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A IMPORTÂNCIA DAS INTERAÇÕES QUÍMICAS FRACAS YÊDA GABRIELA ALVES UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ – UFPI CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS – CCA PÓS-GRADUAÇÃO EM GENÉTICA E MELHORAMENTO INTRODUÇÃO A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 2 Fundamentais a vida: Podem ser formadas e rompidas facilmente; Determinam forma e consequente função biológica de macromoléculas; Ex.: proteínas Mantém as cadeia da dupla hélice de DNA unidas; CARACTERÍSTICAS DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 3 Ligação química Ligações fortes e fracas: Força; Número máximo de ligações; Ângulos de ligações; Liberdade de rotação; CARACTERÍSTICAS DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 4 Teoria quântica do átomo (década de 20) Todas as ligações químicas fracas e fortes têm como base as forças eletrostáticas. A formação espontânea de uma ligação entre dois atomos envolve A liberação de uma parte da energia interna A conversão à outra forma de energia CARACTERÍSTICAS DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 5 ↑ a ligação, ↑ a quantidade de energia liberada; A + B → AB + energia Os átomos unidos por ligações químicas não permanecem ligados para sempre; ↑ temperatura, ↑ a probabilidade de rompimento de uma ligação; AB + energia → A + B CARACTERÍSTICAS DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 6 Quando o equilíbrio é alcançado, em um sistema fechado, o número de ligações formadas por unidade de tempo é igual ao número de ligações que estão sendo rompidas. Cada ligação é o resultado de ação combinada de forças que estão sendo criadas e rompidas O CONCEITO DE ENERGIA LIVRE (∆G) A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 7 Energia capaz de realizar trabalho; ∆G diminui em reações espontâneas; A medida que o equilíbrio é alcançado a ∆G é transformada em calor ou utilizada para aumentar a entropia. O CONCEITO DE ENERGIA LIVRE (∆G) A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 8 ↑ força de ligação, ↑ ∆G, ↑ a proporção de átomos que existem na forma ligada. LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 9 Forças de van der Waals (vdW); Ligações hidrofóbicas (LH); Pontes de hidrogênio (PHD); Ligações iônicas (LI). LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 10 Quase todas as moléculas formam diversas ligações fracas com átomos próximos, em soluções líquidas. Todas as moléculas formam vdW; LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 11 PHD e LI só podem ser formadas entre moléculas que possuam carga líquida ou quando a carga está distribuída de forma desigual. LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 12 Atração entre cargas elétricas. O compartilhamento desigual de elétrons reflete as diferentes afinidades dos átomos participantes da ligação pelos elétrons. LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 13 Átomos: eletronegativos ou eletropositivos; Moléculas: polares ou apolares. LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 14 Forças de van der Waals Surgem a partir de uma força atrativa não-específica, originada quando dois átomos ficam próximos um ao outro. Ocorrem em todos os tipos de moléculas; LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 15 Forças de van der Waals Dependem das distancias entre os grupos que vão interagir; LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 16 Pontes de hidrogênio São formadas entre um átomo de hidrogênio covalentemente ligado, com carga positiva e que atua como doador, e um átomo receptor, com carga negativa, também covalentemente ligado; LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 17 Pontes de hidrogênio São mais fracas que as ligações covalentes, porém significativamente mais fortes do que as forças de van der Waals; São altamente direcionadas; LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 18 LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 19 Ligações iônicas São forças eletrostáticas que atuam entre grupos contendo cargas elétricas opostas; Uma ponte de hidrogênio forte também pode ser formada entre um grupo com uma unidade de carga e um grupo com menos do que uma unidade de carga; LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 20 LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 21 As forças de ligação fracas são eficazes apenas quando as superfícies participantes da interação estão próximas; Estruturas complementares; Muitas moléculas apresentam a simetria necessária para permitir uma forte auto-interação nas células. Moleculas de água formam pontes de hidrogênio; LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 22 LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 23 A estrutura das células em solução é constantemente alterada não apenas pelo deslocamento de calor, mas, também, pelas transformações metabólicas das moléculas de soluto presentes nessa célula. Moléculas orgânicas hidrossolúveis tendem a formar pontes de hidrogênio; LIGAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 24 Ligações hidrofóbicas É a forte tendência da água em excluir grupos apolares; Grupos apolares formam um arranjo entre si, de tal forma a evitar o contato com moléculas de água. Importantes na estabilização de proteínas e complexos proteicos; Responsáveis por até metade do total de energia livre do enovelamento proteico. CONCLUSÃO A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 25 Determinam a forma de muitas moléculas; Vantagem de ligações fracas para as células; Moleculas polares podem formar pontes de hidrogênio, enquanto as apolares formam apenas interações de van der Waals; CONCLUSÃO A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 26 Essas ligações também unem as enzimas aos substratos; Promovem a maioria das interações Proteína: DNA e Proteína: Proteína. REFERÊNCIAS A IMPORTÂNCIA DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS FRACAS 27 WATSON, J. D. et al. Molecular biology of gene. 5ª Ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. LITERATURA COMPLEMENTAR ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2009. 1396p.
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