REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA

POR:

APRESENTAÇÃO DE ENZIMOLOGIA

14.12.15

“Não há grande mistério

em ser um enzimologista.

Tudo o que se tem de ter é

uma lâmina de barbear e

um fígado.”

“Não há dúvidas na cabeça de

muitas pessoas de que haverá

uma renascença na enzimologia

enquanto disciplina.”

Hong Qian, Matemática aplicada,

University of Washington, 2004.

Gordon Tomkins, Bioquímico, 1950.

Antes Depois

“Mas estudará vários

enzimas numa rede

bioquímica complexa,

não apenas um enzima.”

Inglês (mundo)

Francês

Em 1960:

• metade analfabetos;

• 0,6% com formação superior.

Na população portuguesa:Em 2013:

• 17% com formação

superior (OCDE=32%)

Português

Nas livrarias…

<

Enzimas trazem…

• Eficiência

• Eficiência específica

• Eficiência específica regulada

[Radzicka, Wolfenden (1995); A proeficient enzyme;

Science. 1995 Jan 6;267(5194):90-3.]

“O que é espantoso sobre os enzimas

não é o aumento da velocidade da

reação, é o não-aumento de

velocidade de todas as outras.”

Se não…

Se não…

Goldbeter, A., Koshland, D.; J. Biol. Chem., 233: 415 (1987).

Albert Goldbeter, bioquímico. Daniel Koshland, bioquímico.

Regulação <= vida

Coarse control

Fine control

Regulação

Muda estrutura

covalente.

Não muda estrutura

covalente.

Alosteria.

“interações indiretas entre locais de

ligação específicos mas distintos são

responsáveis pela função regulatória.”

[Monod, Changeux & Jacob, 1963]

Como funciona na prática?

In Lehninger Principles of Biochemistry

Glutamina sintetase bacteriano (EC 6.3.1.2) (Prof. Eric Arnoys ©)

8 moduladores diferentes já identificados.

“DNA”?

“PROTEÍNA”?

Mesmo em laboratório, questão do “isolado”.

“Tudo deve ser tornado tão

simples quanto possível, mas

não mais do que isso.”

Albert Einstein, físico.

Alfred North Whitehead, filósofo.

"Procure a simplicidade e

desconfie dela."

Arthur Kornberg, bioquímico

“Numa célula, as moléculas nunca

estão sozinhas, interagem umas com

as outras e continuamente.”

Prof. Carlos Cordeiro, FCUL.

2009, fase de qualificação para o mundial de 2010,Jogo: França-Irlanda.

Célula = Sociedade => Enzimas = Professores

“O que é que isto tem que ver

com a regulação alostérea?”

Hemoglobina

[Chung-Jung Tsai; Antonio del Sol; Ruth Nussinov;

Protein allostery, signal transmission and Dynamics;

Mol Biosyst. 2009 Mar; 5(3): 207–216.]

Mas…

[Nussinov et al.; (2013) Cell 153: 293-305.] [Huang; López Villar; (2014) Clinical and

Translational Medicine, 3:18]

[Elena Papaleo; (2015) Frontiers, 2:28]

Alostéreo = outra + forma

vs.

Consequências:

• Deixa-se a noção de “On/Off”.

• Espaço + Tempo.

• Deixa de haver uma via metabólica, passa a haver uma

distribuição de vias metabólicas, sendo que em determinadas

condições uma é mais favorável.

• O enzima passa a ser visto como uma máquina termodinâmica.

Entalpia Entropia

~Amor ~Liberdade

Olá…

S

E

Olá!

Entalpia Entropia

~Amor ~Liberdade

Entalpia Entropia

~Amor ~Liberdade

Olá!

"Os enzimologistas conseguirão realizar o potencial

terapêutico dos enzimas com uma abordagem mais

baseada em conhecimento do que em screenings.

Conseguirão isso desenvolvendo uma teoria mais

detalhada da interação enzima-ligando.“

Peer Fischer, Química-Física, Max-Planck-Institut.

Ah, aguardemos novas técnicas futuras…

Nunca mais…

Abordagens:

• (Profª. Ana Ponces) Zona de concentrações biológicas; ir adicionando outros fatores presentes in vivo e ver os

efeitos, etc.

• (Prof. Carlos Cordeiro) Permeabilização celular.

• (Profª. Marta) Engenharia.

• (Prof. António Ferreira) Simulação, Modelos, Computação.

“Mesmo assim, in sito

é diferente de in vivo.”

Prof. Carlos Cordeiro, FCUL.

• Ollivier JF, Shahrezaei V, Swain PS.; Scalable rule-based modelling of allosteric proteins and biochemical networks; PLoS Comput Biol. 2010 Nov 4;6(11):e1000975.

• England JL; Allostery in protein domains reflects a balance of steric and hydrophobic effects. Structure. 2011 Jul 13;19(7):967-75.

• Daily MD, Gray JJ., Allosteric communication occurs via networks of tertiary and quaternary motions in proteins.; PLoS Comput Biol. 2009 Feb;5(2):e1000293.

• Matteo Tiberti, et al.; PyInteraph: A Framework for the Analysis of Interaction Networks in Structural Ensembles of Proteins; J. Chem. Inf. Model., 2014, 54 (5), pp 1537–1551

• Damian Szklarczyk, et al.; The STRING database in 2011: functional interaction networks of proteins, globally integrated and scored; Nucl. Acids Res. (2011) 39 (suppl 1): D561-D568.

• Yose Y Widjaja, et al.; The Interactorium: Visualising proteins, complexes and interaction networks in a virtual 3-D cell; Proteomics 9(23):5309-15.

• Park K, Kim D.; Modeling allosteric signal propagation using protein structure networks; BMC Bioinformatics. 2011 Feb 15;12 Suppl 1:S23.

• Yu L., et al.; A method based on local density and random walks for complexes detection in protein interaction networks; J Bioinform Comput Biol. 2010 Dec;8 Suppl 1:47-62.

• Demerdash ON, Daily MD, Mitchell JC.; Structure-based predictive models for allosteric hot spots. PLoS Comput Biol. 2009 Oct;5(10):e1000531.

• Panjkovich A, Daura X.; Exploiting protein flexibility to predict the location of allosteric sites. BMC Bioinformatics. 2012 Oct 25;13:273.

INTERACTORIUM

"Muito do criticismo ao desenvolvimento de modelos em biologia advém da falta de

apreciação da variedade de papéis que podem ser executados através da modelação

matemática.”

[S. Brenner, Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 365, 207 (2010).]

"Os modelos são representações simplificadas (mas não simplistas!), da realidade. São

ferramentas para revelar mecanismos que não podem ser diretamente observados, tal

como a ressonância magnética.”

[Babtie; Stumpf; Kirk; Systems biology (un)certainties (2015) Science 350: 6259.]

"O mundo da investigação oncológica esqueceu a bioquímica.

Não é cool mencionar a via glicolítica em artigos da área.

Portanto, como pode uma pessoa ser ultra inteligente e ultra

burra ao mesmo tempo? Não sei. Mas acho que tem a ver com

o que chamo "burrice efetiva", em que um investigador só tem

memória de trabalho mental para um certo número de coisas.

E, claro, tem de deitar fora a bioquímica. Depois temos pessoas

que nunca pensam em metabolismo. E essas são as pessoas

que nos dão o dinheiro. Os bioquímicos é que aqui estavam

antes da genética. Depois foram-se embora para outras coisas.

Acho que devem voltar. Têm de perceber que matamos o

cancro com bioquímica. Venham, as revistas têm bons índices

de citação!"

James Watson, biólogo.

Richard Feynman, físico

Feynman:

1. Se a Natureza parece muito complexa é porque talvez seja muito complexa.

2. Não devemos reduzir a complexidade da Natureza só porque não a conseguimos compreender.

3. Só porque a Natureza é muito complexa não significa que não devamos tentar compreendê-la.

“O universo não é user-friendly.” - Kelvin Throop

Kornberg “Não gaste pensamento limpo em enzimas sujos.”[Arthur Kornberg; Ten commandments of enzymology; Trends in Biochemical Sciences (2003): vol. 28, nº10.]

Eu diria também: Não gaste enzimas sujos em pensamento limpo.

Arthur Kornberg, bioquímico

Arthur Kornberg, bioquímico

“…e temos enzimas muito lavadinhos.

Aí já se perdeu muita coisa.”

Prof. Carlos Cordeiro, FCUL.

“Sinfonia da vida”

Contexto

Regulação

Enzimas

Enzimologistas

“Se não houvesse ainda muitas

dúvidas, não teríamos nada para fazer.”

Profª. Ana Ponces, FCUL.

“A palavra do bioquímico pode não

ser a última na descrição da vida,

mas sem a sua ajuda a última

palavra nunca será dita.”

Frederick Hopkins, bioquímico, 1931.

OBRIGADO.