Efeito da supressão da enzima piruvato quinase no metabolismo de Saccharomyces cerevisiae e vias alternativas

Efeito da supressão da enzima piruvato quinase no metabolismo de Saccharomyces cerevisiae e vias alternativas

A enzima piruvato quinase é considerada um dos os principais sítios de regulação da glicólise. Essa regulação ocorre segundo o princípio da máxima economia. A via será inibida se o organismo estiver em um estado fisiológico energeticamente favorável, ou seja, quando o balanço ATP/ADP for positivo. Em outras palavras, se a célula tem muito ATP, as vias metabólicas de síntese de ATP serão inibidas. Em baixas concentrações de ATP (altas concentrações de ADP), a via será ativada. Entretanto, não existe nenhuma situação fisiológica em que a via esteja parada. Ela pode funcionar a uma velocidade maior ou menor, mas qualquer inibidor ou situação metabólica que paralise a via glicolítica certamente levará o organismo à morte.

Como enzima reguladora da via glicolítica, a piruvato quinase sofre modulação alostérica por efetores positivos como a frutose 1,6-difosfato e efetores negativos como o ATP, citrato, acetilCoA, ácidos graxos de cadeia longa e alanina. Os genes que codificam a enzima piruvato quinase em S. cerevisiae, pyk1 e pyk2, expressam-se constitutivamente como os de outras enzimas glicolíticas, sendo a sua expressão modulada pela presença de glicose no meio. Uma deleção na região do gene pyk1 bloqueia o crescimento quando as leveduras utilizam glicose ou outros carboidratos fermentáveis como única fonte de carbono. No entanto, quando é disponibilizado etanol ou lactato como fonte de carbono exclusiva, as leveduras seguem o seu perfil de crescimento. Esse fato sugere que existe uma via alternativa para a síntese de piruvato que eventualmente envolve a enzima malato desidrogenase.

Em Saccharomyces cerevisiae existem diferentes compartimentos celulares onde podem ser detectadas isoenzimas distintas designadas por malato desidrogenase que catalisam a interconversão dependente de NAD(P)H do malato em oxaloacetato ou em piruvato, como mostram as reações da Figura 1.

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Figura 1 - Reações de conversão de malato em piruvato ou oxalacetato.

A isoenzima MDH1 faz parte do mecanismo de transporte de equivalentes redutores sob a forma de NADH que regula a razão NAD+/NADH no citoplasma e na mitocôndria. O piruvato, um intermediário chave na assimilação de carboidratos por Saccharomyces cerevisiae é também um precursor da síntese de aminoácidos como a alanina, leucina, isoleucina e valina. Em geral, esse intermediário pode ser disponibilizado pelo último passo da via glicolítica, mediado pela enzima piruvato quinase quando a levedura cresce na presença de carboidratos. No entanto, a enzima piruvato quinase perde a função que desempenha na assimilação de carboidratos quando S. cerevisiae cresce na presença de acetato ou de álcoois como o etanol ou o glicerol. Contudo, a formação de piruvato como precursor de aminoácidos continua a ser assegurada por duas vias alternativas: a que envolve a descarboxilação oxidativa do malato em piruvato onde participa a enzima malato desidrogenase (MDH2) e a que envolve o ciclo do glioxilato com formação de fosfoenolpiruvato a partir da acetilCoA e a enzima gliconeogênica fosfoenolpiruvato carboxicinase que disponibiliza o substrato para a piruvato quinase.