Enlace peptídico

Enlace peptídico.

Un enlace peptídico es un tipo amida de enlace químico covalente que une dos alfa-aminoácidos consecutivos de C1 ( carbono número uno) de un alfa-aminoácido y N2 ( nitrógeno número dos) de otro, a lo largo de una cadena peptídica o proteica . ^[1]

También se le puede llamar enlace eupeptídico ^[1] para separarlo de un enlace isopéptido , un tipo diferente de enlace amida entre dos aminoácidos.

Síntesis

Formación de enlaces peptídicos mediante reacción de deshidratación .

Cuando dos aminoácidos forman un dipéptido a través de un enlace peptídico , ^[1] es un tipo de reacción de condensación . ^[2] En este tipo de condensación, dos aminoácidos se acercan entre sí, con el resto de ácido carboxílico sin cadena lateral (C1) de uno acercándose al resto amino sin cadena lateral (N2) del otro. Uno pierde hidrógeno y oxígeno de su grupo carboxilo (COOH) y el otro pierde hidrógeno de su grupo amino (NH ₂ ). Esta reacción produce una molécula de agua (H ₂ O) y dos aminoácidos unidos por un enlace peptídico (-CO-NH-). Los dos aminoácidos unidos se denominan dipéptidos.

El enlace amida se sintetiza cuando el grupo carboxilo de una molécula de aminoácido reacciona con el grupo amino de la otra molécula de aminoácido, provocando la liberación de una molécula de agua (H ₂ O), por lo que el proceso es una reacción de síntesis de deshidratación .

La condensación por deshidratación de dos aminoácidos para formar un enlace peptídico (rojo) con expulsión de agua (azul).

La formación del enlace peptídico consume energía que, en los organismos, se deriva del ATP . ^[3] Los péptidos y las proteínas son cadenas de aminoácidos que se mantienen unidas por enlaces peptídicos (y, a veces, por unos pocos enlaces isopéptidos). Los organismos usan enzimas para producir péptidos no ribosomales , ^[4] y ribosomas para producir proteínas a través de reacciones que difieren en detalles de la síntesis por deshidratación. ^[5]

Algunos péptidos, como la alfa-amanitina , se denominan péptidos ribosomales porque son producidos por ribosomas, ^[6] pero muchos son péptidos no ribosómicos ya que son sintetizados por enzimas especializadas en lugar de ribosomas. Por ejemplo, el tripéptido glutatión se sintetiza en dos pasos a partir de aminoácidos libres, mediante dos enzimas: glutamato-cisteína ligasa (forma un enlace isopéptido, que no es un enlace peptídico) y glutatión sintetasa (forma un enlace peptídico). ^{[7] [8]}

Degradación

Un enlace peptídico se puede romper mediante hidrólisis (la adición de agua). En presencia de agua, se descompondrán y liberarán de 8 a 16 kilojulios / mol (2 a 4 kcal / mol ) de energía de Gibbs . ^[9] Este proceso es extremadamente lento, con una vida media a 25 ° C de entre 350 y 600 años por bono. ^[10]

En los organismos vivos, el proceso normalmente es catalizado por enzimas conocidas como peptidasas o proteasas , aunque hay informes de hidrólisis de enlaces peptídicos causada por deformación conformacional cuando el péptido / proteína se pliega en la estructura nativa. ^{[11] Por tanto,} este proceso no enzimático no se acelera por la estabilización del estado de transición, sino por la desestabilización del estado fundamental.

Espectros

La longitud de onda de absorción A para un enlace peptídico es de 190 a 230 nm ^[12] (lo que lo hace particularmente susceptible a la radiación ultravioleta ).

Isómeros cis / trans del grupo de péptidos

La deslocalización significativa del par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno le da al grupo un carácter de doble enlace parcial . El doble enlace parcial hace que el grupo amida sea plano , presente en los isómeros cis o trans . En el estado desplegado de las proteínas, los grupos peptídicos pueden isomerizarse y adoptar ambos isómeros; sin embargo, en el estado plegado, solo se adopta un isómero en cada posición (con raras excepciones). La forma trans se prefiere abrumadoramente en la mayoría de los enlaces peptídicos (aproximadamente una proporción de 1000: 1 en poblaciones trans: cis). Sin embargo, los grupos de péptidos X-Pro tienden a tener una proporción aproximada de 30: 1, presumiblemente porque la simetría entre los átomos y de${\displaystyle \mathrm {C^{\alpha }} }$${\displaystyle \mathrm {C^{\delta }} }$la prolina hace que los isómeros cis y trans sean casi iguales en energía (ver figura a continuación).

Isomerización de un enlace peptídico X-Pro. Los isómeros cis y trans están en el extremo izquierdo y en el extremo derecho, respectivamente, separados por los estados de transición.

Se indica el ángulo diedro asociado con el grupo peptídico (definido por los cuatro átomos ) ; para el isómero cis ( conformación sinperiplanar ) y para el isómero trans ( conformación antiperiplanar ). Los grupos amida pueden isomerizarse alrededor del enlace C'-N entre las formas cis y trans, aunque lentamente ( 20 segundos a temperatura ambiente). Los estados de transición requieren que se rompa el doble enlace parcial, de modo que la energía de activación sea de aproximadamente 80 kilojulios / mol (20 kcal / mol). Sin embargo, la energía de activación se puede reducir (y la isomerización catalizada${\displaystyle C^{\alpha }-C^{\prime }-N-C^{\alpha }}$${\displaystyle \omega }$${\displaystyle \omega =0^{\circ }}$${\displaystyle \omega =180^{\circ }}$${\displaystyle \tau \sim }$ ${\displaystyle \omega =\pm 90^{\circ }}$) mediante cambios que favorecen la forma de enlace simple, como colocar el grupo peptídico en un entorno hidrofóbico o donar un enlace de hidrógeno al átomo de nitrógeno de un grupo peptídico X-Pro. Ambos mecanismos para reducir la energía de activación se han observado en las peptidil prolil isomerasas (PPIasas), que son enzimas naturales que catalizan la isomerización cis-trans de los enlaces peptídicos X-Pro.

El plegamiento de la proteína conformacional suele ser mucho más rápido (por lo general, 10 a 100 ms) que la isomerización cis-trans (10 a 100 s). Un isómero no nativo de algunos grupos peptídicos puede alterar significativamente el plegamiento conformacional, ralentizándolo o evitando que ocurra hasta que se alcance el isómero nativo. Sin embargo, no todos los grupos peptídicos tienen el mismo efecto sobre el plegamiento; los isómeros no nativos de otros grupos peptídicos pueden no afectar en absoluto al plegamiento.

Reacciones químicas

Debido a su estabilización por resonancia, el enlace peptídico es relativamente poco reactivo en condiciones fisiológicas, incluso menos que compuestos similares como los ésteres . Sin embargo, los enlaces peptídicos pueden sufrir reacciones químicas, generalmente a través del ataque de un átomo electronegativo sobre el carbono del carbonilo , rompiendo el doble enlace del carbonilo y formando un intermedio tetraédrico. Ésta es la vía que se sigue en la proteólisis y, más generalmente, en las reacciones de intercambio de NO acilo como las de las inteínas . Cuando el grupo funcional que ataca el enlace peptídico es un tiol , hidroxilo o amina , la molécula resultante puede denominarseciclol o, más específicamente, un tiaciclol, un oxaciclol o un azaciclol, respectivamente.

Ver también

• El mapa de proteólisis

Referencias

1. "Nomenclatura y simbolismo de aminoácidos y péptidos. Recomendaciones 1983" . Revista europea de bioquímica . 138 (1): 9–37. 1984. doi : 10.1111 / j.1432-1033.1984.tb07877.x . ISSN  0014-2956 . PMID  6692818 .
2. Muller, P (1 de enero de 1994). "Glosario de términos utilizados en química orgánica física (Recomendaciones de la IUPAC 1994)". Química pura y aplicada . 66 (5): 1077–1184. doi : 10.1351 / pac199466051077 . ISSN 1365-3075 . 
3. Watson J, Hopkins N, Roberts J, Agetsinger Steitz J, Weiner A (1987) [1965]. Biología molecular del gen (tapa dura) (Cuarta ed.). Menlo Park, CA: The Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc. p. 168 . ISBN 978-0805396140.
4. Miller BR, Gulick AM (2016). "Biología estructural de las sintetasas de péptidos no ribosomales" . Métodos en Biología Molecular . 1401 : 3-29. doi : 10.1007 / 978-1-4939-3375-4_1 . ISBN 978-1-4939-3373-0. PMC  4760355 . PMID  26831698 .
5. Griffiths AJ, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (2000). Síntesis de proteínas . Introducción al análisis genético (7ª ed.). Nueva York: WH Freeman. ISBN 978-0716735205.
6. Walton JD, Hallen-Adams HE, Luo H (2010). "Biosíntesis ribosomal de las toxinas peptídicas cíclicas de los hongos Amanita" . Biopolímeros . 94 (5): 659–64. doi : 10.1002 / bip.21416 . PMC 4001729 . PMID 20564017 .  
7. Wu G, Fang YZ, Yang S, Lupton JR, Turner ND (marzo de 2004). "Metabolismo del glutatión y sus implicaciones para la salud" . La Revista de Nutrición . 134 (3): 489–92. doi : 10.1093 / jn / 134.3.489 . PMID 14988435 . 
8. Meister A (noviembre de 1988). "Metabolismo del glutatión y su modificación selectiva" . La Revista de Química Biológica . 263 (33): 17205–8. PMID 3053703 . 
9. Martin RB (diciembre de 1998). "Energías libres y equilibrios de hidrólisis y formación de enlaces peptídicos". Biopolímeros . 45 (5): 351–353. doi : 10.1002 / (SICI) 1097-0282 (19980415) 45: 5 <351 :: AID-BIP3> 3.0.CO; 2-K .
10. Radzicka A, Wolfenden R (1 de enero de 1996). "Tasas de hidrólisis de enlaces peptídicos no catalizados en solución neutra y las afinidades del estado de transición de las proteasas". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 118 (26): 6105–6109. doi : 10.1021 / ja954077c . ISSN 0002-7863 . 
11. Sandberg A, Johansson DG, Macao B, Härd T (abril de 2008). "Autoproteólisis del dominio SEA acelerada por deformación conformacional: aspectos energéticos". Revista de Biología Molecular . 377 (4): 1117–29. doi : 10.1016 / j.jmb.2008.01.051 . PMID 18308334 . 
12. Goldfarb AR, Saidel LJ, Mosovich E (noviembre de 1951). "Los espectros de absorción ultravioleta de las proteínas" . La Revista de Química Biológica . 193 (1): 397–404. PMID 14907727 .