enlace peptídico

Enlace químico covalente entre aminoácidos en una cadena peptídica o proteica.

enlace peptídico

En química orgánica , un enlace peptídico es un tipo amida de enlace químico covalente que une dos alfa-aminoácidos consecutivos del C1 ( carbono número uno) de un alfa-aminoácido y N2 ( nitrógeno número dos) de otro, a lo largo de un péptido o proteína. cadena. ^[1]

También se le puede llamar enlace eupeptídico ^[1] para distinguirlo de un enlace isopéptido , que es otro tipo 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] se trata de un tipo de reacción de condensación . ^[2] En este tipo de condensación, dos aminoácidos se acercan entre sí, y el resto de ácido carboxílico de cadena no lateral (C1) de uno se acerca al resto amino de cadena no 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 llaman dipéptido.

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), de ahí que el proceso sea una reacción de síntesis por 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 unidos por enlaces peptídicos (y a veces por algunos enlaces isopeptídicos ). Los organismos utilizan enzimas para producir péptidos no ribosómicos , ^[4] y ribosomas para producir proteínas mediante 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 ribosomales porque 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 isopeptídico , 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). La hidrólisis de enlaces peptídicos en agua libera de 8 a 16  kJ / 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 enlace. ^[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 tensión conformacional cuando el péptido/proteína se pliega en la estructura nativa. ^[11] Por lo tanto, este proceso no enzimático no se acelera mediante la estabilización del estado de transición, sino más bien mediante la desestabilización del estado fundamental.

Espectros

La longitud de onda de absorción de 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 peptídico

La deslocalización significativa del par de electrones solitarios del átomo de nitrógeno le da al grupo un carácter de doble enlace parcial . El doble enlace parcial hace que el grupo amida sea plano y se presente en los isómeros cis o trans . En el estado desplegado de las proteínas, los grupos peptídicos son libres de isomerizar 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 (una proporción de aproximadamente 1000:1 en poblaciones trans:cis). Sin embargo, los grupos peptídicos X-Pro tienden a tener una proporción aproximada de 30:1, presumiblemente porque la simetría entre los átomos C ^α y C ^{δ de} la prolina hace que los isómeros cis y trans sean casi iguales en energía, consulte la figura.

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

Se denota el ángulo diédrico asociado con el grupo peptídico (definido por los cuatro átomos C ^α –C'–N–C ^α ) ; 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 (  segundos a temperatura ambiente). Los estados de transición requieren que se rompa el doble enlace parcial, de modo que la energía de activación sea aproximadamente de 80 kJ/mol (20 kcal/mol). Sin embargo, la energía de activación se puede reducir (y la isomerización catalizada ) mediante cambios que favorezcan la forma de enlace simple, como colocar el grupo peptídico en un ambiente 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. ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle \omega =0^{\circ }}$ ${\displaystyle \omega =180^{\circ }}$ ${\displaystyle \tau \sim 20}$ ${\displaystyle \omega =\pm 90^{\circ }}$

El plegamiento conformacional de proteínas suele ser mucho más rápido (normalmente de 10 a 100 ms) que la isomerización cis-trans (de 10 a 100 s). Un isómero no nativo de algunos grupos peptídicos puede alterar significativamente el plegamiento conformacional, ya sea ralentizándolo o impidiendo que se produzca hasta que se alcance el isómero nativo. Sin embargo, no todos los grupos peptídicos tienen el mismo efecto sobre el plegamiento; Es posible que los isómeros no nativos de otros grupos de péptidos no afecten el plegamiento en absoluto.

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 mediante el ataque de un átomo electronegativo al carbono carbonilo , rompiendo el doble enlace carbonilo y formando un intermedio tetraédrico. Esta es la vía que se sigue en la proteólisis y, más generalmente, en las reacciones de intercambio de N-O 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 denominarse ciclol o, más específicamente, tiaciclol, oxaciclol o 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. Müller, P. (1 de enero de 1994). "Glosario de términos utilizados en química física orgánica (Recomendaciones IUPAC 1994)". Química Pura y Aplicada . 66 (5): 1077–1184. doi : 10.1351/pac199466051077 . ISSN  1365-3075. S2CID  195819485.
3. Watson, James; Hopkins, Nancy; Roberts, Jeffrey; Agetsinger Steitz, Joan; Weiner, Alan (1987) [1965]. Biología molecular del gen (tapa dura) (Cuarta ed.). Menlo Park, CA: The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. p. 168.ISBN​ 978-0-8053-9614-0.
4. Molinero BR; Gulick AM (2016). "Biología estructural de las sintetasas de péptidos no ribosomales". Biosíntesis de péptidos no ribosómicos y policétidos . Métodos en biología molecular. vol. 1401, págs. 3–29. doi :10.1007/978-1-4939-3375-4_1. ISBN 978-1-4939-3373-0. PMC  4760355 . PMID  26831698.
5. Griffiths AJ; Molinero JH; Suzuki DT; Lewontín RC; Gelbart WM (2000). Síntesis de proteínas (7ª ed.). Nueva York: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3520-5. {{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )
6. Walton JD; Hallen-Adams SE; Luo H. (2010). "Biosíntesis ribosómica de las toxinas peptídicas cíclicas de los hongos Amanita". Biopolímeros . 94 (5): 659–664. doi :10.1002/bip.21416. PMC 4001729 . PMID  20564017. 
7. Wu G.; colmillo 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): 489–492. doi : 10.1093/jn/134.3.489 . PMID  14988435.
8. Maestro A. (noviembre de 1988). "Metabolismo del glutatión y su modificación selectiva". La Revista de Química Biológica . 263 (33): 17205–17208. doi : 10.1016/S0021-9258(19)77815-6 . PMID  3053703.
9. Martín 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, Anna; Wolfenden, Richard (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 tensión conformacional: aspectos energéticos". Revista de biología molecular . 377 (4): 1117-1129. 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. doi : 10.1016/S0021-9258(19)52465-6 . PMID  14907727.