UFABC Bacharelado em Ciência & Tecnologia

Transcrição

1 UFABC Bacharelado em Ciência & Tecnologia Transformações Bioquímicas (BC0308) Prof Luciano Puzer Energia de interação entre macromoléculas Interações em meio aquoso

2 Energia de interação entre macromoléculas Todos os átomos podem ser atraídos ou repelidos por outros átomos dependência da carga. Energia envolvida na interação entre duas moléculas

3 Energia de interação entre macromoléculas - Decomposição das energias de interação entre diferentes sítios de uma molécula - Permite calcular a energia total liberada pela interação entre duas moléculas

4 Energia de interação entre macromoléculas Interações não-covalentes Repulsão e interação de átomos neutros ocorrem via forças de van der Waals Dipolo induzido atração por forças de London 3 4 A - distância ótima que maximiza as forças de van der Waals 5 A a essa distância as forças não são eficazes para a atração >3 A ocorre repulsão entre as moléculas

5 Energia de interação entre macromoléculas Efeitos estéricos estão relacionadas a repulsão e atração de van der Waals e são a base da biologia estrutural. As forças de van der Waals envolvidas na atração entre dois átomos eletricamente neutros são muito fracas. No entanto, essas forças podem ser aumentadas pelo efeito aditivo de várias interações em uma mesma macromolécula.

6 Energia de interação entre macromoléculas A lagartixa de van der Waals

7 Energia de interação entre macromoléculas Interações eletrostáticas Ocorrem entre átomos ou moléculas carregadas com cargas opostas. As interações eletrostáticas são 200x mais fortes do que as forças de van der Waals no vácuo. Em meio aquoso, devido a blindagem recebida das moléculas de água, a energia da interação eletrostática entre átomos de uma mesma macromolécula é de aproximadamente -20 kj/mol.

8 Energia de interação entre macromoléculas Energias geradas pela interação eletrostática de átomos de uma mesma macromolécula no vácuo e na água são diferentes. Por que raramente átomos carregados são encontrados no interior das macromoléculas?

9 Energia de interação entre macromoléculas Pontes de hidrogênio Ocorrem entre átomos próximos e corretamente orientados.

10 Energia de interação entre macromoléculas As interações via pontes de hidrogênio possuem forças intermediárias, entre as forças de London e as interações eletrostáticas.

11 Energia de interação entre macromoléculas Todas as Transformações Bioquímicas são realizadas em solução aquosa Como ficam as forças de interação macromoleculares em solução aquosa?

12 Solução Aquosa H 2 O Água é uma molécula altamente polar, e esse fato tem enormes implicações para os sistemas vivos, na formação estrutural de todas as macromoléculas biológicas. A força de interação é máxima quando a ligação O-H está diretamente apontada para o par de elétrons livres do oxigênio da outra molécula

13 Funções Orgânicas em Processos de Transformações Solução Bioquímicas Aquosa Estrutura do gelo Água no estado sólido tem densidade menor que água líquida: 0,92 g/ml As moléculas de água são orientadas de modo que uma molécula é capaz de forma quatro pontes de hidrogênio com outras três moléculas de água.

14 Água como solvente Funções Orgânicas em Processos de Transformações Solução Bioquímicas Aquosa - Solubilidade depende da interação soluto/solvente. - Água é um solvente polar. - Substâncias iônicas e polares são mais facilmente solúveis em água. Isso acontece porque substâncias polares tem mais facilidade para romper a rede de interação entre as moléculas de água.

15 Solvatação de íons orientada por moléculas de água Solução Aquosa

16 Solução Aquosa Pontes de hidrogênio entre água e grupos funcionais - Moléculas com grupos funcionais polares também podem ser hidratadas, mesmo não possuindo cargas. - Essas pontes de hidrogênio são essenciais na funcionalidade de algumas macromoléculas biológicas. Mecanismo de catálise de uma metalo-protease

17 Moléculas anfifílicas possuem características hidrofóbicas e hidrofílicas. Solução Aquosa - Muito difícil acomodar todos os grupos hidrofóbicos no interior das micelas, portanto há uma maior tendência em formar bicamadas.

18 Solução Aquosa Referência Bibliográfica VOET, D.; VOET, J.G. Bioquímica. 3 ed. Porto Alegre:Artmed, 2006, 1596p. KURIYAN, J.; KONFORTI, B.; WEMMER, D. The Molecules of Life. Garland Science, 2013, 1008p.