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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!!