Descreva o processo de formação de uma ligação peptídica e explique por que, em condições fisiológicas, essa reação não ocorre espontaneamente.
Passo 1
O enunciado pede para descrever como se forma uma ligação peptídica entre dois aminoácidos e explicar por que essa reação, apesar de termodinâmica e quimicamente plausível, não ocorre espontaneamente em condições fisiológicas. Para isso, vamos precisar entender (1) o mecanismo de síntese da amida (ligação peptídica) envolvendo ataque nucleofílico e eliminação de água e (2) os aspectos termodinâmicos e cinéticos que tornam o processo desfavorável sem auxílios enzimáticos e acoplamento energético.
Passo 2
A formação de uma ligação peptídica é uma síntese de condensação (ou síntese por desidratação). O mecanismo geral entre o grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amina de outro é:
- o nitrogênio da amina atua como nucleófilo e ataca o carbono carbonílico do grupo –COOH;
- forma-se um intermediário tetraédrico instável;
- ocorre eliminação de uma molécula de água (
), regenerando o grupo carbonila agora ligado ao nitrogênio; - o resultado é uma amida típica, chamada ligação peptídica, com estrutura
.
Passo 3
Termodinamicamente, a reação de condensação de aminoácidos tem energia livre padrão de reação positiva, por exemplo
o que significa que, em equilíbrio e sem acoplamento, a banda de reagentes é energeticamente favorecida. Além disso, a barreira de ativação é alta, pois a formação do intermediário tetraédrico e a eliminação concertada de
exigem reorganizações eletrônicas que não ocorrem rapidamente sem catálise. Em suma, tanto do ponto de vista termodinâmico (endergônica) quanto cinético (alta energia de ativação), a reação não prossegue espontaneamente.
Passo 4
Nos sistemas biológicos, a síntese de proteínas contorna esses problemas por:
- ativar o aminoácido usando ATP, formando aminoacil-AMP e liberando pirofosfato (
); - enxergar a hidrólise de
pela pirofosfatase como um passo fortemente exergônico, que torna a ativação globalmente favorável; - transferir o aminoácido ativado para uma molécula de tRNA (aminoacil-tRNA);
- usar o ribossomo como catálise enzimática para baixar a barreira de ativação, promovendo o ataque nucleofílico do tRNA carregado e a formação da ligação peptídica de modo rápido e específico.
Resposta
Em condições fisiológicas, a formação de ligação peptídica é termodinamicamente desfavorável (
) e cineticamente lenta devido ao alto passo de ativação. Por isso, as células só conseguem realizar essa reação acoplando-a à hidrólise de ATP e empregando enzimas (aminoacil-tRNA sintetases e ribossomo) que garantem tanto o aporte energético quanto a redução da barreira cinética.