Mecanismo de fosforilação e desfosforilação
Mais frequentemente, a modificação covalente de enzimas ocorre por meio de fosforilação reversível. Este processo é estritamente controlado por dois grupos de enzimas reguladoras com ações opostas:
- Proteína-kinases — responsáveis pela fosforilação. Elas transferem um resíduo de ácido fosfórico da molécula de ATP para grupos OH específicos de resíduos de aminoácidos nas proteínas-alvo.
- Fosfoproteína-fosfatasas — realizam a desfosforilação, ou seja, a remoção do grupo fosfato previamente adicionado.
É precisamente o equilíbrio entre a atividade desses dois grupos de enzimas que garante o ajuste fino e reversível das vias metabólicas na célula. Para uma compreensão profunda do processo, é necessário estudar separadamente as classes dessas enzimas de acordo com a nomenclatura EC e sua estrita especificidade de substrato.
Estrutura da Proteína-kinase A (PKA)
Um exemplo clássico de enzima regulada e envolvida na modificação covalente é a proteína-kinase A (PKA). Em termos de tipo, é uma enzima dependente de AMPc (dependente de 3',5'-AMP cíclico).
No estado inativo, a PKA apresenta uma estrutura complexa — um tetrâmero composto por quatro subunidades:
- 2 subunidades reguladoras (R).
- 2 subunidades catalíticas (C).
Este complexo inativo é geralmente designado pela fórmula $R_2C_2$. É importante ressaltar que, enquanto a enzima permanece na forma desse tetrâmero íntacto, ela não possui absolutamente nenhuma atividade catalítica.
Mecanismo de ativação da PKA
O processo de transição da proteína-kinase A do estado inativo para o ativo inclui várias etapas sequenciais:
- Ligação do ligante. As subunidades reguladoras (R) possuem locais especiais para a ligação de moléculas de AMPc.
- Estequiometria. Exatamente 2 moléculas de AMPc ligam-se a cada uma das duas subunidades R. Assim, o tetrâmero inteiro requer 4 moléculas de AMPc.
- Alterações conformacionais. Assim que o AMPc se liga, a estrutura dos protômeros reguladores sofre alterações espaciais.
- Dissociação. O complexo tetramérico $R_2C_2$ perde estabilidade e se dissocia.
- Resultado. Duas subunidades catalíticas (C) independentes e totalmente ativas são liberadas no meio.
Agora a PKA ativa pode realizar sua função — a fosforilação de proteínas. O esquema da reação catalisada é o seguinte: $E-OH + ATP \xrightarrow{PKA} E-O-PO_3H_2 + ADP$ (onde E denota a proteína substrato).
Reversibilidade do processo de ativação
O sistema de regulação não seria eficaz sem um mecanismo de retorno ao estado original. O processo de ativação da PKA é totalmente reversível.
Quando a concentração do sinal intracelular cai, ocorre a liberação das moléculas de AMPc das subunidades reguladoras. Isso provoca imediatamente a associação reversa das subunidades R e C livres. Elas se recombinam, formando o complexo tetramérico inativo original, e o processo de fosforilação dos alvos cessa.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais resíduos de aminoácidos específicos sofrem fosforilação pelas proteína-kinases?
As proteína-kinases fosforilam grupos OH específicos de resíduos de aminoácidos em proteínas-alvo. Esses aminoácidos incluem:
- Serina — sofre fosforilação pela proteína-kinase A e transautofosforilação em receptores de fatores de crescimento.
- Treonina — é um alvo para fosforilação pela proteína-kinase A e pela MEK kinase.
- Tirosina — sofre autofosforilação em receptores de fatores de crescimento e de insulina, além de ser fosforilada pela MEK kinase.
A quais classes, de acordo com a nomenclatura EC, pertencem as proteína-kinases e as fosfoproteína-fosfatasas?
De acordo com a nomenclatura EC, essas enzimas pertencem a duas classes diferentes.
- Proteína-kinases — pertencem à classe das Transferases (subclasse das fosfotransferase). Elas catalisam a transferência de um resíduo de ácido fosfórico de uma molécula de ATP para uma proteína substrato.
- Fosfoproteína-fosfatasas — pertencem à classe das Hidrolases (subclasse das fosfatasas). Elas realizam uma reação de hidrólise, clivando o grupo fosfato da enzima com a formação de fosfato inorgânico.
Para memorizar a composição da PKA inativa, utilize a fórmula do tetrâmero R₂C₂: duas subunidades Reguladoras e duas Catalíticas. Elas só se tornam ativas quando se dissociam sob a ação de 4 moléculas de AMPc.
Questões de aulas e exames
Qual é a essência da modificação covalente de enzimas?
A essência consiste na adição ou remoção rápida e reversível de um grupo químico (mais frequentemente fosfato) à molécula da enzima, o que altera a sua atividade.
Quantas moléculas de AMPc são necessárias para ativar uma molécula de proteína-kinase A?
Para a ativação completa da enzima, são necessárias 4 moléculas de AMPc — 2 moléculas para cada uma das duas subunidades reguladoras.
O tetrâmero R₂C₂ da proteína-kinase A possui atividade catalítica?
Não, na forma de complexo tetramérico montado, a enzima é inativa. A atividade catalítica aparece apenas após a dissociação do complexo e a liberação das subunidades C.
O que mais estudar sobre o tema
- Classificação de kinases e fosfatasas segundo a Classificação Enzimática internacional (EC)
- Especificidade de substrato de proteína-kinases e fosfoproteína-fosfatasas
- Equações detalhadas das reações de fosforilação e desfosforilação
- Aspectos médicos da enzimologia e patologia da regulação enzimática
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