QBQ1252: Bioqu´ımica Metabolica – Qu´ımica´ USP – Sao...
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QBQ1252: Bioquı́mica Metabólica – Quı́mica USP – São Paulo
Introdução &
Forças intermoleculares
Guilherme Menegon Arantes
[email protected] http://gaznevada.iq.usp.br
Universidade de São Paulo
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QBQ1252: Bioquı́mica Metabólica – Quı́mica USP – São Paulo
Resumo da aula
• Calendário, avaliação e exercı́cios
• Website:
http://gaznevada.iq.usp.br/cursos/qbq1252/
• Estrutura e conformações de biomoléculas são essenciais
• Forças intermoleculares
– Forças covalentes
– Forças eletrostáticas, indutivas e dispersivas
• Estrutura da água
Instituto de Quı́mica - Departamento de Bioquı́mica
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Porque estudar biomoléculas?
• Organismos transformam matéria e energia do ambiente
• Bioquı́mica é baseada na estrutura das biomoléculas
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Dogma central do comportamento biomolecular
Estrutura → Mecanismo → Função
• Mas proteı́nas (ou biomoléculas) não sabem sua função!
• Forças intermoleculares + temperatura −→ flutuações
• Flutuações (selecionadas pela evolução) −→ função
• Noção de escalas de tamanho (Å-µm), energia (térmica,
ligações, unidades, etc) e tempo (fs-s)
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Estruturas, conformações e configurações
• Dogma central: Estrutura ⇀↽ Mecanismo ⇀↽ Função
• Por exemplo, isômeros tem atividade biológica diferente
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Estruturas, conformações e configurações
• biomoléculas possuem muitos confôrmeros diferentes
• Torsões sobre ligações são mudanças de ângulos diedrais
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Como descrever as forças moleculares?
• Podemos usar mecânica quântica:
“The general theory of quantum mechanics is now
almost complete... The underlying physical laws
necessary for a large part of physics and the whole
of chemistry are thus completely known, and the
difficulty is only that the exact application of these
laws leads to equations much too complicated to be
soluble. It therefore becomes desirable that
approximate practical methods of applying quantum
mechanics should be developed.”
Paul M. Dirac, 1929
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Descrição aproximada das interações
• Mecânica quântica descreve interações perfeitamente,
mas é impraticável para macromoléculas
• Pela teoria de forças intermoleculares, podemos descrever
as interações em termos mais simples:
E = Epot + Ecin
Epot = Vcovalente + Vnao−ligante
Vcovalente = Vlig + Vang + Vdied
Vnao−ligante = Velet + Vpol + VvdW
• Vcov : Termos ligantes ou covalentes
• Vnon : Termos não-ligantes ou intermoleculares
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Interações covalentes
• Termos harmônicos: Ligação Vlig e ângulo Vang
Vlig =∑
lig
1
2km(R− R0)
2
• Termo periódico: Ângulo diedral
Vdied =∑
diedrais
∑4
n=11
2Kn[1 + cos(nφ− δn)]
R0
31
2
123θ
R12
R
ligV
( )φ o
23
1234φdiedV
2K
0 90 180 270 360
1
4
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Interações eletrostáticas: Velet
Velet =∑
i
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Interações de polarização: Vpol
Vpol =∑
i
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Interações de van der Waals: VvdW
• Repulsivas (R−12) e dispersivas (R−6):
VvdW =∑
i
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Exemplos: Interações entre dı́meros
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Estrutura da água
• Água é essencial para vida. Propriedades únicas
• Molécula polar (dipolo µ = 1.8 D), forma ligações de
hidrogênio: força significativa (∼ 5 kcal/mol) mas
não-covalente
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Estrutura da água
• Ótimo solvente para partı́culas polares ou carregadas
• Oxigênio tem “coordenação” tetraédrica. Rede de ligações
• Estrutura no lı́quido é dinâmica. Vejamos uma simulação
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