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[email protected] Interações Intermoleculares Mecanismo de Ação Modo de Ligação Complexos Recetor-Ligante Exemplos e Exercícios
OBJETIVOS
O processo de reconhecimento molecular entre uma moléculabioativa (ligante) e o sítio de ligação da macromolécula(proteína alvo) engloba os passos de aproximação, orientação eligação, sendo caracterizado por interações intermoleculares denatureza e magnitude distintas
INTERAÇÕES INTERMOLECULARES
Dependendo do modo de ligação envolvido, a associação destasduas moléculas (ligante e receptor) pode ocorrer através deinterações não- covalentes (reversíveis) ou pela formação deligações covalentes (irreversíveis)
INTERAÇÕES INTERMOLECULARES
REPRESENTAÇÕES 3D DE MICRO- E MACROMOLÉCULAS
Sítio de Ligação
IC50 = 0,93 µM1
Love et al., J. Virol. 2003, 77, 7575-7581
2IC50 = 4 µM
Suresh et al., J. Mol. Biol., 2001, 309, 423-435
RNA POLIMERASEVírus hepatite C
GAPDHLeishmania mexicana
Inibidor não-competitivo Inibidor competitivo
Sítio de Ligação
Sítio Catalítico Sítio
Catalítico
Ligação Polar Covalente
Duas moléculas de água Duas partes de uma macromolécula
INTERAÇÕES
INTERMOLECULARES
Ligações Covalentes
Embora as interações não-covalentes sejam as predominantes emcomplexos do tipo fármaco-receptor, as ligações covalentes têm papelessencial no mecanismo de ação de muitos fármacos. Inibidoresenzimáticos irreversíveis requerem a formação de ligações covalentes(e.g., complexos E-I, enzima-inibidor) para exercerem sua açãofarmacológica através da inativação irreversível da enzima alvo.
Ligações CovalentesQuantitativamente, a ligação covalente é caracterizada pelocompartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre átomos,causando uma atração mútua entre eles, que mantém o complexoresultante unido permanentemente. O tipo mais comum de ligaçãocovalente é a resultante da interação simples de um resíduo deaminoácido da cavidade da proteína com uma funcionalidade químicareativa da molécula do ligante. Nesse caso, o complexo formado se dápelo compartilhamento de um único par eletrônico entre os dois átomosdo sistema molecular.
Formação da ligaçãocovalente
ParLigante Par
Isolado
Os átomos compartilham um par de elétrons para completar a camada
Ligações Covalentes
Substrato
Ligações Covalentes
Kuzin et al., Biochemistry 1995, 34, 9532-40
Complexo cristalográfico DD-peptidase-cefalotina
Ser Thr
Cys
Tyr
NUCLEÓFILOS
CEFALOTINAantibacteriano cefalosporina
Ligações Covalentes
Interações IônicasSão estabelecidas quando dois íons de cargas opostas são atraídos entresi através de forças eletrostáticas. A magnitude desse tipo de interaçãodiminui proporcionalmente com o aumento da distância entre os pares deíons e com o aumento da constante dielétrica do meio. Portanto, acapacidade de um fármaco estabelecer interações iônicas com o sítio deligação do receptor alvo aumenta significativamente com a aproximaçãoe orientação correta. Além disso, as forças de atração são maiores emambientes que apresentam constantes dielétricas menores, como é ocaso dos sítios de ligação de proteínas.
As atrações eletrostáticas fortes entre cátions e ânions, em uma substância iônica, têm suas consequências:Toda substância iônica é sólida e forma um retículo cristalino, nas condições ambientes; (ii) os pontos de fusão (pf) e de ebulição (pe) são altos; (iii) as substâncias iônicas conduzem corrente elétrica quando fundidas ou quando dissolvidas em água.
Ligação Iônica
Interações Iônicas
Os resíduos carregados em pH fisiológico, como lisina, arginina, ácidoaspártico e ácido glutâmico, são comumente presentes em interaçõesiônicas. Além disso, resíduos de cisteína e histidina também podem serencontrados com cargas, proporcionando o estabelecimento deinterações iônicas, dependendo do microambiente em que se encontram.
Resíduo pKa
Lys 10,53
Arg 12,48
Asp 3,65
Glu 4,25
Cys 8,18
His 6,0
Arg249
Asp210
2,9 Å
3,3 Å
Íons de cargas opostas sãoatraídos entre si através deforças eletrostáticas
Interações Iônicas
Lys His ArgAsp Glu
CARREGADOS +CARREGADOS -
Interações Iônicas
Ligação de Hidrogênio
São interações que ocorrem entre o átomo de hidrogênio e dois ou maisátomos eletronegativos. O átomo que está ligado covalentemente aohidrogênio é o doador de ligação de hidrogênio, enquanto que o outroátomo envolvido na interação intermolecular é o aceptor. Átomoseletronegativos como N, O e F são frequentemente observados neste tipode interação.
A magnitude das ligações de hidrogênio depende de alguns fatores, comoa distância interatômica (geralmente entre 2,7 e 3,3 Å) entre os gruposdoadores e aceptores. Em princípio, as ligações de hidrogênio isoladassão consideradas interações fracas (2-5 kcal/mol), entretanto, quandoorganizadas em redes nos complexos do tipo fármaco-receptor, asenergias são substancialmente intensificadas como produto do somatóriodas contribuições individuais das ligações de hidrogênio presentes.
Ligação de Hidrogênio
Ligação de Hidrogênio
Ligação de hidrogênio (ligação-H) é formada quando um átomo dehidrogênio é compartilhado por dois átomos eletronegativos (e.g.,grupos doadores e aceptores de ligação-H)
Ligação de Hidrogênio
Ligação de Hidrogênio
Doador
Aceptor
Ligação de Hidrogênio
Maior distância ligação H = 3,3 Å (O-O)Menor distância ligação H = 2,7 Å (O-O)
DOADOR DE LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO
ACEPTOR DE LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO
Ligação de Hidrogênio
1Å = 100 pm (picômetro)
Tipo de Ligação Distância Média
Ligação de Hidrogênio
Ser Thr Cys
Tyr
Gln Asn
Lys HisArg
AspGlu
• Ligações-H – distância interatômica
• 2,7 - 3,3 Å– ângulo de interação
• 0 – 60o
(Viagra®)
Wang et al., J. Biol. Chem. 2006, 281, 21469-21479
Complexo Cristalográfico Fosfodiesterase do tipo 5
(Sildenafila, Viagra®)
Ligação de Hidrogênio
Gln
ACEPTORLigação-H
ACEPTORLigação-H
ACEPTOR OU DOADORLigação-H
ACEPTORLigação-H
ACEPTORLigação-H
DOADORLigação-H
DOADORLigação-H
PROZAC
Ligação de Hidrogênio
Interação e Ângulo