Hidrólise de aminoácidos ramificados - Revisado

Considerações sobre a estabilidade dos monômeros dos peptídeos

É imperativo distinguir a hidrólise dos aminoácidos ramificados (BCAAs) da hidrólise da ligação peptídica, esta última caracterizada pela clivagem de um grupo amida.[1] Uma consulta a fontes referenciais permite delimitar o escopo do tema, especialmente para leitores menos familiarizados com a Química Orgânica.

“Ligações amida constituem uma característica que define as moléculas de proteínas, a estrutura secundária das quais é devida, em parte, às capacidades das ligações de hidrogênio das amidas. Ligações amida em um contexto bioquímico são chamadas de ligações peptídicas quando ocorrem na cadeia principal de uma proteína e ligações isopéptideas quando elas ocorrem em uma cadeia lateral da proteína.”[2]

Da mesma fonte, destaca-se um ponto crucial para esta análise: “A ligação amida é formada facilmente, confere rigidez estrutural, e resiste à hidrólise.”[2]

A literatura reforça que ácidos minerais fortes podem hidrolisar prontamente ligações peptídicas. Contudo, certas proteínas exibem resistência extrema. Um exemplo notório é a Ribonuclease A:

“Os ácidos minerais fortes podem prontamente hidrolisar as ligações peptídicas em proteínas. No entanto, algumas proteínas são extremamente resistentes à hidrólise. Um exemplo bem conhecido é a ribonuclease A, e um método para a sua purificação envolve o tratamento de extractos em bruto com ácido sulfúrico quente de modo a que outras proteínas tornam-se degradado enquanto a ribonuclease A é deixada intacta.”[3] Tais dados são corroborados por repositórios de alta confiança, como o Protein Data Bank.[4]

Observemos que a ribonuclease (RNase) é crucial na hipótese do Mundo do RNA, que sugere ter sido o RNA a primeira molécula da vida, capaz de armazenar informação e catalisar reações (como ribozimas) antes do surgimento do DNA e das proteínas. Enquanto a RNase atua na degradação do RNA, sua existência e a capacidade do RNA de se auto-organizar em sistemas complexos demonstram como o RNA primordial pode ter evoluído, catalisando a formação de proteínas e a replicação. Esse processo culminou no surgimento da primeira célula, com as RNases atuando na regulação desse ciclo vital.

Nesse sentido, polímeros de aminoácidos não são hidrolisados de forma trivial. Tecidos colagênicos, por exemplo, mostram-se resilientes a soluções ácidas e alcalinas, sofrendo degradação significativa apenas sob condições cáusticas severas. Proteínas como a queratina elevam essa resistência à água ao associar essa estabilidade à presença de pontes de dissulfeto — ligações entre radicais altamente reativos que impõem desafios mesmo aos organismos decompositores mais agressivos. Historicamente, o ambiente marinho favoreceu a sobrevivência de seres com alto teor hídrico e paredes constitutivas frágeis, como os cnidários, que dependem dessa estabilidade química.[5][6]

Mesmo em ambientes extremos, microorganismos extremófilos e animais complexos, como a Poecilia sulphuraria, prosperam em meios ricos em sulfetos e, consequentemente, ácidos.[7][8]

Portanto, ao tratarmos da degradação por hidrólise, devemos examinar a natureza dos aminoácidos de cadeia ramificada: leucina, isoleucina e valina. Ao compararmos suas estruturas, evidenciamos que o "ramo" que define a especificidade de cada um aponta para a mesma direção em suas cadeias laterais.

Observa-se que a estrutura básica do aminoácido é idêntica; a diferenciação reside na ramificação, que é um hidrocarboneto saturado — um grupo alquila "puro". A leucina apresenta um grupamento isobutila, a isoleucina um sec-butila e a valina um isopropila. (Nota: Seria esta uma origem de síntese comum?)

Aqui, evocamos um princípio clássico da reatividade química, especialmente relacionada com questões ambientais: "Algumas classes de poluentes são geralmente resistentes à hidrólise, tais como os alcanos."[9]

Se essas cadeias laterais são estruturas apolares, alquílicas e, quimicamente, alcanos, como se poderia sustentar a ocorrência de hidrólise sobre elas? Conclui-se que a hidrólise não é um processo que altere a estrutura desses aminoácidos em condições fisiológicas ou ambientais comuns. O que ocorre é, exclusivamente, a clivagem da cadeia peptídica — um processo tão fundamental que a absorção de dipeptídeos resultantes é realizada até por fitoplânctons.[10]

Referências

1. IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"). Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML on-line corrected version: http://goldbook.iupac.org (2006-) created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; updates compiled by A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. doi:10.1351/goldbook.

2. en.wikipedia.org - Amide

3. en.wikipedia.org - Proteolysis

4. "Ribonuclease A". Protein Data Bank.

5. E. J. VAN SCOTT, M.D.; PETER FLESCH, M.D., Ph.D.; SULFHYDRYL GROUPS AND DISULFIDE LINKAGES IN NORMAL AND PATHOLOGICAL KERATINIZATION; AMA Arch Derm Syphilol. 1954;70(2):141-154. doi:10.1001/archderm.1954.01540200001001.
http://archderm.jamanetwork.com/article.aspx?articleid=524062

6. Dr. Jiří Kunert; Biochemical mechanism of keratin degradation by the actinomycete Streptomyces fradiae and the fungus Microsporum gypseum: A comparison; Journal of Basic Microbiology, Volume 29, Issue 9, pages 597–604, 1989 - DOI: 10.1002/jobm.3620290909

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jobm.3620290909/abstract

7. Tobler, M., R. Riesch, F. J. Garcia de Léon, I. Schlupp & M. Plath (2008): Two endemic and endangered fishes, Poecilia sulphuraria (Alvarez, 1948) andGambusia eurystoma Miller, 1975 (Poeciliidae, Teleostei), as only survivors in a small sulphidic habitat. Journal of Fish Biology 72 (3): 523-533. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1095-8649.2007.01716.x/abstract

8. Iliuta Alexandru; SULPHUROUS MINERAL WATERS; Balneo-Research Journal Vol.2, Nr.3, 2011. http://bioclima.ro/J232.pdf

9. Pedro J. Alvarez, Walter A. Illman; Bioremediation and Natural Attenuation: Process Fundamentals and Mathematical Models; John Wiley & Sons, 2005. pág. 27
books.google.com.br

10. Margaret R. Mulholland and Cindy Leeb; Peptide hydrolysis and the uptake of dipeptides by phytoplankton; Limnol. Oceanogr., 54(3), 2009, 856–868. 

http://www.aslo.org/lo/toc/vol_54/issue_3/0856.pdf

Extras

O Papel do RNA no Mundo Primitivo

• Dupla Função: Na hipótese do Mundo do RNA, o RNA não só guardava a informação genética (como o DNA), mas também agia como uma enzima (ribozima) para acelerar reações químicas, inclusive sua própria cópia.

• Surgimento das Proteínas: Essas ribozimas catalisaram a formação de proteínas (a partir de aminoácidos) e, eventualmente, a síntese do DNA, marcando a transição para o mundo atual (DNA, RNA e proteínas). 

O Papel Específico da Ribonuclease (RNase)

• Degradação e Regulação: A RNase é uma enzima que quebra o RNA (RNA-ase). No contexto da origem da vida, as RNases não só degradam o RNA, mas também participam da regulação de processos celulares e do processamento de outras moléculas de RNA (como o RNA ribossômico), sendo essenciais para o controle do ciclo celular e a manutenção da homeostase molecular. 

• Evolução de Sistemas Complexos: A presença de RNases em sistemas primitivos teria sido crucial para controlar a abundância e a atividade de diferentes RNAs, permitindo a evolução de redes regulatórias e a seleção de moléculas mais eficientes, culminando na vida como a conhecemos. 

Em Resumo: Enquanto ribozimas (RNAs catalíticos) construíam o mundo primitivo, as ribonucleases (enzimas que degradam RNA) atuavam como mecanismos de controle e processamento, possibilitando a evolução e a complexidade do sistema do Mundo do RNA, que eventualmente deu origem às células modernas.  

A seguidamente afirmada “hidrólise mortal” e o paradoxo da água

Michael Marshall. How the first life on Earth survived its biggest threat — water - 09 December 2020. 

Living things depend on water, but it breaks down DNA and other key molecules. So how did the earliest cells deal with the water paradox?

https://www.nature.com/articles/d41586-020-03461-4  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33299201/ 

 
Divulgação:

Nicolas M. Morato. Water was both essential and a barrier to early life on Earth. The role of microdroplets. 03/11/2022
https://smartwatermagazine.com/blogs/nicolas-m-morato/water-was-both-essential-and-a-barrier-early-life-earth-role-microdroplets 

O Nó Górdio: Condensação vs. Hidrólise

Para formar polímeros essenciais (proteínas, DNA, açúcares complexos), as moléculas individuais (monômeros) precisam se unir através de uma reação de condensação (ou síntese por desidratação).

Nesse processo, dois aminoácidos se aproximam e, para criar uma ligação peptídica, eles "expulsam" uma molécula de água (H2O).

O Problema

Se você está em um oceano primordial saturado de água, a termodinâmica joga contra você. Pelo Princípio de Le Chatelier, em um ambiente cheio de água, a reação tende a favorecer a hidrólise (a quebra da ligação pela adição de água) em vez da condensação. É como tentar secar uma toalha dentro de um aquário.

A Solução das Microgotículas: Onde o "Seco" encontra o "Molhado"

O estudo que você trouxe oferece uma solução elegante que dispensa cenários geológicos raros (como vulcões específicos ou poças que secam e enchem). A chave está na interface ar-água.

Por que as microgotículas funcionam?

1. Razão Superfície/Volume: Quanto menor a gota, maior a proporção de sua "casca" em relação ao interior.

2. A "Borda" Reativa: Na superfície da gota, as moléculas de água não estão cercadas por outras moléculas de água por todos os lados. Isso cria um estado de solmatação parcial.

3. Campos Elétricos: A interface entre a água e o ar gera campos elétricos naturais intensos que podem organizar as moléculas e catalisar reações sem a necessidade de enzimas (que ainda não existiam!).

4. O Efeito de Secagem: Na borda da gota, a perda da molécula de água necessária para a condensação é energeticamente muito mais favorável do que nas profundezas do oceano. A gota age como um micro-reator.