regulatória dessa via metabólica. Necessita de 2 iões metálicos para funcionar: K+ e Mg2+ (ou Mn2+). Apresenta 4 diferentes isoformas, uma predominantemente localizada no fígado, outra nos glóbulos vermelhos, outra no músculo esquelético e cardíaco e cérebro e a última é essencialmente encontrada em tecidos fetais. É uma enzima tetramérica, sendo que cada subunidade apresenta cerca de 500 aminoácidos.

Principais fontes bibliográficas:

- Voet D, Voet JG, Biochemistry, Wiley

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

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