Metaloproteínas e modelagem biomimética Prof. Fernando R. Xavier

UDESC 2018

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Resumindo temos:

cofator

orgânico

inorgânico

coenzima

metaloenzima

Sítio ativo

Íons metálicos

Cadeia lateral da proteína

Pontes exógenas

Ligantes terminais

Complexos

altamente

Elaborados!!!

Proteínas

Enzimas

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Conceito ácido-base de Pearson* (1963)

*Nascido em Chicago 1919 e… ainda trabalhando na UCSB! (97 anos)

O conceito Pearson baseia-se no princípio da polarizabilidade de espécies

químicas.

“Ácidos macios tendem a se ligar (formam compostos estáveis) com bases

macias, enquanto ácidos duros tendem a se ligar com bases duras.”

Mas qual a relação entre dureza/maciez de uma

espécie química e sua polarizabilidade?!

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Cópia do artigo original da divulgação da teoria de Pearson

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Espécies químicas que tem suas cargas (ou densidade de cargas “δ”)

concentradas espacialmente são consideradas “duras”. Por outro, espécies que

possuem a habilidade de dispersar estas cargas são ditas “macias”.

São fatores que influenciam no grau de polarização:

1. Raio atômico/iônico/cargas elétricas

Ácidos duros Ácidos macios

Bases duras Bases macias

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2. Eletronegatividade/Eletropositividade

Ácidos macios

Bases duras

Bases macios

Ácidos duros

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3. Ressonância (fator de menor preponderância)

Contribuição da ressonância na dispersão de cargas.

Concentração de carga = maior dureza

Obs. Escrever todas as formas canônicas para comprovação.

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“Força” da interação ácido-base: Constantes de formação (Kf)

“Íons de dureza compatíveis tendem

a interagir fortemente entre si

produzindo então maiores valores de

Kf.”

• Ácidos duros tendem a se ligar

com halogênios na segunite

ordem:

I- < Br- < Cl- < F-

• Ácidos macios tendem a se ligar

com halogênios na segunite

ordem:

I- > Br- > Cl- > F-

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Ligação com ácidos duros:

PR3 << NR3 e SR2 << OR2

No caso de bases de Pearson, os valores obtidos de constantes de formação

apontam a seguinte tendência:

Ligação com ácidos macios:

PR3 >> NR3 e SR2 >> OR2

Haletos e oxoânions são classificados como bases duras pois atuam

majoritariamente por interações eletrostáticas.

Compostos que se ligam através do carbono tais como CO e CN- tendem a se

comportar como bases macias.

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Evidências experimentais de interações ácido-base de Pearson

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“Interações entre ácidos e bases duras são predominantemente iônicas enquanto

entre ácidos e bases macias são predominantemente covalentes.”

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Metaloproteínas ou Metaloenzimas: podem

ser consideradas de forma simples como sendo

grandes compostos de coordenação!

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Funções dos metais nas metaloenzimas

Normalmente, os metais são encontrados como constituintes naturais nas proteínas.

Aproximadamente 1/3 de todas as enzimas conhecidas necessitam de íons

metálicos para atividade catalítica.

Na verdade, a natureza aprendeu a utilizar as propriedades especiais dos metais

para realizar uma ampla variedade de funções associadas com os sistemas vivos.

Suas principais funções são:

• Se ligar ao substrato e então o orientá-lo devidamente para a reação;

• Mediar reações de oxidação-redução através da estabilização de cargas

nos estados de oxidação dos íons metálicos;

• Estabilizar eletrostaticamente ou blindar cargas negativas.

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Metaloenzimas e a química bioinorgânica

trans-[CoIII(NH3)4(Cl)(OH2 ) - Werner

Interação metal-proteína X química de coordenação

C o 3 +

N H 3

N H 3

H 3 N

H 3 N

C l

O H 2

N H 3

C l -

O H 2

N H 3

N H 3 N H 3

C o 3 +

Coordenação metálica por resíduos de aminoácidos

H

O

O

O O H 2

N N

H 2 N O

N

N

Z n 2 +

H

N H 2

O

H O

- O

O

N

N

H

O H 2

H N

N

Z n 2 +

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Proteínas como ligantes

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Proteínas como ligantes

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Proteínas como ligantes

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Modelagem biomimética

Complexos Modelo e Análogos Sintéticos

Metaloenzimas Grandes compostos de

coordenação

Compostos de baixa

massa molar

Moléculas de Alta Complexidade!

Complexos modelos

Análogos sintéticos

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Exemplo – Complexo Modelo

Modelo estrutural para o sítio ativo da urease

Sítio ativo da urease

Lippard, Inorg. Chem. 2001.

QMC Bioinorgânica

O O

N

N N i

O H N

O

O

O

N H

N

H N

N N i

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isolamento, purificação e

caracterização da metaloenzima

projeção e síntese dos ligantes

síntese e caracterização dos complexos

propriedades e reatividade

dos complexos vs

metaloenzima

Modelagem biomimética: Um caminho árduo

não satisfatório

Complexo Modelo e/ou

Análogo Sintético

satisfatório