DIRECIONAMENTO TERMODINÂMICO DA LIGAÇÃO PEPTÍDICA E

DIRECIONAMENTO TERMODINÂMICO
DA LIGAÇÃO PEPTÍDICA E DA
LIGAÇÃO FOSFODIÉSTER
Bioquímica II
Professor Dr. Júlio César Borges
Letícia Furlan Rufato
Luana Rodrigues
Pedro Henrique Damada
Sylvia Frida Szterenfeld
➢Introdução
Índice
➢Reações acopladas
➢Ligações de alta energia
➢Ligação peptídica
➢Ligação fosfodiéster
➢Termodinâmica da ligação fosfodiéster
➢Direcionamento termodinâmico da ligação fosfodiéster
➢Conclusões
➢Referências
Introdução
Na termodinâmica
Alimentos
Vias bioquímicas devem caracterizar uma diminuição
na energia livre. (Ex: vias degradativas)
Moléculas termodinamicamente instáveis e sofrem degradação
● Após a degradação, tem-se pequenas moléculas precursoras de
biomoléculas complexas, bem como a conservação de energia livre (p. ex.
ATP), dissipação de calor e aumento de entropia;
Há formação de ligação com liberação de energia
Processo espontâneo
Introdução
Dogma central da biologia
DNA
Transcrição
RNA
Tradução
Proteínas
● Sem o direcionamento termodinâmico haveria falhas no armazenamento,
decodificação e execução da informação genética;
● A formação de proteínas não seria favorecida.
Reações Acopladas
● Vias metabólicas e simples reações biológicas dificilmente ocorrem “sozinhas”;
(1)
(2)
● Diversas reações biossintéticas são acopladas a quebras de uma ligação de
alta energia.
Ligações de Alta Energia
● Quebras de ligações de alta energia conduzem termodinamicamente reações
com baixo valor de ᐃG favorecendo reações de biossíntese.
● Precursores monoméricos (nucleotídeos fosfatados e aminoácidos),
utilizando energia proveniente do ATP são primeiramente ativados
(convertidos a precursores de alta energia) e então são unidos (com enzimas
específicas) para formar as grandes moléculas como DNA e proteínas.
Ligações de Alta Energia
Composto fosfatado
ᐃG (kJ/mol)
Fosfo-enolpiruvato
-61,9
Fosfocreatina
-43,1
Acetil-fosfato
-42,3
ATP (para ADP)
-30,5
AMP (para adenosina)
-9,2
Glicose-6-fosfato
-13,8
Glicerol-α-fosfato
-9,2
Ligação Peptídica
Desidratação:
ΔG > 0 (endergônica - não espontânea)
ΔG ~ 1 a 4 Kcal/mol
Deslocamento do equilíbrio: consumo da água
Keq = [peptídeo] x [H2O]/ [aminoácido 1] x [aminoácido 2]
ΔG = -RT ln Keq
Ausência de proteínas: degradação.
Ligação Peptídica
Papel fundamental do ATP como doador de energia
ΔG = -7,5 Kcal/mol => Espontâneo
Ligação Peptídica
Liberação de AMP;
Formação da ligação peptídica – Condensação de
AA-tRNA ao fim da c AA-tRNA ao fim da cadeia
polipeptídica crescente;
Etapa final: Conversão de ligação de alta energia em
uma de baixa energia livre e baixa energia livre e ΔG
< 0 para a síntese proteíca.
Ligação Fosfodiéster
• Nucleotídeos: unidade monomérica dos ácidos nucleicos, DNA e RNA.
- apresentam uma variedade de funções no metabolismo celular.
Bases nitrogenadas do DNA e RNA
Ligação Fosfodiéster
• Nucleotídeos consecutivos (DNA e RNA)
“pontes” de grupo fosfato.
-
ligados por
grupo 5’-fosfato de uma unidade nucleotídica é ligado ao grupo 3’hidroxila do próximo nucleotídeo.
Termodinâmica da Ligação Fosfodiéster
• Mononucleotídeos – termodinamicamente menos
prováveis de se combinarem, em relação aos
aminoácidos;
• Hidrólise promove a liberação de energia livre de – 6 kcal
mol-1
processo espontâneo, porém lento.
Termodinâmica da Ligação Fosfodiéster
● Uso de precursores ativados
–Para o DNA: dATP, dGTP, dCTP, dTTP;
–Para o RNA: ATP, GTP, CTP, UTP
● ATP, portanto, além de fornecer energia, também é um precursor direto para
ácidos nucleicos.
● Formação do precursor GTP (exemplo):
Termodinâmica da Ligação Fosfodiéster
● Formação desoxitrifosfatos:
– transferência de grupos do ATP para os desoximononucleosídeos:
● Forma trifosfatada
ligação fosfodiéster
polinucleotídeos
Polinucleotídeos
Termodinâmica da Ligação Fosfodiéster
● Durante a reação de transferência de grupos do ATP
ligação pirofosfato é rompida
1 pirofosfato é liberado.
– enzima: pirofosfatase
● Reação apresenta ∆G “levemente” positivo: 0,5 kcal mol-1.
Qual é a fonte de Energia livre necessária?
Formação da ligação fosfodiéster e liberação do pirofosfato
Direcionamento Termodinâmico da Reação
Fosfodiéster
• Pirofosfato: se forma ao mesmo tempo que a ligação
fosfodiéster;
• A hidrólise do pirofosfato fornece a energia livre
necessária para a reação acontecer, e a direciona.
Direcionamento Termodinâmico da Reação
Fosfodiéster
•
O cálculo da energia livre da reação é feito através da soma da ΔG de
formação do fosfodiéster com a ΔG da hidrólise do pirofosfato;
•
Com isso, temos ΔGtotal = 0,5 kcal mol-1 - 7 kcal mol-1 = - 6,5 kcal mol-1;
•
Processo espontâneo.
ATP: Precursor de Alta Energia
• Porque ATP e não ADP?
• A liberação de grupos fosfatos está relacionada, em
•
grande parte, através de grupos pirofosfato;
Reações com ADP funcionam nas duas vias (ou seja, são
reversíveis), prejudicando a formação das ligações.
Conclusões
• Relação entre a biossíntese e a termodinâmica;
• Formação das ligações peptídicas e fosfodiéster são
espontâneas (ΔG < 0);
• Hidrólise do pirofosfato: direcionamento termodinâmico
da formação das ligações citadas;
• ATP: precursor de alta energia.
Referências
Machado, V. G.; Nome, F. (1999). Compostos fosfatados ricos em energia.
Química Nova, 22(3), 351-357. https://dx.doi.org/10.1590/S010040421999000300013; acessado em 2 de dezembro de 2016.
Nelson D. L.; Cox M. M. (2002). Princípios de Bioquímica de Lehninger, ed.3.
Watson, J. D.; Baker, T. A.; Bell S. P.; Gann A.; Levine M.; Losick R. (2015).
Biologia Molecular do Gene, ed.7.
OBRIGADO!!