DIRECIONAMENTO TERMODINÂMICO DA LIGAÇÃO PEPTÍDICA E DA LIGAÇÃO FOSFODIÉSTER

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1 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

2 Índice Introdução Reações acopladas Ligações de alta energia Ligação peptídica Ligação fosfodiéster Termodinâmica da ligação fosfodiéster Direcionamento termodinâmico da ligação fosfodiéster Conclusões Referências

3 Introdução Na termodinâmica Vias bioquímicas devem caracterizar uma diminuição na energia livre. (Ex: vias degradativas) Alimentos 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

4 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.

5 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.

6 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.

7 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

8 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.

9 Ligação Peptídica Papel fundamental do ATP como doador de energia ΔG = -7,5 Kcal/mol => Espontâneo

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11 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.

12 Ligação Fosfodiéster Nucleotídeos: unidade monomérica dos ácidos nucleicos, DNA e RNA. - apresentam uma variedade de funções no metabolismo celular.

13 Bases nitrogenadas do DNA e RNA

14 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.

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16 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.

17 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):

18 Termodinâmica da Ligação Fosfodiéster Formação desoxitrifosfatos: transferência de grupos do ATP para os desoximononucleosídeos: Forma trifosfatada ligação fosfodiéster polinucleotídeos

19 Polinucleotídeos

20 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?

21 Formação da ligação fosfodiéster e liberação do pirofosfato

22 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.

23 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 ΔG total = 0,5 kcal mol -1-7 kcal mol -1 = - 6,5 kcal mol -1 ; Processo espontâneo.

24 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.

25 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.

26 Referências Machado, V. G.; Nome, F. (1999). Compostos fosfatados ricos em energia. Química Nova, 22(3), acessado em 2 de dezembro de 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.

27 OBRIGADO!!