Qual e o tipo de interação entre os átomos na formação dos aminoácidos?

A estrutura tridimensional de biomoléculas (DNA, proteínas, RNA, etc) é mantida através de interações moleculares: i. intramoleculares, que ocorrem entre grupos químicos da mesma molécula, por exemplo as interações entre resíduos de aminoácidos de uma cadeia polipeptídica, e ii. intermoleculares, que ocorrem entre grupos químicos de duas moléculas, por exemplo entre as moléculas de água e os grupos fosfato hidrofílicos do DNA. As interações moleculares são consequência de forças de natureza essencialmente elétrica, que se originam do contato/proximidade entre as nuvens eletrônicas dos átomos, seja na mesma molécula ou entre moléculas.

As forças intermoleculares fazem com que uma molécula influencie o comportamento da outra, sendo a influência dependente da:

1. Natureza química das moléculas, que determina se a força resultante entre elas é repulsiva ou atrativa;

2. Distância entre as moléculas, cujo aumento acarreta na diminuição da força de repulsão ou atração entre as moléculas.

Veja alguns tipos de interações:

1. Interações iônicas

São interações fortes que envolvem grupos funcionais com carga positiva (cátions) e carga negativa (ânions). Conforme cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem, as interações cátion-cátion e ânion-ânion são repulsivas e as interações ânion-cátion são atrativas.

2. Interações do tipo dipolo-dipolo

Em uma molécula composta por átomos com diferentes eletronegatividades (tendência do átomo em atrair elétrons para si), os átomos com menor eletronegatividade ficam com cargas parciais positivas, enquanto os átomos com maior eletronegatividade ficam com cargas parciais negativas. Por exemplo, na carbonila (C=O), a maior eletronegatividade do oxigênio faz com que este possua uma carga parcial negativa (δ-), enquanto o carbono possui uma carga parcial positiva (δ+). Dessa forma, é estabelecido um dipolo elétrico (µ) na carbonila. 

Quando dois dipolos elétricos se aproximam as suas cargas parciais opostas se atraem estabelecendo a interação dipolo-dipolo. A força dessa interação depende da orientação espacial dos dipolos, porque o momento de dipolo elétrico é uma grandeza vetorial.

Na molécula de DNA, o comprimento próximo dos dois pares de bases adenina-timina (A-T) e guanina-citosina (C-G) sobrepõe os anéis aromáticos das bases nitrogenadas adjacentes que estabelecem interações entre seus dipolos elétricos. A orientação dos momentos de dipolo auxilia a definir a orientação das bases nitrogenadas empilhadas, o que contribui para a estabilidade da conformação de dupla hélice. Um outro fator importante para o estabelecimento da conformação de dupla hélice é a hidrofobicidade das bases nitrogenadas aromáticas que, em solvente aquoso, tendem a empilhar de forma a estabelecer interações de Van Der Walls e diminuir a exposição à água. Veja na figura abaixo alguns dos dipolos existentes no par de bases A-T.

 Figura 1: Carga parcial negativa (δ-) e carga parcial positiva (δ+) presentes nos dipolos elétricos envolvidos nas ligações de hidrogênio do par de bases nitrogenadas A-T.

3. Interações do tipo dipolo-permanente-dipolo-induzido

Uma molécula que possui um dipolo-permanente pode induzir o estabelecimento de um dipolo-induzido numa outra molécula que está próxima no espaço. Quanto maior for a força do dipolo-permanente e a polarizabilidade do dipolo-induzido, mais forte será a interação entre essas. Em uma ligação química, o dipolo elétrico é mais intenso quanto maior for a diferença de eletronegatividade entre dois átomos, ou seja, quando maior é a polarizabilidade da ligação. 

4. Ligação de hidrogênio  

A ligação de hidrogênio ocorre quando um átomo aceptor de hidrogênio (AH), que possui um par de elétrons não ligado, interage com um átomo doador de hidrogênio (DH), que está covalentemente ligado a um hidrogênio ácido. Nessa ligação, os átomos AH e DH devem ser eletronegativos (N, O e F). O átomo DH retira densidade eletrônica do hidrogênio estabelecendo uma carga parcial positiva no hidrogênio e uma carga parcial negativa no átomo DH.

O hidrogênio com carga parcial positiva interage com os elétrons não ligados do átomo AH estabelecendo a ligação de hidrogênio. Essa ligação é um tipo de interação dipolo-dipolo e recebe o nome especial de ligação de hidrogênio por ser uma interação particularmente forte. Essa maior força de interação é resultante de dois fatores: i. alta polaridade da ligação entre o átomo de hidrogênio e o átomo doador de hidrogênio e o átomo doador de hidrogênio e ii. proximidade entre o átomo DH e o átomo AH, uma vez que o hidrogênio é o menor átomo da tabela periódica. 

 Figura 1: Ligações de hidrogênio que associam o par de bases nitrogenadas adenina e timina.

5. Interações de dispersão de London (Interações de Van Der Waals)

Uma molécula perturba a densidade eletrônica da outra, fazendo aparecer dipolos momentâneos que estabelecem interações que se orientam e originam uma interação fraca que pode ser considerada interação de dipolo-induzido-dipolo-induzido. Essa interação embora seja fraca pode ter um efeito cumulativo considerável, por exemplo nas interações de empilhamento de bases no DNA. As interações de Van Der Waals também são responsáveis pelo aumento da temperatura de ebulição com o aumento da cadeia carbônica em hidrocarbonetos. 

Para aprender mais sobre interações intermoleculares consulte a referência bibliográfica : Rocha, W. R. Interações Intermoleculares. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. N° 4 – Maio 2001.

Qual e o tipo de interação entre os átomos na formação dos aminoácidos?

Quais são os tipos de interações que ocorrem entre os aminoácidos para a formação da estrutura espacial proteica?

Qual o tipo de ligação entre dois aminoácidos como ela ocorre?

Como os aminoácidos são formados?