DIRECIONAMENTO TERMODINÂMICO DA LIGAÇÃO …

DIRECIONAMENTO TERMODINÂMICODA LIGAÇÃO PEPTÍDICA E DA

LIGAÇÃO FOSFODIÉSTER

Letícia Furlan RufatoLuana Rodrigues

Pedro Henrique DamadaSylvia Frida Szterenfeld

Bioquímica II Professor Dr. Júlio César Borges

Índice➢Introdução

➢Reações acopladas

➢Ligações de alta energia

➢Ligação peptídica

➢Ligação fosfodiéster

➢Termodinâmica da ligação fosfodiéster

➢Direcionamento termodinâmico da ligação fosfodiéster

➢Conclusões

➢Referências

IntroduçãoNa 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 debiomoléculas 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

DNA RNA ProteínasTranscrição Tradução

● Sem o direcionamento termodinâmico haveria falhas no armazenamento,decodificação e execução da informação genética;

Dogma central da biologia

● A formação de proteínas não seria favorecida.

Reações Acopladas

(1) (2)

● Diversas reações biossintéticas são acopladas a quebras de uma ligação dealta energia.

● Vias metabólicas e simples reações biológicas dificilmente ocorrem “sozinhas”;

Ligações de Alta Energia

● Quebras de ligações de alta energia conduzem termodinamicamente reaçõescom 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 enzimasespecíficas) para formar as grandes moléculas como DNA e proteínas.

Ligações de Alta EnergiaComposto 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 PeptídicaDesidratação:

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 deAA-tRNA ao fim da c AA-tRNA ao fim da cadeiapolipeptídica crescente;

Etapa final: Conversão de ligação de alta energia emuma 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) ligados por “pontes” de grupo fosfato.

- 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.

● 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

Termodinâmica da Ligação Fosfodiéster

Polinucleotídeos

● 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?

Termodinâmica da Ligação Fosfodiéster

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 deformação 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.

ReferênciasMachado, V. G.; Nome, F. (1999). Compostos fosfatados ricos em energia. Química Nova, 22(3), 351-357. https://dx.doi.org/10.1590/S0100-40421999000300013; 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!!