OBJETIVOS
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Interações Intermoleculares
Mecanismo de Ação
Modo de Ligação
Complexos Recetor-Ligante
Exemplos e Exercícios
INTERAÇÕES INTERMOLECULARES
INTERAÇÕES INTERMOLECULARES
O processo de reconhecimento molecular entre uma molécula
bioativa (ligante) e o sítio de ligação da macromolécula
(proteína alvo) engloba os passos de aproximação, orientação e
ligação, sendo caracterizado por interações intermoleculares de
natureza e magnitude distintas
Dependendo do modo de ligação envolvido, a associação destas
duas moléculas (ligante e receptor) pode ocorrer através de
interações não- covalentes (reversíveis) ou pela formação de
ligações covalentes (irreversíveis)
Sítio de Ligação
RNA POLIMERASE
Vírus hepatite C
REPRESENTAÇÕES 3D DE MICRO- E MACROMOLÉCULAS
GAPDH
Leishmania mexicana
Sítio
Catalítico
Sítio
Catalítico
Sítio de
Ligação
2
1
IC50 = 0,93 µM
Inibidor não-competitivo
Love et al., J. Virol. 2003, 77, 7575-7581
Ligação
Polar
Covalente
IC50 = 4 µM
Inibidor competitivo
Suresh et al., J. Mol. Biol., 2001, 309, 423-435
INTERAÇÕES
INTERMOLECULARES
Duas moléculas de água
Duas partes de uma macromolécula
Ligações Covalentes
Embora as interações não-covalentes sejam as predominantes em
complexos do tipo fármaco-receptor, as ligações covalentes têm papel
essencial no mecanismo de ação de muitos fármacos. Inibidores
enzimáticos irreversíveis requerem a formação de ligações covalentes
(e.g., complexos E-I, enzima-inibidor) para exercerem sua ação
farmacológica através da inativação irreversível da enzima alvo.
Ligações Covalentes
Quantitativamente, a ligação covalente é caracterizada pelo
compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre átomos,
causando uma atração mútua entre eles, que mantém o complexo
resultante unido permanentemente. O tipo mais comum de ligação
covalente é a resultante da interação simples de um resíduo de
aminoácido da cavidade da proteína com uma funcionalidade química
reativa da molécula do ligante. Nesse caso, o complexo formado se dá
pelo compartilhamento de um único par eletrônico entre os dois átomos
do sistema molecular.
Os átomos compartilham
um par de elétrons para
completar a camada
Formação da ligação
covalente
Par
Ligante
Ligações Covalentes
Ligações Covalentes
Substrato
Par
Isolado
Ligações Covalentes
Complexo cristalográfico DD-peptidase-cefalotina
São estabelecidas quando dois íons de cargas opostas são atraídos entre
si através de forças eletrostáticas. A magnitude desse tipo de interação
diminui proporcionalmente com o aumento da distância entre os pares de
íons e com o aumento da constante dielétrica do meio. Portanto, a
capacidade de um fármaco estabelecer interações iônicas com o sítio de
ligação do receptor alvo aumenta significativamente com a aproximação
e orientação correta. Além disso, as forças de atração são maiores em
ambientes que apresentam constantes dielétricas menores, como é o
caso dos sítios de ligação de proteínas.
NUCLEÓFILOS
Ser
Interações Iônicas
Thr
Ligação Iônica
Cys
Tyr
CEFALOTINA
antibacteriano cefalosporina
Kuzin et al., Biochemistry 1995, 34, 9532-40
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.
Interações Iônicas
Interações Iônicas
Íons de cargas opostas são
atraídos entre si através de
forças eletrostáticas
Os resíduos carregados em pH fisiológico, como lisina, arginina, ácido
aspártico e ácido glutâmico, são comumente presentes em interações
iônicas. Além disso, resíduos de cisteína e histidina também podem ser
encontrados com cargas, proporcionando o estabelecimento de
interações iônicas, dependendo do microambiente em que se encontram.
Asp210
2,9 Å
Arg249
Resíduo
pKa
Lys
10,53
Arg
12,48
Asp
3,65
Glu
4,25
Cys
8,18
His
6,0
3,3 Å
Interações Iônicas
CARREGADOS -
Asp
Glu
CARREGADOS +
Lys
His
Arg
Ligação de Hidrogênio
São interações que ocorrem entre o átomo de hidrogênio e dois ou mais
átomos eletronegativos. O átomo que está ligado covalentemente ao
hidrogênio é o doador de ligação de hidrogênio, enquanto que o outro
átomo envolvido na interação intermolecular é o aceptor. Átomos
eletronegativos como N, O e F são frequentemente observados neste tipo
de interação.
Ligação de Hidrogênio
Ligação de Hidrogênio
A magnitude das ligações de hidrogênio depende de alguns fatores, como
a distância interatômica (geralmente entre 2,7 e 3,3 Å) entre os grupos
doadores e aceptores. Em princípio, as ligações de hidrogênio isoladas
são consideradas interações fracas (2-5 kcal/mol), entretanto, quando
organizadas em redes nos complexos do tipo fármaco-receptor, as
energias são substancialmente intensificadas como produto do somatório
das contribuições individuais das ligações de hidrogênio presentes.
Ligação de hidrogênio (ligação-H) é formada quando um átomo de
hidrogênio é compartilhado por dois átomos eletronegativos (e.g.,
grupos doadores e aceptores de ligação-H)
Ligação de Hidrogênio
Ligação de Hidrogênio
Ligação de Hidrogênio
DOADOR DE LIGAÇÃO
DE HIDROGÊNIO
ACEPTOR DE LIGAÇÃO
DE HIDROGÊNIO
Tipo de Ligação
Distância Média
Ligação de Hidrogênio
Doador
Aceptor
Maior distância ligação H = 3,3 Å (O-O)
Menor distância ligação H = 2,7 Å (O-O)
1Å = 100 pm (picômetro)
Ligação de Hidrogênio
Complexo Cristalográfico
Ligação de Hidrogênio
Fosfodiesterase do tipo 5
• Ligações-H
(Sildenafila, Viagra®)
– distância interatômica
• 2,7 - 3,3 Å
– ângulo de interação
Ser
Thr
• 0 – 60o
Cys
Asn
Gln
Glu
Asp
Tyr
(Viagra®)
Gln
Arg
Lys
His
Wang et al., J. Biol. Chem. 2006, 281, 21469-21479
Ligação de Hidrogênio
Interação e Ângulo
DOADOR
Ligação-H
ACEPTOR
Ligação-H
ACEPTOR
Ligação-H
DOADOR
Ligação-H
ACEPTOR
Ligação-H
ACEPTOR OU DOADOR
Ligação-H
PROZAC
ACEPTOR
Ligação-H