A ÁGUA E SEUS EFEITOS SOBRE AS BIOMOLÉCULAS EM SOLUÇÃO

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As interações não covalentes ( ligações de hidrogênio, interações iônicas, hidrofóbicas e de van der Waals) são muito mais fracas que as ligações covalentes.

Embora estes quatro tipos de interações sejam individualmente fracos quando comparados ás ligações covalentes, em razão do grande número de tais interações existentes em uma proteína ou ácido nucleico, o efeito cumulativo pode ser muito significativo.

A estrutura mais estável (nativa) da maioria das macromoléculas é aquela na qual as possibilidades de formação de ligações fracas é máxima.

A constância do pH é conseguida primariamente através da existência de tampões biológicos: estes são misturas de ácidos fracos e suas bases conjugadas.

Tampões são substancias que em solução aquosa dão a estas soluções a propriedade de resistir ás variações do seu pH quando as mesmas são adicionadas quantidades relativamente pequenas de ácido ou base. Um sistema tampão consiste em um ácido fraco e sua base conjugada.

O tamponamento resulta do equilíbrio das duas reações reversíveis que ocorrem numa solução de um doador e um receptor conjugado de prótons, ambos em concentrações próximas da igualdade entre si.

Quatro tipos de interações fracas ocorrem dentro e entre biomoléculas em solvente aquoso: ligações de hidrogênio e interações iônicas, hidrofóbicas e de Van der Waals. Embora individualmente fracas, essas interações criam, coletivamente, forças estabilizadoras muito fortes para as proteínas, os ácidos nucleicos e as membranas.

A água não é apenas o solvente no qual ocorrem as reações metabólicas, ela participa diretamente de muitas das reações, incluindo as reações de hidrólise e de condensação.

NUCLEOTIDEOS E ÁCIDOS NUCLEICOS

Os nucleotídeos são compostos ricos em energia que direcionam os processos metabólicos (principalmente as biossinteses) em todas as células. Eles também funcionam como sinais químicos, elos importantes nos sistemas celulares que respondem a hormônios e a outros estímulos extracelulares, e são componentes estruturais de vários cofatores enzimáticos e de intermediários metabólicos.

Os ácidos nucleicos, ácido desoxirribonucleico e ácido ribonucleico, são os reservatórios moleculares da informação genética. A estrutura de toda proteína e, em última análise, de todo constituinte celular é um produto da informação programada numa sequencia nucleotídica dos ácidos nucleicos da célula.

A sequencia de aminoácidos de cada proteína e a sequencia de nucleotídeos de cada molécula de RNA numa célula são especificadas pela sequencia do DNA da célula. A informação sequencial necessária para proteína ou RNA é encontrada nas sequencias nucleotidicas correspondentes do DNA.

Um segmento de DNA que contem a informação necessária para a síntese de um produto biológico funcional (proteína ou RNA) é referido como um gene. Uma célula típica possui muitos milhares de genes e as moléculas de DNA, nada surpreendentemente, tendem a ser muito longas. O armazenamento da informação biológica é a única função conhecida do DNA.

Várias classes de RNAs são encontradas nas células, cada uma com uma função distinta. Os RNAs ribossômicos são componentes estruturais dos ribossomos, grandes complexos que realizam a síntese de proteínas. Os RNAs mensageiros são ácidos nucleicos que transportam a informação de um ou de uns poucos genes até o ribossomo, onde as proteínas correspondentes serão sintetizadas. Os RNAs de transferência são moléculas adaptadoras que traduzem fielmente a informação presente no mRNA nua sequencia especifica de aminoácidos.

Os nucleotídeos possuem três componentes característicos: uma base nitrogenada, uma pentose e um fosfato. As bases nitrogenadas são derivadas de dois compostos ancestrais, as pirimidinas e as purinas.

A base esta ligada covalentemente, através de uma ligação N-glicosidica ao carbono 1 linha da pentose, e o fosfato esta esterificado ao carbono 5 linha. A ligação N-glicosidica é formada pela remoção dos elementos da água (um grupo hidroxila da pentose e o hidrogênio da base), como na formação da ligação O-glicosídica. Sem o grupo fosfato a molécula é chamada de nucleosídeo.

Tanto o DNA quanto o RNA contem duas bases púricas principais, adenina e guanina. O DNA e o RNA possuem também duas pirimidinas principais, em ambos os tipos de ácidos nucleicos, umas delas é a citosina. A única diferença importante entre as bases do DNA e as do RNA é a natureza da segunda pirimidina: timina no DNA e uracila no RNA. Apenas raramente a timina ocorre no RNA ou a uracila no DNA.

Duas espécies de pentoses são encontradas nos ácidos nucleicos. As unidades recorrentes desoxirribonucleotídicas do DNA possuem a 2´-desoxi-d-ribose e as unidades ribonucleotidicas do RNA contem d-ribose. Nos nucleotídeos ambos os tipos de pentoses estão na sua forma Beta-furanosidica.

Sequencias especificas longas dos nucleotídeos A,T,C,G no DNA codificam a informação genética. Embora os nucleotídeos contendo apenas as quatro bases principais sejam os mais comuns, tanto o DNA quanto o RNA possuem também algumas bases minoritárias.

Os nucleotídeos sucessivos, tanto no DNA quanto no RNA, são ligados covalentemente através de pontes de grupos fosfato. Especificamente, o grupo hidroxila 5 linha de uma unidade nucleotidica seguinte por uma ligação fosfodiester. Desta forma, o esqueleto covalente dos ácidos nucleicos consiste de resíduos fosfato e pentose alternantes e as bases características podem ser consideradas com grupos laterais unidos ao esqueleto a intervalos regulares.

Todas as ligações fosfodiésteres nas fitas do DNA e RNA possuem a mesma orientação ao longo da cadeia, conferindo a cada fita linear do ácido nucleico uma polaridade e extremidades 5 linha e 3 linha distintas. Por definição, a extremidade 5 linha não possui um nucleotídeo na posição 5 linha, e a extremidade 3 linha não possui na posição 3 linha. Outros grupos podem estar presentes e uma ou em ambas as extremidades.

O esqueleto covalente do DNA e RNA está sujeito a hidrólise lenta, não enzimática, da ligação fosfodiester.

A ressonância envolvendo muitos átomos no anel confere á maioria das ligações um caráter parcial de dupla ligação. U resultado é que as pirimidinas são moléculas planares e as purinas quase planares, com uma leve ruga.

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