Cadeia de espinha dorsal - Backbone chain

Definição IUPAC
Corrente principal ou espinha dorsal
A corrente linear para a qual todas as outras correntes, longas ou curtas ou ambas,
podem ser consideradas pendentes. Nota : Onde duas ou mais cadeias
podem igualmente ser consideradas como a cadeia principal, aquela é
selecionada que leva à representação mais simples da
molécula.

Na ciência do polímero , a cadeia principal de um polímero é a mais longa série de átomos covalentemente ligados que, juntos, criam a cadeia contínua da molécula . Esta ciência é subdividida no estudo de polímeros orgânicos, que consistem em uma estrutura de carbono , e polímeros inorgânicos que possuem estruturas contendo apenas elementos do grupo principal .

Um exemplo de uma estrutura biológica ( polipeptídeo )

Em bioquímica , as cadeias estruturais orgânicas constituem a estrutura primária das macromoléculas . A espinha dorsal dessas macromoléculas biológicas consiste em cadeias centrais de átomos covalentemente ligados. As características e a ordem dos resíduos de monômero no backbone fazem um mapa para a estrutura complexa dos polímeros biológicos (consulte Estrutura biomolecular ). A espinha dorsal está, portanto, diretamente relacionada à função das moléculas biológicas. As macromoléculas dentro do corpo podem ser divididas em quatro subcategorias principais, cada uma das quais está envolvida em processos biológicos muito diferentes e importantes: proteínas , carboidratos , lipídios e ácidos nucléicos . Cada uma dessas moléculas tem um backbone diferente e consiste em monômeros diferentes, cada um com resíduos e funcionalidades distintas. Este é o fator determinante de suas diferentes estruturas e funções no corpo. Embora os lipídios tenham uma "estrutura", eles não são verdadeiros polímeros biológicos, pois sua estrutura é uma molécula de três carbonos, o glicerol , com " cadeias laterais " de substituintes mais longas . Por esse motivo, apenas proteínas, carboidratos e ácidos nucléicos devem ser considerados macromoléculas biológicas com estruturas poliméricas.

Características

Química de polímero

O caráter da cadeia principal depende do tipo de polimerização: na polimerização em etapas , a porção monomérica torna-se a cadeia principal e, portanto, a cadeia principal é tipicamente funcional. Estes incluem politiofenos ou polímeros de gap baixo em semicondutores orgânicos . Na polimerização de crescimento em cadeia , normalmente aplicada para alquenos , a estrutura não é funcional, mas carrega as cadeias laterais funcionais ou grupos pendentes .

O caráter do backbone, ou seja, sua flexibilidade, determina as propriedades térmicas do polímero (como a temperatura de transição vítrea). Por exemplo, em polissiloxanos (silicone), a cadeia principal é muito flexível, o que resulta em uma temperatura de transição vítrea muito baixa de −123 ° C (−189 ° F; 150 K). Os polímeros com backbones rígidos são propensos a cristalização (por exemplo, politiofenos ) em filmes finos e em solução . A cristalização, por sua vez, afeta as propriedades ópticas dos polímeros, seu gap óptico e os níveis eletrônicos.

Bioquímica

Existem algumas semelhanças e muitas diferenças inerentes ao caráter dos backbones do biopolímero . A espinha dorsal de cada um dos três polímeros biológicos; proteínas , carboidratos e ácidos nucléicos , é formado por meio de uma reação de condensação líquida . Em uma reação de condensação, os monômeros são covalentemente conectados junto com a perda de alguma molécula pequena, mais comumente água. Por serem polimerizados por meio de mecanismos enzimáticos complexos , nenhuma das estruturas dos biopolímeros é formada pela eliminação de água, mas pela eliminação de outras pequenas moléculas biológicas. Cada um desses biopolímeros pode ser caracterizado como um heteropolímero , o que significa que consiste em mais de um monômero ordenado na cadeia principal, ou um homopolímero, que consiste em apenas um monômero de repetição. Polipeptídeos e ácidos nucléicos são muito comumente heteropolímeros, enquanto macromoléculas de carboidratos comuns, como glicogênio, podem ser homopolímeros. Isso ocorre porque as diferenças químicas de monômeros de peptídeos e nucleotídeos determinam a função biológica de seus polímeros, enquanto os monômeros de carboidratos comuns têm uma função geral, como armazenamento e distribuição de energia.

Visão geral dos backbones comuns

Química de polímero

Uma reação de condensação simplificada entre dois aminoácidos formando uma estrutura polipeptídica. Isso ocorre no ribossomo por meio de um complexo mecanismo catalítico que envolve a liberação de tRNA .

Biologia

Proteínas (polipeptídeos)

As proteínas são moléculas biológicas importantes e desempenham um papel integral na estrutura e função de vírus , bactérias e células eucarióticas. Seus backbones são caracterizados por ligações amida formadas pela polimerização entre grupos amino e ácido carboxílico ligados ao carbono alfa de cada um dos vinte aminoácidos . Essas sequências de aminoácidos são traduzidas de mRNAs celulares por ribossomos no citoplasma da célula. Os ribossomos têm atividade enzimática que direciona a reação de condensação formando a ligação amida entre cada aminoácido sucessivo. Isso acontece durante um processo biológico conhecido como tradução . Neste mecanismo enzimático, um vaivém de tRNA ligado covalentemente atua como o grupo de saída para a reação de condensação. O tRNA recém-liberado pode "pegar" outro peptídeo e participar continuamente dessa reação. A sequência dos aminoácidos na estrutura polipeptídica é conhecida como a estrutura primária da proteína. Essa estrutura primária leva ao dobramento da proteína na estrutura secundária , formada por ligações de hidrogênio entre os oxigênios de carbonila e os hidrogênios de amina no backbone. Outras interações entre resíduos de aminoácidos individuais formam a estrutura terciária da proteína . Por esse motivo, a estrutura primária dos aminoácidos na estrutura polipeptídica é o mapa da estrutura final de uma proteína e, portanto, indica sua função biológica. As posições espaciais dos átomos do backbone podem ser reconstruídas a partir das posições dos carbonos alfa usando ferramentas computacionais para a reconstrução do backbone.

Um exemplo simplificado de condensação mostrando a classificação alfa e beta . A glicose e a frutose formam a sacarose . A síntese de glicogênio no corpo é conduzida pela enzima glicogênio sintase, que usa um grupo de saída difosfato de uridina (UDP).

Carboidratos

Os carboidratos têm muitas funções no corpo, incluindo funcionar como unidades estruturais, cofatores enzimáticos e locais de reconhecimento da superfície celular . Seu papel mais prevalente é no armazenamento e distribuição de energia nas vias metabólicas celulares . Os carboidratos mais simples são resíduos únicos de açúcar chamados monossacarídeos, como a glicose , a molécula de entrega de energia do nosso corpo. Oligossacarídeos (até 10 resíduos) e polissacarídeos (até cerca de 50.000 resíduos) consistem em resíduos de sacarídeos ligados em uma cadeia principal, que é caracterizada por uma ligação éter conhecida como ligação glicosídica . Na formação do glicogênio , o polímero de armazenamento de energia, essa ligação glicosídica é formada pela enzima glicogênio sintase . O mecanismo dessa reação de condensação conduzida enzimaticamente não é bem estudado, mas sabe-se que a molécula UDP atua como um ligante intermediário e se perde na síntese. Essas cadeias de backbone podem ser não ramificadas (contendo uma cadeia linear) ou ramificadas (contendo várias cadeias). As ligações glicosídicas são designadas como alfa ou beta, dependendo da estereoquímica relativa do carbono anomérico (ou mais oxidado ). Em uma projeção de Fischer , se a ligação glicosídica estiver no mesmo lado ou face que o carbono 6 de um sacarídeo biológico comum, o carboidrato é designado como beta e se a ligação estiver no lado oposto, ele é designado como alfa . Em uma projeção tradicional de " estrutura de cadeira ", se a ligação estiver no mesmo plano (equatorial ou axial) do carbono 6, ela é designada como beta e no plano oposto é designada como alfa . Isso é exemplificado na sacarose (açúcar de mesa) que contém uma ligação que é alfa para glicose e beta para frutose . Geralmente, os carboidratos que nosso corpo decompõe são alfa- ligados (exemplo: glicogênio) e aqueles que têm função estrutural são beta- ligados (exemplo: celulose ).

Ácidos nucleicos

Condensação de adenina e guanina formando uma ligação fosfodiéster , a ribose trifosforilada do nucleotídeo de entrada é atacada pela hidroxila 3 ' do polímero, liberando pirofosfato .

O ácido desoxirribonucléico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA) são de grande importância porque codificam a produção de todas as proteínas celulares . Eles são compostos de monômeros chamados nucleotídeos que consistem em uma base orgânica : A , G , C e T ou U , um açúcar pentose e um grupo fosfato . Eles têm estruturas nas quais o carbono 3 'do açúcar ribose está conectado ao grupo fosfato por meio de uma ligação fosfodiéster . Essa ligação é formada com a ajuda de uma classe de enzimas celulares chamadas polimerases . Nesta reação de condensação conduzida enzimaticamente, todos os nucleotídeos de entrada têm uma ribose trifosforilada que perde um grupo pirofosfato para formar a ligação fosfodiéster inerente. Esta reação é impulsionada pela grande mudança negativa de energia livre associada à liberação de pirofosfato. A sequência de bases na estrutura do ácido nucleico também é conhecida como estrutura primária. Os ácidos nucléicos podem ter milhões de nucleotídeos de comprimento, levando à diversidade genética da vida. As bases se projetam da estrutura do polímero de pentose-fosfato no DNA e são ligadas por hidrogênio em pares a seus parceiros complementares (A com T e G com C). Isso cria uma dupla hélice com backbones de pentose fosfato em ambos os lados, formando assim uma estrutura secundária .

Referências

Veja também