Tipos de interações intermoleculares

O grau de afinidade e a especificidade da ligação macromolécula-sítio receptor são determinados por forças intermoleculares:

• eletrostáticas

• de dispersão

• hidrofóbicas

• ligações de hidrogênio

• ligações covalentes

Em uma interação fármaco-receptor típica, normalmente ocorre uma combinação dessas forças e os somatórios delas são responsáveis por gerar uma resposta fisiológica específica. As interações ocorrem entre o fármaco e a biomacromolécula, como o as biomacromoléculas são em sua maioria, receptores iônicos, metabotrópicos ou enzimas, isto é, estruturas protéicas, os fármacos (micromoléculas) interagem com aminoácidos (unidades básicas das proteínas) presentes nos sítios receptores destas biomacromoléculas.

Forças eletrostáticas

As forças eletrostáticas são resultantes da interação entre dipolos e/ou íons de cargas opostas, cuja magnitude é diretamente dependente da constante dielétrica do meio e da distância entre as cargas. A molécula de água apresenta elevada constante dielétrica, pois apresenta momento de dipolo permanente, e este fato pode reduzir as forças de atração e repulsão entre dois grupos carregados e solvatados.

Normalmente, a interação iônica é precedida de desolvatação dos íons, processo que envolve perdas entálpicas, mas sendo favorecido pelo ganho entrópico resultante da geração de água livre. A força da ligação iônica é baixa, de aproximadamente 5 kcal.mol-1.

Alguns aminoácidos apresentam um terceiro grupo ionizável, além da carboxila e da amina, este grupo encontra-se ionizado em pH fisiológico (7,4) tornando o aminoácido básico (p.ex., arginina e lisina (com carga positiva) ou ácido: (p.ex., glutamato e aspartato (com carga negativa)). Fármacos que apresentem grupos ionizados (positivamente ou negativamente) podem interagir com aminoácidos presentes em proteínas de sítios receptores, que apresentam este terceiro grupo ionizável.

Para exemplificar como pode ocorre uma ligação iônica na interação fármaco-receptor, temos o flurbiprofeno, antiinflamatório não esteroidal que atua inibindo a enzima prostaglandina endoperóxido sintase (PGHS) , provoca sua ação através de ligações com resíduos de aminoácidos da enzima, como interação do grupamento carboxilato da forma ionizada com o resíduo de arginina na posição 120 da sequência primária desta proteína.

As forças de atração eletrostáticas ainda podem incluir dois tipos de interações, que variam energeticamente entre 1-7 kcal.mol-1:

– interações íon-dipolo: interação de um íon e uma espécie neutra polarizada com carga oposta àquela do íon; e

– interações dipolo-dipolo: interação entre dois grupamentos polarizados com cargas opostas.

Esta polarização observada e de ocorrência natural se deve a diferença de eletronegatividade entre um heteroátomo (p. ex., oxigênio ou nitrogênio) e um átomo de carbono, produzindo espécies que apresentam um aumento da densidade eletrônica do heteroátomo e uma redução da densidade eletrônica sobre o átomo de carbono. A ocorrência deste fato está como ilustrada na Figura 12, para o grupamento carbonila, onde a interação do substrato natural endoperóxido cíclico de prostaglandina H2 com a enzima tromboxana sintase (TXS) (que contém ferro presente no grupo heme), envolve a formação de uma interação íon-dipolo entre o átomo de ferro do grupamento heme (íon) e o átomo de oxigênio (dipolo), que apresenta carga parcial negativa.

Forças de dispersão

Estas forças são conhecidas como forças de dispersão de London ou interações de van der Walls e caracterizam-se pela aproximação de moléculas apolares apresentando dipolos induzidos. Estes dipolos são resultado de uma flutuação local de densidade eletrônica entre grupos apolares adjacentes, que não apresentam momento de dipolo permanente. Estas interações são de fraca energia, variando de 0,5-1,0 kcal.mol-1 e ocorrem em função da polarização transiente de ligações carbono-hidrogênio (Figura 13) ou carbono-carbono.

Apesar de serem interações de baixa energia, as forças de dispersão são de extrema importância para o processo de reconhecimento molecular do fármaco pelo sítio receptor, uma vez que normalmente ocorrem inúmeras interações deste tipo que, somadas, acarretam contribuições energéticas significativas.

Interações hidrofóbicas

As interações hidrofóbicas são interações fracas, de aproximadamente 1 kcal.mol-1 e ocorrem em função da interação em cadeias ou subunidades apolares. Estas cadeias ou subunidades hidrofóbicas presentes tanto no receptor como no ligante encontram-se solvatadas por camadas de moléculas de água. A aproximação das superfícies hidrofóbicas promove o colapso da estrutura organizada de água, permitindo assim a interação ligante-receptor através de ganho entrópico associado à desorganização do sistema.

Como há a ocorrência de um grande número de subunidades hidrofóbicas em peptídeos e fármacos, as interações hidrofóbicas são importantes para o reconhecimento do ligante pelo receptor.

Ligação de hidrogênio

As ligações de hidrogênio são as mais importantes, depois das ligações do tipo covalentes, existentes nos sistemas biológicos, sendo responsáveis pela manutenção das conformações bioativas de macromoléculas como interações purinas-pirimidinas dos ácidos nucléicos, por exemplo, que podem ser desfeitas facilmente para duplicação da dupla fita e logo em seguida refeitas.
As ligações de hidrogênio são formadas entre heteroátomos eletronegativos como oxigênio, nitrogênio, enxofre e o átomo de hidrogênio de ligações O-H, N-H e CF2-H.

Vários fármacos são reconhecidos através de ligações de hidrogênio, dos quais podemos destacar o antiviral saquinavir. O saquinavir se complexa ao sítio ativo da protease do vírus HIV-1. O reconhecimento do inibidor enzimático envolve fundamentalmente ligações de hidrogênio com resíduos de aminoácidos do sítio ativo, diretamente ou por intermédio de moléculas de água.

Ligação covalente

As ligações covalentes são de elevada energia, aproximadamente 77-88 kcal.mol-1, e por este motivo são dificilmente clivadas em processos não enzimáticos. Portanto, complexos fármaco-receptor envolvendo ligações covalentes são raramente desfeitos, culminando em uma inibição enzimática irreversível ou inativação do sítio receptor.

Esta interação, que envolve a formação de uma ligação sigma entre dois átomos que contribuem cada qual com um elétron, ocorrem com fármacos que apresentam grupamentos com acentuado caráter eletrofílico e bionucleófilos orgânicos.

O ácido acetilsalicílico (AAS) é um exemplo de fármaco que atua como inibidor enzimático irreversível da enzima PGHS, cujo reconhecimento molecular envolve a formação de ligações covalentes. O AAS apresenta propriedades anti-inflamatórias, analgésicas e antipiréticas decorrentes do bloqueio da biossíntese de prostaglandinas, devido à inibição da enzima PGHS. Esta complexação fármaco-receptor é irreversível, em função da formação de uma ligação covalente resultante do ataque nucleofílico da hidroxila do aminoácido serina530 ao grupamento eletrofílico acetila presente na enzima-alvo.

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