Estrutura tridimensional das proteínas

Fundamentos de Bioquímica   

Capítulo 06. ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL DAS PROTEÍNAS

Na década de 1920, várias proteínas já haviam sido cristalizadas. A disposição ordenada das moléculas em um cristal indica que as unidades moleculares são idênticas. Assim, as proteínas deveriam ter estrutura singular, o que revolucionou o modo de pensar sobre as proteínas e suas funções.

A estrutura tridimensional das proteínas é determinada por sua seqüência de aminoácidos e a função da proteína depende de sua estrutura, que é singular (ou quase) para cada proteína. Esta estrutura é estabilizada principalmente por interações não-covalentes. As estruturas protéicas podem ser agrupadas em alguns padrões estruturais comuns.

Aspectos gerais da estrutura protéica

As proteínas podem apresentar mais de uma conformação, mas assumem a conformação que é mais termodinamicamente estável, tendo a menor energia livre de Gibbs – proteína nativa.

A conformação de uma proteína é estabilizada em grande parte por interações fracas

A estabilidade, ou tendência à manutenção de uma conformação nativa, das proteínas é muito frágil.

O estado desenovelado de uma proteína é caracterizado por um elevado grau de entropia conformacional, e, as ligações de hidrogênio entre os diversos grupos da cadeia polipeptídica e o solvente (água) tendem a manter o estado desenovelado. Contudo, nenhuma molécula possui o potencial de estabelecer ligações de hidrogênio como a própria molécula de água, e assim as outras moléculas presentes em uma solução de água rompem estas ligações, mas de maneira entalpicamente desfavorável.  Além disto, quando a água envolve uma molécula hidrofóbica forma uma camada de solvatação (envoltório altamente organizado) ao redor desta molécula.  Esta ordenação da água resulta em diminuição desfavorável da entropia da água. Se os grupos hidrofóbicos são reunidos, há uma redução na extensão da camada de solvatação, com aumento favorável na entropia. As cadeias laterais de aminoácidos hidrofóbicos tendem, portanto, a se reunir em um ambiente interno da proteína, afastadas da água.

A formação de ligações de hidrogênio e as interações iônicas em uma proteína possuem entropia favorável. Apesar de grupos polares formarem ligações de hidrogênio com a água, o número destas ligações é maior para a água pura do que para qualquer outro líquido ou solução. Isto limita a solubilidade mesmo de moléculas polares. Assim, haverá uma certa formação de camada de solvatação de moléculas estruturadas de água até mesmo em torno de moléculas polares. Portanto, quando ligações de hidrogênio ou interações iônicas ocorrem dentro de uma macromolécula e ocorre enovelamento, a principal força propulsora deste enovelamento foi o aumento da entropia para as moléculas de água. Isto mais do que contrabalança a grande perda de entropia conformacional que se verifica quando um polipeptídeo é submetido a uma única conformação enovelada.

As interações hidrofóbicas são importantes para a estabilização de uma conformação protéica; o interior de uma proteína é constituído por um núcleo densamente empacotado de cadeias laterais de aminoácidos hidrofóbicos. Os grupos polares ou carregados no interior da proteína formam ligações de hidrogênio ou interações iônicas, porque grupos livres podem desestabilizar a estrutura da proteína.

A ligação peptídica é rígida e plana

As ligações covalentes impõem restrições à conformação de um polipeptídeo. Os carbonos a dos resíduos de aminoácidos adjacents estão separados por três ligações covalentes (Ca-C-N-Ca). A ligação C-N em um peptídeo é mais curta do que a ligação C-N em uma amina simples, o que se deve a um compartilhamento de elétrons entre o oxigênio e o hidrogênio ligados a um carbono em comum, formando um dipolo elétrico, em que o oxigênio e o hidrogênio (ligado ao nitrogênio) estão em posição trans. Os seis átomos do grupo peptídico situam-se em um mesmo plano. As ligações C-N são incapazes de possuir rotação livre por causa de seu caráter parcial de dupla ligação. Rotações ocorrem em torno das ligações N-Ca (f, fi) e Ca-C (y, psi). Assim, o polipeptídeo pode apresentar diversas conformações, que estão limitadas, no entanto pelas rígidas ligações peptídicas. As diferentes conformações possíveis podem ser plotadas em um gráfico que relaciona as rotações y e f - o gráfico de Ramachandran.

A estrutura secundária das proteínas

A estrutura secundária indica a conformação local de alguma porção de um polipeptídeo. Alguns tipos de estrutura secundária são particularmente estáveis e frequentemente encontradas nas proteínas - a-hélice, conformação b.

A a-hélice é uma estrutura secundária comum

O arranjo mais simples que uma cadeia polipeptídica pode assumir com suas ligações peptídicas rígidas (mas com as demais ligações simples livres para rotação) é uma estrutura helicoidal - a-hélice. A cadeia polipeptídica é fortemente retorcida em torno de um eixo imaginário longitudinal que passa pelo centro da hélice, com os grupos R dos resíduos de aminoácidos projetados para a face externa da hélice. A unidade repetitiva é uma volta simples da hélice (passo = 5,4 Å) que inclui 3,6 resíduos de aminoácidos. A hélice é sempre orientada para a direita (sentido anti-horário) em todas as proteínas. De forma geral, cerca de um quarto de todos os resíduos de aminoácidos nos polipeptídeos é encontrado em a-hélices. A a-hélice é a forma mais comum porque otimiza o uso das ligações de hidrogênio internas (entre hidrogênio e oxigênio de resíduos distantes entre si quatro resíduos). Cada passo da a-hélice é unido aos passos adjacentes por três ou quatro ligações de hidrogênio, o que fornecem estabilidade à estrutura helicoidal.

A seqüência de aminoácidos afeta a estabilidade da a-hélice

Nem todos os polipeptídeos podem formar uma a-hélice estável. Interações entre cadeias laterais de resíduos de aminoácidos podem desestabilizar esta estrutura. Por exemplo, grande bloco de resíduos glutamina (repulsão entre grupos negativamente carregados), lisina e/ou arginina (repulsão entre grupos positivamente carregados), asparagina, serina, treonina e cisteína (grupos muito volumosos), prolina (forma um anel rígido que desestabiliza a a-hélice), glicina (muito flexível).

Cinco tipos distintos de restrições afetam a estabilidade de uma a-hélice: (1) a interação eletrostática entre grupos R carregados, (2) o volume dos grupos R adjacentes, (3) as interações entre as cadeias laterais de resíduos de aminoácidos espaçados entre si por três ou quatro resíduos, (4) a ocorrência de resíduos de prolina ou glicina, (5) a interação entre os resíduos de aminoácidos nas extremidades do segmento helicoidal e o dipolo elétrico inerente a uma a-hélice.

A conformação b organiza as cadeias polipeptídicas em folhas

A cadeia polipeptídica estende-se em uma estrutura em ziguezague. As cadeias polipeptídicas em ziguezague podem ser disposta lado a lado, para formar uma estrutura que se assemelha a uma série de pregas – folha b. Ligações de hidrogênio são formadas entre os segmentos adjacentes. Os grupos R de resíduos adjacentes projetam-se em direções opostas a partir da estrutura em ziguezague. As cadeias polipeptídicas adjacentes em uma folha b podem ser paralelas ou antiparalelas (com orientações amino e carboxila iguais ou diferentes, respectivamente).  Os resíduos de aminoácidos devem apresentar grupos R pouco volumosos. Exemplos de proteínas que possuem folhas b são a fibroína da seda e a fibroína da teia de aranha.

As dobras b são comuns nas proteínas

Uma dobra de 180° que envolve quatro resíduos de aminoácidos, com o grupo de oxigênio carbonílico do primeiro resíduo de aminoácido formando uma ligação de hidrogênio com o hidrogênio do grupo amino do quarto. São comuns em proteínas globulares e em proteínas ricas em folhas b.

Estrutura terciárias e quaternárias das proteínas

A estrutura terciária é o arranjo tridimensional global de todos os átomos em uma proteína. Segmentos interagentes de cadeias polipeptídicas são mantidos em suas posições terciárias características por tipos distintos de interações fracas (e, às vezes, por ligações covalentes tais como ligações dissulfeto) entre os segmentos.

O arranjo das subunidades em proteínas que contêm duas ou mais cadeias polipeptídicas separadas em complexos tridimensionais constitui a estrutura quaternária.

As proteínas podem ser classificadas em dois grupos principais: proteínas fibrosas, que possuem cadeias polipeptídicas em arranjos de folhas e feixes, e as proteínas globulares, que possuem cadeias polipeptídicas enoveladas em formas esféricas ou globulares. As proteínas fibrosas em geral consistem principalmente de um único tipo de estrutura secundária; as proteínas globulares costumam conter diversos tipos de estruturas secundárias. Os grupos diferem funcionalmente, uma vez que as proteínas fibrosas fornecem suporte, formas e proteção externa aos vertebrados, enquanto as enzimas e as proteínas regulatórias, na maioria, são globulares.

As proteínas fibrosas são estruturalmente adaptadas para uma função

As proteínas fibrosas apresentam propriedades que conferem resistência e/ou flexibilidade. Todas as proteínas fibrosas são insolúveis em água, devido à elevada concentração de resíduos de aminoácidos hidrofóbicos. A unidade fundamental é um simples elemento repetitivo de estrutura secundária que são empacotadas em conjunto formando elaborados complexos supramoleculares. Exemplos são a a-queratina, o colágeno e a fibroína.

a-queratina. As a-queratinas fazem parte de uma família maior de proteínas – proteínas do filamento intermediário. A hélice da a-queratina é orientada para a direita. Duas fitas de a-queratinas, orientadas em paralelo, enovelam-se uma à outra para formar uma espiral super-retorcida com orientação à esquerda. Pontes dissulfeto formam ligações cruzadas entre as proteínas. Esta proteína constitui o cabelo, lã, unhas, garras, espinhos, chifres, cascos e a maior parte da camada externa da pele.

Colágeno. Fornecem resistência mecânica. Encontrada em tecido conjuntivo (tendão, cartilagem, matriz orgânica de osso, córnea). A hélice do colágeno é orientada para a esquerda e possui três resíduos de aminoácidos por passo. Três polipeptídeos separados (cadeias a) são superenoveladas com orientação para a direita. O colágeno apresenta 35% de glicina, 11% de alanina e 21% de prolina ou hidroxi-prolina.

Estrutura e Catálise - aminoácidos peptideos e proteínas - cap 05

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Capítulo 05. ESTRUTURA E CATÁLISE – Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas

As proteínas são as macromoléculas mais abundantes nas células vivas, ocorrendo em todas suas partes e em grande variedade e com grande diversidade de funções biológicas. São constituídas por unidades monoméricas de aminoácidos.

AMINOÁCIDOS

As proteínas são polímeros resultantes de reações de condensação entre aminoácidos. Os vinte tipos de aminoácidos primários foram descobertos entre 1806 (asparagina) e 1938 (treonina) e receberam nomes triviais.

Os aminoácidos têm características estruturais comuns

Todos os aminoácidos primários são a-aminoácidos, ou seja, têm um grupo carboxila e um grupo amino ligados ao mesmo átomo de carbono (carbono a). Os aminoácidos diferem entre si por suas cadeias laterais (grupos R), os quais variam em estrutura, tamanho e carga elétrica e influenciam suas hidrossolubilidades.

Os carbonos dos aminoácidos são identificados ou por números ou por letras gregas. No primeiro caso, o carbono número 1 é o carbono da carboxila e o carbono 2, o carbono quiral. No segundo caso, o carbono quiral é chamado carbono a e o primeiro carbono da cadeia lateral é chamado b, e assim por diante (g, d, e, ...).

Todos os aminoácidos (exceto a glicina) possuem um carbono quiral (C-a) ao qual está ligado, em um arranjo tetraédrico, um átomo de hidrogênio, uma amina, uma carboxila e um radical variável (grupo R). Os aminoácidos formam ao redor do centro quiral duas configurações possíveis – estereoisômeros enantiômeros. Estas duas formas são chamadas de L-aminoácidos ou D-aminoácidos, segundo se assemelhem ao L- ou D-gliceraldeído, respectivamente. Os aminoácidos também podem ser especificados pelo Sistema RS. Este sistema observa a distribuição dos grupos funcionais ao redor do carbono quiral (R, se a distribuição é no sentido horário, e S, se no sentido anti-horário).

Os resíduos de aminoácidos nas proteínas são L-estereoisômeros

Os aminoácidos primários são sempre L-estereoisômeros porque os sítios ativos das enzimas que os formam são também assimétricos, o que leva à estereoespecificidade das reações por elas catalisadas.

Os aminoácidos podem ser classificados pelos seus grupos R

Os vintes aminoácidos primários podem ser agrupados em cinco classes principais, baseado nas propriedades dos grupos R, em particular sua polaridade.

Grupos R não-polares e alifáticos – São importantes na estabilização das proteínas pela promoção de interações hidrofóbicas em seu interior. Glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, prolina e metionina.

Grupos R aromáticos – Podem participar de interações hidrofóbicas por serem relativamente apolares. Fenilalanina, tirosina e triptofano. Os dois últimos absorvem luz na região ultravioleta do espectro (280nm) e propriedade importante em estudos de laboratório e na caracterização das proteínas.

Grupos R não-carregados, mas polares – São hidrofílicos devido à presença de grupos funcionais hidroxilas (serina e treonina), sulfidrila (cisteína) ou amida (asparagina e glutamina). As ligações dissulfeto têm um importante papel na estabilização de estruturas de muitas proteínas, em virtude da formação de ligações covalentes entre diferentes partes de uma molécula protéica ou entre duas moléculas protéicas distintas.

Grupos R carregados positivamente (básicos) – São muito hidrofílicos e possuem carga positiva. Lisina e arginina. Em muitas reações catalisadas por enzimas, um resíduo de histidina facilita a reação ao servir como doador ou aceptor de prótons.

Grupos R carregados negativamente (ácidos) – são muito hidrofílicos por possuir na molécula um segundo grupo carboxila. Aspartato e glutamato.

Os aminoácidos não-primários também possuem importantes funções

São resíduos de aminoácidos criados por modificação dos resíduos primários já incorporados em um polipeptídeo. Exemplos: 4-hidroxiprolina, 4-hidroxilisina, 6-N-metilisina, g-carboxiglutamato, desmosina e selenocisteína. Além destes, há também centenas de outros aminoácidos adicionais que nunca aparecem em proteínas, dos quais se destacam a ornitina e a citrulina.

Os aminoácidos podem agir como ácidos e bases

Dissolvidos em água, os aminoácidos são íons dipolar, podendo agir como doador de prótons (ácido) ou como receptor de prótons (base), ou seja, são anfóteros ou anfólitos. Um aminoácido monocarboxilico, quando está totalmente protonado, funciona como um ácido diprótico.

Os aminoácidos têm curvas de titulação características

A titulação ácido-base consiste na adição ou na remoção gradual de prótons. À medida que se adiciona aceptores de prótons (base) em uma solução de ácido, o pH da solução aumenta gradualmente até parar de se alterar. A curva característica obtida é chamada curva de titulação. A tendência de um ácido em perder prótons em solução aquosa é chamada de constante de equilíbrio (K_eq) que em reações de ionização também é chamada de constante de dissociação (K_a). À medida que a titulação prossegue atinge-se novo equilíbrio na reação reversível de ácido Û base até que não haja mais prótons para serem doados. O pH pára de subir. No ponto médio da titulação, onde exatamente 0,5 equivalente da base foi adicionada, a concentração de doador de prótons havia se igualado à concentração do aceptor de prótons. Neste ponto, o pH da solução é iqual ao pK_a do ácido. Ácidos fortes têm mais baixo pK_a do que ácidos fracos.

Os ácidos dipróticos apresentam curva de titulação em dois estágios, cada um correspondendo à desprotonação de um grupo doador de prótons. Cada estágio apresenta uma área plana que corresponde ao poder tamponante do ácido. Nestas faixas, o ácido em questão é capaz de manter constante o pH da solução a despeito da adição de ácido ou base à mesma. Os aminoácidos funcionam como ácidos fracos.

As curvas de titulação predizem a carga elétrica dos aminoácidos

A curva de titulação em dois estágios dos ácidos dipróticos apresenta um ponto de inflexão que é o ponto em que o ácido está totalmente ionizado, mas sem carga elétrica líquida. O pH característico no qual a carga total é igual a zero é denominado ponto isoelétrico ou pH isoelétrico (pI). Em solução, o aminoácido terá carga elétrica negativa em qualquer pH acima do seu pI e, portanto, mover-se-á em direção ao elétrodo positivo quando colocado em um campo elétrico. Em qualquer pH abaixo do seu pI, o aminoácido terá carga elétrica positiva e mover-se-á em direção ao eletrodo negativo. Quanto mais afastado o valor do pH do seu ponto isoelétrico, maior será a carga elétrica líquida da população de moléculas do aminoácido.

Os aminoácidos diferem em suas propriedades acidobásicas

Muitos aminoácidos diferentes compartilham propriedades comuns, o que permite algumas generalizações simplificadoras a respeito do comportamento acidobásico de suas diferentes classes. Todos os aminoácidos com um único grupo a-amino, um a-carboxila e um grupo R desprovido de grupos ionizáveis têm curvas de titulação com dois estágios. Os valores de pKa são muito similares, embora não idênticos, para todos eles. pKa do grupo carboxila na região de 1,8 a 2,4 e pKa do grupo amina na região de 8,8 a 11,0. Os aminoácidos com grupo R ionizável têm curvas de titulação mais complexas, exibindo três estágios correspondendo aos três passos de ionizações possíveis. Portanto, possuem três valores de pKa.

Apenas a histidina te um grupo R capaz de exercer função tamponante significativa próxima do pH neutro, usualmente encontrado nos fluidos intra e intercelulares da maioria dos animais e bactérias. Nenhum outro aminoácido tem a sua cadeia leteral com um valor de pKa próximo o bastante de pH 7,0 para que possa ser um tampão fisiológico efetivo.

Peptídeos e Proteínas

Os peptídeos que ocorrem biologicamente variam muito de tamanho, desde moléculas pequenas contendo apenas dois ou três aminoácidos até macromoléculas contendo milhares de aminoácidos.

Os peptídeos são cadeias de aminoácidos

A ligação de dois aminoácidos com a liberação de uma molécula de água e formação de um grupo amida entre o carbono carboxílico de um aminoácido e o nitrogênio do grupo amina do outro aminoácido é chamada ligação peptídica. Em pH fisiológico, essa reação, no entanto não ocorre diretamente, mas requer a formação de um intermediário. Quando mais aminoácidos são ligados desta maneira, tem-se a formação de oligopeptídeos ou polipeptídeos.

Em um peptídeo, os aminoácidos das extremidades são chamados de resíduo aminoterminal e resíduo carboxiterminal, segundo apresentem uma extremidade livre com amina ou carboxila livres, respectivamente.

Embora, a hidrólise das ligações peptídicas seja uma reação exergônica, ela ocorre lentamente por causa de sua alta energia de ativação.

Os peptídeos podem ser distinguidos entre si por meio de seu comportamento de ionização

Em um peptídeo, os resíduos de aminoácidos internos não apresentam grupo amina e carboxila ionizáveis, mas podem apresentar grupos ionizáveis em suas cadeias laterais. Assim, um dado peptídeo apresenta curva de titulação característica e pH isoelétrico característico, no qual não se moverá quando colocado em um campo elétrico. O peptídeo apresenta um grupo amina ou um grupo carboxila ionizável em cada uma de suas extremidades.

Peptídeos e polipeptídeos biologicamente ativos ocorrem em uma ampla faixa de tamanho

Nenhuma generalização pode ser feita com relação aos pesos moleculares de peptídeos e proteínas biologicamente ativos em relação a suas funções. Mesmo os menores peptídeos podem ter efeitos biológicos importantes – aspartame, oxitocina, bradicinina e amantina. Ainda considerados oligopeptídeos tem-se a insulina, o glucagon e a corticotropina. Mas as proteínas podem ter cadeia peptídica muito longa como é o caso da titina.

Algumas proteínas consistem de uma única cadeia polipeptídica, mas outras possuem dois ou mais polipeptídeos associados de forma não-covalente (multissubunitárias). As cadeias polipeptídicas individuais em um proteínas multissubunitária podem ser idênticas (a proteína é oligomérica e suas unidades são os protômeros) ou diferentes.

Pode-se calcular o número aproximado de resíduos de aminoácidos em uma proteína simples dividindo-se seu peso molecular por 110, levando-se em consideração as proporções em que os diversos aminoácidos aparecem na proteínas e o fato de que em cada reação de condensação para formação de uma ligação peptídica se perder uma molécula de água.

Os polipeptídeos possuem composições de aminoácidos características

A hidrólise completa de peptídeos ou proteínas com ácidos revela os tipos e proporções de aminoácidos que compõe cada proteína, que geralmente são muitos diferentes entre proteínas não relacionadas.

Algumas proteínas contêm outros grupos químicos além dos aminoácidos

Algumas proteínas contêm componentes químicos permanentemente associados além dos aminoácidos – proteínas conjugadas. A porção não-aminoácida é denominada grupo prostético – lipoproteínas contêm lipídios, glicoproteínas contêm carbonidratos, metaloproteínas contêm um metal específico. Algumas proteínas contêm mais de um grupo prostético. Geralmente, o grupo prostético tem um importante papel na função biológica das proteínas.

Existem diversos níveis de estrutura protéica

As proteínas podem apresentar quatro níveis estruturais. Uma descrição de todas as ligações covalentes unindo resíduos de aminoácidos em uma cadeia peptídica é a sua estrutura primária. A estrutura secundária se refere aos padrões estruturais decorrentes da seqüência de aminoácidos, enquanto a estrutura terciária se refere ao dobramento tridimensional de um polipeptídeo. Quando uma proteína possui duas ou mais subunidades polipeptídicas, seu arranjo espacial é denominado estrutura quaternária.

TRABALHANDO COM AS PROTEÍNAS

As proteínas devem ser purificadas para serem estudadas.

As proteínas podem ser separadas e purificadas

A fonte de uma proteína é geralmente tecido ou células microbianas. O primeiro passo, portanto, é o rompimento de células, liberando seu conteúdo – extrato bruto. O extrato é então submetido a um fracionamento que separa as proteínas em diferentes frações de acordo com suas propriedades (tamanho, carga). As etapas iniciais do fracionamento empregam diferenças na solubilidade das proteínas, que dependem de diversos fatores como o pH, a temperatura e a concentração salina. A solubilidade de uma proteína geralmente é reduzida em presença de altas concentrações salinas. A adição de um sal (por exemplo, o sulfato de amônio) em quantidades adequadas pode precipitar seletivamente algumas proteínas, enquanto outras permanecerão em solução. Em seguida, a solução com a proteína é submetida a um processo de diálise. Neste, a solução de proteína é colocada dentro de uma bolsa feita de membrana semipermeável, que permite a saída dos sais, mas não das proteínas. A bolsa é submetidas a sucessiva exposições a soluções tamponadas que removem sucessivamente o excesso do sal que foi utilizado para precipitar as proteínas. Na seqüência, a solução com proteínas pode ser submetida a um processo chamado cromatografia em coluna que separa as proteínas em função de suas cargas, tamanho, afinidade de ligação ou outras propriedades das proteínas. Uma técnica ainda mais refinada de cromatografia é o HLPC ou cromatografia líquida de alta eficiência. O HLPC utiliza bombas de alta pressão para acelerar o movimento das proteínas através da coluna, e assim obter maior resolução, porque diminui a difusão das proteínas.

As proteínas podem ser separadas e caracterizadas por eletroforese

As proteínas podem ser separadas com base na sua migração em um campo elétrico – eletroforese. Este método não é utilizado para purificar proteínas porque geralmente afeta de forma adversa a estrutura e, portanto, a função das proteínas.  Mas é especialmente útil como método analítico. Pode ajudar a estimar rapidamente a quantidade e diversidade de proteínas em uma mistura, ou a determinar propriedades extremamente importantes de uma proteína (ponto isoelétrico e o peso molecular aproximado).

A eletroforese de proteínas é executada em géis de um polímero que apresenta ligações cruzadas, a poliacrilamida, que age como uma peneira molecular, alentecendo a migração de proteínas na proporção aproximada de sua razão entre carga e massa. Um método eletroforético comumente usado para estimar a pureza e o peso molecular utiliza o detergente dodecil sulfato de sódio (SDS). O SDS liga-se à maioria das proteínas e lhes confere uma carga altamente negativa, fazendo com que a carga da proteína se torne insignificante, além de alterar sua conformação nativa tornando as proteínas muito semelhantes. Portanto, a eletroforese na presença de SDS separa as proteínas quase exclusivamente com base em sua massa (peso molecular), com proteínas menores migrando mais rapidamente. Após a eletroforese, as proteínas são visalizadas pela adição de um corante (azul Coomassie) que se liga às proteínas, mas não ao gel.

A focalização isoelétrica determina o ponto isoelétrico de uma proteína (pI). Um gradiente de pH se estabelece em um gel sob ação de um campo elétrico após a adição de uma mistura de ácidos e bases orgânicas de baixo peso molecular. Se proteínas forem aplicadas neste gel sob um campo elétrico, elas migrarão até a faixa de pH em que apresentarem carga elétrica líquida igual a zero, ou seja, até seu ponto isoelétrico.

Proteínas que não foram separadas podem ser quantificadas

Em uma mistura protéica, pode-se conhecer a quantidade de uma proteína, medindo-se sua atividade. Quanto mais ativa, maior a quantidade da proteína. Neste caso, considera-se a unidade de atividade da proteína. No caso de enzimas, a unidade de atividade é definida como sendo a quantidade de enzima necessária para transformar um 1mmol do substrato por minuto a 25°C, sob condições ótimas de medida.

A ESTRUTURA COVALENTE DAS PROTEÍNAS

A função de uma proteína depende de sua seqüência de aminoácidos

A seqüência de aminoácidos tem um papel fundamental na determinação da estrutura tridimensional da proteína e de sua função: (1) proteínas com funções distintas possuem diferentes seqüências de aminoácidos; (2) em várias doenças genéticas, a proteína defeituosa apresenta uma única ou poucas alterações na seqüência de aminoácidos; (3) proteínas funcionalmente similares de espécies diferentes, apresentam seqüências de aminoácidos semelhantes. Mas, a seqüência de aminoácidos não é absolutamente fixa ou invariante. Alguma flexibilidade é possível. Estima-se que 20% a 30% das proteínas em seres humanos seja polimórficas, possuindo variantes em suas seqüências de aminoácidos.

As proteínas frequentemente apresentam regiões em sua seqüência de aminoácidos que são essenciais para suas funções biológicas. A seqüência de aminoácidos em outras regiões pode variar consideravelmente, sem afetar essas funções.

As seqüências de aminoácidos de numerosas proteínas já foram determinadas

Duas importantes pesquisas foram importantes para o início do sequenciamento de proteínas. O desvendamento do modelo estrutural do DNA por Watson e Crick (1953) e o sequenciamento da insulina por Frederick Sanger (1953).

Polipeptídeos pequenos são seqüenciados por procedimentos automatizados

Pode-se determinar primeiramente a composição de aminoácidos de uma dada proteína após a sua completa hidrólise.

A seqüência de aminoácidos é determina por processo de marcação do resíduo aminoterminal seguido de hidrólise do polipeptídeo. O aminoácido marcado é então identificado. A degradação de Edman marca e remove apenas o resíduo aminoterminal deixando as demais ligações peptídicas intactas. O peptídeo resultante apresenta um novo resíduo aminoterminal a cada ciclo, de forma que se pode determinar um a um os resíduos de aminoácidos de um dado peptídeo. Este procedimento no entanto tem limitação quanto ao comprimento da seqüência de aminoácidos. Estando limitadas a seqüência de aproximadamente 50 resíduos de aminoácidos.

Grandes proteínas devem ser seqüenciadas em segmentos menores

A exatidão global do seqüenciamento de aminoácidos diminui à medida que o comprimento da cadeia polipeptídica aumenta. Assim, primeiro se fragmenta as proteínas, antes de se determinar suas seqüências de aminoácidos. As etapas são rompimento das ligações dissulfeto, clivagem da cadeia polipeptídica (ação de proteases), sequenciamento de peptídeos (procedimento de Edman), ordenamento dos fragmentos peptídicos e localização das ligações dissulfeto.

As seqüências de aminoácidos também podem ser deduzidas por outros métodos

A espectrometria de massa permite o seqüenciamento de peptídeos curtos (20 a 30 aminoácidos) em apenas alguns minutos. O sequenciamento do DNA pode elucidar, também, a seqüência de resíduos de aminoácidos de um polipeptídeo, uma vez que são complementares.

O perfil protéico codificado pelo DNA de um organismo é chamado de proteoma.

A seqüência de aminoácidos fornece importantes informações bioquímicas

Várias proteínas podem ser agrupadas em famílias, e os membros destas famílias apresentam usualmente certas seqüências de forma similar. Assim, a determinação de uma seqüência de resíduos de aminoácidos em uma proteína pode indicar as funções desta.

Peptídeos pequenos e proteínas podem ser sintetizados quimicamente

Há três formas de se obter um peptídeo: (1) por purificação a partir de um tecido; (2) pela engenharia genética; e (3) pela síntese química direta.

Água - Capítulo 4

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Capítulo 04. Água

A água é a substância mais abundante nos seres vivos, perfazendo 70% ou mais da suas massas. As forças de atração entre as moléculas de água e a pequena tendência da água em ionizar-se são de importância crucial para a estrutura e função das biomoléculas. A molécula de água e seus produtos de ionização H+ e OH-, influenciam profundamente a estrutura, a automontagem e as propriedades de todos os componentes celulares, incluindo proteínas, lipídios e ácidos nucléicos. As propriedades solventes da água influenciam as interações não-covalentes, responsáveis pela força e especificidade do reconhecimento entre as biomoléculas.

INTERAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS AQUOSOS

As pontes de hidrogênio entre as moléculas de água fornecem as forças coesivas que a mantém no estado líquido à temperatura ambiente e favorece o ordenamento das moléculas em gelo. As biomoléculas polares dissolvem-se facilmente na água porque podem substituir as interações água-água por interações água-soluto, mais favoráveis energeticamente. As biomoléculas apolares interferem nas interações água-água, mas são incapazes de formar interações água-soluto, sendo assim insolúveis, e com tendência de se agregar.

As pontes de hidrogênio, as interações iônicas, as interações hidrofóbicas e as interações de van der Waals são individualmente fracas, mas coletivamente têm uma influência muito significativa na estrutura tridimensional de proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos e lipídios.

As pontes de hidrogênio conferem à água suas propriedades incomuns

As atrações entre moléculas de água conferem grande coesão interna e são responsáveis pelos seus altos pontos de fusão, ebulição e calor de vaporização.

A molécula de água apresenta um arranjo tetraédrico, com um átomo de hidrogênio em dois dos ângulos e elétrons desemparelhados nos outros dois ângulos. O oxigênio é mais eletronegativo do que o hidrogênio, assim a molécula de água apresenta dois dipolos elétricos – o oxigênio (2d-) e cada hidrogênio (d+). Como resultado, existe uma atração eletrostática entre oxigênio e hidrogênio de moléculas vizinhas – ponte de hidrogênio.

As pontes de hidrogênio são mais fracas que as ligações covalentes. Energia de dissociação de ligação é a energia necessária para romper a ligação. As pontes de hidrogênio na água líquida têm uma energia de dissociação de ligação muito menor que a de ligações covalentes entre dois átomos de carbono (20kJ/mol versus 348kJ/mol). As pontes de hidrogênio podem ser quebradas e refeitas muito rapidamente (1x10^-9s), assim as moléculas de água se comportam como aglomerados oscilantes.

No gelo, há 4 pontes de hidrogênio ao redor de cada molécula de água, enquanto da água líquida há 3,4 interações. Quando o gelo se funde ou a água se evapora, o calor é absorvido pelo sistema (DH é positivo, i.e. reação endotérmica) e, ainda, a entropia do sistema aumenta, sendo estes processos espontâneos (DG é negativo, i.e. reação exergônica), pois há um impulso energético em direção à desordem. Lembre-se DG=DH -TDS, onde DG representa a força propulsora; DH a mudança da entalpia para fazer e romper ligações; e DS o aumento da desordem. Nesta reações, portanto, apesar do DH positivo, é o DS que torna o DG negativo e propicia essas transformações.

A água forma pontes de hidrogênio com os solutos polares

Pontes de hidrogênio formam-se entre átomos eletronegativos e átomos de hidrogênio ligados covalentemente a átomos eletronegativos. Átomos de hidrogênio ligados a átomos de carbono (não eletronegativo) não formam pontes de hidrogênio. Biomoléculas (carboidratos, proteínas, ácidos nucléicos) dissolvem-se facilmente na água devido ao efeito estabilizados das pontes de hidrogênio. A energia de dissociação de uma ponte de hidrogênio é maior quando os átomos envolvidos estão alinhados entre si, o que acarreta em estruturas tridimensionais muito precisas às biomoléculas que apresentam um grande número de pontes de hidrogênio intramoleculares.

A água interage eletrostaticamente com os solutos que exibem carga elétrica

A água é um solvente polar. Compostos que se dissolvem na água são hidrofílicos, e aqueles que não se dissolvem são hidrofóbicos, os quais se dissolvem em solventes não-polares (clorofórmio, benzeno).

A água dissolve sais (e.g. NaCl) enfraquecendo as interações eletrostáticas entre seus íons e assim contrapondo-se à tendência de se associarem em uma rede cristalina. A água dissolve biomoléculas carregadas eletricamente, compostos com grupos funcionais tais como ácidos carboxílicos ionizados, aminas protonadas, ésteres ou anidridos fosfóficos, substituindo as pontes de hidrogênio soluto-soluto por pontes de hidrogênio água-soluto, atenuando as interações eletrostáticas entre as moléculas do soluto.

A entropia aumenta quando substâncias cristalinas são dissolvidas

À medida que um sal se dissolve, seus íons adquirem maior grau de liberdade de movimento, e assim o aumento na entropia do sistema é o grande responsável pela facilidade de dissolução na água. Em termos termodinâmicos, a formação da solução ocorre com uma mudança favorável de energia livre: DG=DH - TDS, onde DH tem um valor positivo pequeno, e T DS, um grande valor positivo grande; assim, DG é negativo.

Os gases não-polares são pouco solúveis em água

As moléculas dos gases CO₂, O₂ e N₂ são não-polares, e, além disso, sua passagem para a solução aquosa restringe seus movimentos e o movimento das moléculas de água; portanto, representa uma diminuição na entropia. Assim, esses gases são pouco solúveis em água, e seu transporte no plasma sanguíneo depende da presença proteínas carregadoras solúveis em água (hemoglobina, mioglobina) ou de formação de sistemas solúveis (e.g. bicarbonato). Dois outros gases, NH₃ e H₂S são polares e se dissolvem facilmente na água.

Compostos não-polares forçam mudanças energeticamente desfavoráveis na estrutura da água

Todas as moléculas ou íons dissolvidos na água interferem com as pontes de hidrogênio entre as moléculas de água. Solutos polares ou carregados compensam isto formando novas interações água-soluto. Solutos hidrofóbicos, entretanto, não oferecem esta compensação e a sua adição à água requer adição de energia. Além disso, a dissolução de compostos hidrofóbicos na água resulta em uma diminuição mensurável na entropia, porque força as moléculas de água a assumirem um arranjo altamente organizado. Assim, a variação de energia livre para dissolver um soluto não-polar na água é desfavorável: DG = DH - TDS, onde DH tem um valor positivo, DS, um valor negativo, e DG é positivo, ou seja, termodinamicamente desfavorável.

Compostos anfipáticos têm regiões polares (ou carregadas) e regiões não-polares, e quando em solução aquosa, a região hidrofílica interage favoravelmente com o solvente, mas a região hidrofóbica tende a evitar o contato com a água, formando estruturas estáveis – micelas. As forças que mantêm juntas as regiões não-polares das moléculas são chamadas interações hidrofóbicas, e não constituem atrações intrínsecas entre as moléculas não-polares, mas resultam do fato de o sistema atingir a maior estabilidade termodinâmica, minimizando o número de moléculas de água ordenadas, requeridas para envolver as regiões hidrofóbicas das moléculas do soluto. Assim, há um aumento da entropia, e o arranjo é termodinamicamente favorável.

Muitas biomoléculas são anfipáticas – proteínas, pigmentos, vitaminas, esteróides e fosfolipídios de membrana. As interações hidrofóbicas ajudam a manter a estrutura destas moléculas. Parte da força de ligação de um substrato polar à superfície complementar polar de uma enzima provém do aumento da entropia, à medida que a enzima desloca a água organizada ao redor do substrato e da enzima.

As interações de van der Waals são atrações interatômicas fracas

Quando dois átomos não-carregados se aproximam, as nuvens eletrônicas que os rodeiam passam a influenciar umas às outras. Variações casuais nas posições dos elétrons ao redor de um dos núcleos podem criar um dipolo elétrico transiente, que induz no átomo próximo um outro dipolo elétrico oposto, também transiente. Os dois dipolos se atraem fracamente, aproximando os dois núcleos. Estas atrações fracas são chamadas interações de van der Waals. À medida que os dois núcleos se aproximam, as suas nuvens eletrônicas começa a se repelir. Na distância em que a atração de van der Waals contrabalança exatamente esta força repulsiva, os núcleos são considerados estar em contato de van der Waals.

As interações fracas são cruciais para a estrutura e a função das macromoléculas

As interações não-covalentes são muito mais fracas que as ligações covalentes, e à temperatura de 25ºC, a energia térmica disponível em solução aquosa pode ser da mesma ordem de magnitude, e portanto, estas interações são continuamente formadas e rompidas.

Embora as interações não-covalentes sejam individualmente fracas, o seu efeito cumulativo em proteínas e ácidos nucléicos é muito significativo. A dissociação de duas biomoléculas associadas não-covaletemente por meio de múltiplas interações fracas requer que todas estas interações sejam rompidas ao mesmo tempo, o que é improvável. Assim, a estabilidade molecular conferida por várias interações fracas é muito maior que a esperada pela simples adição das pequenas energias de ligação. No caso de macromoléculas, a estrutura mais estável é usualmente aquela na qual as possibilidades de ligações fracas é máxima. A ligação de anticorpos a antígenos ou de um transmissor a seu receptor depende do efeito cumulativo de muitas interações fracas. Generalizando, em nível molecular, a complementaridade entre biomoléculas que interagem reflete a complementaridade e as interações fracas entre grupos polares, carregados e hidrofóbicos na superfície das moléculas.

Os solutos afetam as propriedades coligativas das soluções aquosas

Solutos de qualquer tipo afetam as propriedades coligativas da água (pressão de vapor, ponto de ebulição, ponto de fusão e pressão osmótica) porque a concentração da água é menor em soluções que em água pura. O efeito sobre as propriedades coligativas depende apenas do número de partículas do soluto em uma dada quantidade de água. Quando há diminuição da concentração de moléculas de água, diminui-se a tendência de as moléculas de água passarem para fase vapor (diminui a pressão de vapor), bem como se reduze a tendência de formação de cristais (diminui-se o ponto de congelamento).

As moléculas de água tendem a se movimentar de uma região de maior concentração de água para uma de menor concentração de água, gerando uma força chamada pressão osmótica. A osmose, movimento de água através de uma membrana semipermeável impelido por diferenças na pressão osmótica, é um importante fator na vida da maioria das células. As membranas celulares são mais permeáveis à água que a outras moléculas, devido a uma simples difusão da água através da bicamada lipídica e a canais de proteínas (aquaporinas) existentes na membrana. Soluções que apresentam a mesma osmolaridades são chamadas de isotônicas. Soluções hipertônicas e hipotônicas apresentam maior e menor osmolaridade que o citosol, respectivamente. As células geralmente contêm concentrações mais altas de biomoléculas e íons que os seus circunvizinhos, de maneira que a pressão osmótica faz com que a água flua para dentro das células, o que pode ocasionar lise osmótica se não for contrabalançado – parede celular, vacúolo contrátil e meio intersticial isotônico.

O efeito dos solutos na osmolaridade depende do número de partículas dissolvidas, e não de suas massas. Assim, macromoléculas representam formas de estocagem de monômeros sem a desvantagem de aumentar substancialmente a pressão osmótica dentro da célula.

IONIZAÇÃO DA ÁGUA, ÁCIDOS FRACOS E BASES FRACAS

A água apresenta um pequeno grau de ionização em íons hidrogênio (H+) e hidroxila (OH-) em uma reação reversível que pode ser descrita por uma constante de equilíbrio. Quando ácidos ou bases são dissolvidos em água, eles produzem ou consomem H+ por ionização, respectivamente. A concentração total do íon hidrogênio é mensurável e expressa como o pH da solução.

A água pura é ligeiramente ionizada

As moléculas de água têm pequena tendência de ionização reversível produzindo íon hidrogênio e íon hidroxila. O íon hidrogênio é hidratado imediatamente formando íon hidrônio (hidroxônio – H₃O⁺). A ionização da água pode ser medida por meio da sua condutividade elétrica. A água pura transporta a corrente elétrica à medida que o H+ migra em direção ao cátodo e o OH- em direção ao ânodo. Estes movimentos são muito mais rápidos que os de outros íons, o que é explicado por um mecanismo de salto de próton. Neste, o movimento de um próton para a molécula de água vizinha promove um pulo do próton desta para a próxima molécula, de forma que nenhum próton individual se movimenta para muito longe, mas o movimento real de prótons se dá em uma longa distância. Assim, as reações ácido-base, em soluções aquosas, são extremamente rápidas.

A posição de equilíbrio da reação de ionização da água é dada por sua constante de equilíbrio (K_eq), que é fixa e característica a uma temperatura específica. Ela define a composição da mistura no equilíbrio, independentemente das quantidades iniciais dos reagentes e produtos.

A ionização da água é expressa por uma constante de equilíbrio

Apenas duas moléculas de água estão ionizadas a cada 10⁹ moléculas a 25°C. A água tem K_eq = [H⁺] [OH^-] / [H₂O]. Na água pura, a concentração da água corresponde ao valor em gramas de H₂O em um litro de água dividido pela sua massa molecular em gramas, ou seja, 55,5M. Assim, K_eq = [H⁺] [OH^-] / 55,5, que origina (55,5) (K_eq) = [H⁺] [OH^-].

K_w é o produto iônico da água a 25°C, ou seja, K_w = (55,5) (K_eq). K_eq pode ser determinado por medidas de condutividade elétrica da água pura (K_eq = 1,8 x 10^-16M).  Assim, Kw = (55,5M) (1,8 x 10^-16M) = 1,0 x 10^-14M². Como, K_w = (55,5) (K_eq), pode-se formular que K_w = [H⁺][OH^-]. Quando as concentrações de H⁺ e OH^- são exatamente iguais, como na água pura, a solução é considerada estar em pH neutro. Assim, K_w = [H⁺][OH^-], ou, K_w = [H⁺][H⁺] = [H⁺]². Portanto, [H⁺] = ÖKw, ou, [H⁺] = Ö1 x 10^-14M²_, e, assim, [H⁺] = 10^-7M.

O produto iônico da água é constante, portanto, sempre que [H+] for maior que 10^{-7, a [OH-] precisa ser menor que 10-7}.

A escala de pH designa as concentrações de H⁺ e OH^-

O produto iônico da água (Kw) é a base para a escala de pH. O termo pH é definido pela expressão pH = log 1 / [H⁺] = - log [H⁺].

Para uma solução precisamente neutra a 25°C, na qual a concentração de íons hidrogênio é 10^-7M, o pH = 7. Este valor não é arbitrário. Ele deriva do valor absoluto do produto iônico da água a 25°C. As soluções que têm pH maior que 7 são alcalinas, enquanto soluções com pH menor que 7 são ácidas. A escala de pH é logarítmica e não aritmética.

O pH de uma solução aquosa pode ser medido aproximadamente, usando-se vários corantes indicadores (litmus, fenolftaleína, fenol vermelho) que mudam de cor quando perdem prótons. O pH pode ser determinado precisamente com o uso de um pHmetro.

A medida de pH é muito importante. O pH afeta a estrutura e a atividade das biomoléculas. Alterações no pH dos fluidos corpóreos podem indicar alterações patológicas, tais como acidose (abaixamento do pH) ou alcalose (elevação do pH).

Ácidos fracos e bases fracas têm constantes de dissociação características

Ácidos e bases fortes estão completamente ionizados em soluções aquosas diluídas.  Ácidos e bases fracas não estão completamente ionizados quando dissolvidos em água, e são muito comuns nos sistemas biológicos, tendo importantes papéis no metabolismo e na sua regulação.

Cada ácido tem uma tendência característica de perder o seu próton em solução aquosa. Um ácido (doador de prótons) e sua base (aceptor de prótons) constituem um par ácido-base conjugado, e se relacionam por reação reversível (HA D H⁺ + A^-), que obedece à formula:

K_eq = [H⁺] [A^-] / [HA] = K_a

As constantes de equilíbrio (K_eq) para as reações de ionização são usualmente chamadas de constantes de dissociação (K_a). Ácidos mais fortes (ácido fosfórico, ácido carbônico) têm constante de dissociação maiores, enquanto ácidos mais fracos (monoidrogeniofosfato), menores. Pode-se determinar o pKa como o logarítmico negativo da constante de dissociação, assim, pK_a = log 1/K_a = - log K_a.

Quanto maior a tendência para dissociar um próton, mais forte é o ácido e menor é o seu pK_a.

As curvas de titulação revelam o pK_a dos ácidos fracos

A curva de titulação é o gráfico dos valores de pH em função do volume de uma base forte (NaOH) adicionado a uma solução ácida. À medida que se adiciona a base, o pH da solução se eleva, descrevendo uma curva característica, até que a um dado valor de pH sobe abruptamente para o pH 14. O volume de base adicionado até este ponto corresponde a 1,0 equivalente. O pK_a do ácido é constante, e é determinado quando, no ponto médio da titulação, onde exatamente 0,5 equivalente de NaOH foi adicionado, o valor do pH se iguala ao pK_a.

O pK_a corresponde ao ponto em que metade do ácido original dissociou-se, de tal forma que a concentração do doador de prótons se iguala à do aceptor de prótons.

A curva de titulação de um ácido fraco apresenta uma ampla região em que mostra que o par ácido-base conjugado funciona como um tampão.

Ação tamponante contra as variações de pH nos sistemas biológicos

Quase todos os processos biológicos são dependentes do pH; uma pequena variação no pH produz uma grande variação na velocidade do processo. O estado iônico dos grupos amino e carboxila protonados dos aminoácidos e dos grupos fosfatos dos nucleotídeos depende do pH do meio circunvizinho. As interações iônicas estão entre as forças que estabilizam a molécula de uma proteína e permitem que uma enzima reconheça e ligue-se a seu substrato. A constância do pH é conseguida primariamente pelos tampões biológicos.

Os tampos são misturas de ácidos fracos e suas bases conjugadas

Tampões são sistemas aquosos que resistem às variações do pH quando quantidades relativamente pequenas de ácido ou base são adicionadas à solução. Um sistema-tampão consiste de um ácido fraco e sua base conjugada.  Cada sistema-tampão tem uma zona característica de pH na qual ele atua como um tampão efetivo. O par H₂PO₄^- / HPO₄^2- tem um pK_a de 6,86 e, por isso, funciona como um sistema tampão eficiente no intervalo de pH compreendido entre 5,9 e 7,9.

Uma expressão simples relaciona o pH, o pK e a concentração do tampão

As curvas de titulação de ácidos fracos apresentam formas, aproximadamente, iguais. A forma da curva de titulação de qualquer ácido fraco é descrita pela equação de Henderson-Hasselbalch.

Ka = [H+][A-] / [HA]  ]  [H+] = Ka ([HA] / [A-]  ]  - log [H+] = - log Ka – log [HA] / [A-]  ]  pH = Pka – log [HA] / [A-]  ]  pH = pKa + log [A-] / [HA]

O pH será igual ao pKa quando a concentração de aceptores e doadores de prótons for igual, pois:

pH = pK_a + log [A^-] / [HA]  ]  pH = pK_a + log 1,0  ]  pH = pK_a + 0  ]  pH = pK_a

Os ácidos fracos ou as bases fracas tamponam as células e os tecidos contra variações de pH

Os fluidos intra e extracelulares dos organismos multicelulares apresentam um pH característico e praticamente constante, especialmente devido aos sistemas-tampão – grupos funcionais de aminoácidos, nucleotídeos, sistema fosfato e sistema bicarbonato.

O sistema bicarbonato é mais complexo porque o ácido carbônico (H₂CO₃) é formado a partir de dióxido de carbono dissolvido e água. Assim, o pH dos sistema-tampão bicarbonato depende da concentração de H₂CO₃, que, por sua vez, depende da concentração do CO₂ na fase gasosa, denominada pressão parcial do CO₂.

A água como reagente

A água, além de solvente, participa diretamente em muitas reações – reação de condensação (água é eliminada) e reação de hidrólise (água é adicionada). As reações de hidrólise são responsáveis pela despolimerização enzimática de proteínas, carboidratos e ácidos nucléicos ingeridos na alimentação, são catalizadas por hidrolases, e são endergônicas.  A formação de biopolímeros também são reações endergônicas. Como são desfavoráveis termodinamicamente, estas reações só ocorrem se acopladas a processos exergônicos, como a quebra de uma ligação anidrido no ATP.

A adequação do ambiente aquoso para os organismos vivos

A vida na Terra evoluiu em um ambiente rico em água, e, assim, as características peculiares desta influenciam fortemente os processos metabólicos. O alto calor específico da água é útil, por exemplo, em manter constante a temperatura deste mesmo quando a temperatura do ambiente flutua bastante e quando é gerado calor como produto colateral do metabolismo.