Enlace peptídico

O enlace peptídico é o enlace covalente que une os aminoácidos nos péptidos e proteínas. Establécese entre o grupo amino (–NH₂) dun aminoácido e o grupo carboxilo (–COOH) doutro aminoácido. Durante a formación dun enlace peptídico libérase unha molécula de auga. No enlace peptídico quedan enlazados o C e o N dos grupos carboxilo e amino, polo que é un enlace amida substituído.

Formación dun dipéptido por unión de dous aminoácidos por medio dun enlace peptídico.

Un péptido pode crecer enlazando máis aminoácidos polo seu grupo carboxilo terminal.

Por convención, para nomear un péptido empézase polo grupo NH₂ terminal. Se se unen a alanina e a serina o dipéptido resultante denominaríase alanil-serina.

Un enlace peptídico pode romper por hidrólise. Os enlaces peptídicos das proteínas son metaestables, o que significa que en presenza de auga poden romper espontaneamente, liberando unha enerxía libre de 2-4 kcal/mol ^[1] , pero este proceso é extremadamente lento, o que mantén as estruturas das proteínas. De feito, nos organismos vivos, o proceso é facilitado por encimas. Pero os organismos vivos tamén teñen encimas que forman enlaces peptídicos, o cal require un gasto de enerxía libre.

O enlace peptídico ten carácter parcial de dobre enlace debido a que é resoante, ten rixidez, o que crea un plano onde están o C-CO-NH-C, e absorbe luz dunha lonxitude de onda de 190-230 nm.^[2]

Características estruturais do enlace

As proteínas no seu estado natural sempre adoptan unha determinada conformación tridimensional chamada conformación nativa, a pesar de que se podería pensar que os seus enlaces simples poderían rotar libremente orixinando múltiples conformacións posibles. Isto indica que non pode haber unha liberdade de xiro total en todos os enlaces; algúns deben ter a suficiente rixidez como para manter a configuración tridimensional da proteína. As difraccións de raios X das proteínas demostraron que o enlace peptídico é máis curto cós enlaces sinxelos normais, e isto debíase a que o enlace peptídico ten un carácter parcial de dobre enlace (60%), xa que é unha estrutura resoante. Os enlaces dobres (ou parcialmente dobres) son ríxidos e non permiten un xiro libre.

Esta estabilización obriga a que os 4 átomos que están implicados no enlace peptídico máis os dous carbonos que están na posición a da figura 1 con respecto a dito enlace, se encontren no mesmo plano.

Figura 1. Enlace peptídico.

Un tripéptido.

Esta ordenación planar ríxida é o resultado da estabilización por resonancia do enlace peptídico. O esqueleto dunha proteína está formado por unha serie de planos sucesivos (onde está o enlace peptídico) separados por grupos metileno substituídos. Isto impón restricións importantes ao número posible de conformacións que pode adoptar unha proteína.

O osíxeno carbonílico e o hidróxeno amídico están en posición trans (un a cada lado do plano); porén, o resto dos enlaces (N-C e C-C) son enlaces sinxelos verdadeiros, que poderían xirar. Pero non todos os xiros son posibles.

Se denominamos "Φ" ao valor do ángulo que pode adoptar o enlace N-C, e "Ψ" ao do enlace C-C, só existirán uns valores permitidos para Φ e Ψ; e dependerá en grande medida do tamaño do grupo R do aminoácido (a cadea lateral).

Hai máis restricións ao xiro libre debido ás características dos grupos R sucesivos.

Resonancia do enlace peptídico

Figura 2: Formas de resonancia do enlace peptídico. A forma neutra e con enlace simple (~60%) está á esquerda, e a forma cargada e con dobre enlace (~40%) está á dereita.

Figura 3: Un enlace de hidróxeno (liña punteada) cun grupo peptídico X-Pro favorece a forma de resonancia de enlace simple C-N (á esquerda) sobre a de enlace dobre C=N (á dereita).

Figura 4: Un substituínte electronegativo preto do nitróxeno da amida favorece a forma de resonancia de enlace simple C-N (á esquerda) sobre a forma de enlace dobre C=N (á dereita).

Os electróns p non implicados no enlace σ pertencentes aos tres átomos C, O, N, poden formar orbitais híbridos π, e o N e o O están competindo por reter eses electróns, pero como o N é menos electronegativo ca o O, hai máis posibilidades de que o dobre enlace estea no C=O (60%) ca no C=N, pero ambas as formas son posibles. O feito de que o grupo amida do enlace teña dúas formas de resonancia, confírelle importantes propiedades. En primeiro lugar, estabiliza o grupo facéndoo menos reactivo ca grupos similares (como ésteres). A resonancia fai que o grupo amida (C-N) teña un carácter de dobre enlace do 40% aproximadamente. O grupo péptido non ten carga nos valores normais de pH, pero o seu dobre enlace ten un momento dipolar infrecuentemente grande (3,5 Debye ou 0,7 electrón-angstrom). Estes momentos dipolares poden alinearse en certas estruturas secundarias (como a hélice α), producindo un gran dipolo neto.

O carácter parcial de dobre enlace pode ser fortalecido ou debilitado por modificacións que favorecen unha das formas de resonancia sobre a outra. Por exemplo, a forma con dobre enlace (C=N) está desfavorecida en ambientes hidrófobos, a causa da súa carga. Á inversa, doar un enlace de hidróxeno ao osíxeno da amida ou aceptar un enlace de hidróxeno do nitróxeno da amida favorece a forma con dobre enlace, porque o enlace de hidróxeno é máis forte coa forma cargada ca coa forma non cargada de enlace simple. Polo contrario, doar un enlace de hidróxeno ao nitróxeno da amida nun enlace peptídico X-Pro favorece a forma de enlace simple; e doalo á forma con dobre enlace (C=N) daría ao nitróxeno cinco enlaces ! (ver figura 3). De modo similar, un substituínte moi electronegativo (como o flúor) que estea próximo ao nitróxeno da amida favorece a forma con enlace simple (C-N), porque compite co osíxeno da amida en "roubar" un electrón do nitróxeno da amida (ver figura 4).

Isómeros cis e trans no enlace peptídico

O carácter planar do enlace peptídico fai que poidan existir isómeros cis e trans. Nas proteínas despregadas, os grupos peptídicos son libres de isomerizarse e adoptar a forma cis ou a trans; porén, cando a proteína está pregada tridimensionalmente, só un dos isómeros é posible en cada posición (con raras excepcións). A forma trans é abrumadoramente preferida na maioría dos enlaces peptídicos (nunha proporción trans:cis: de 1000:1). Porén, as cousas cambian cando intervén a prolina en grupos peptídicos X-Pro, que tenden a presentar unha proporción de só 3:1 a favor do trans, seguramente porque a simetría entre os átomos $\mathrm {C^{\alpha }}$ e $\mathrm {C^{\delta }}$ da prolina fai que os isómeros cis e trans teñan unha enerxía case igual.

Enlace peptídico con prolina. Enlace trans á esquerda, e enlace cis á dereita.

Reaccións químicas

Debido á súa estabilización por resonancia, o enlace peptídico é moi pouco reactivo en condicións fisiolóxicas. Non obstante, poden realizar reaccións químicas, xeralmente por medio dun ataque dun átomo electronegativo sobre o carbono do carbonilo, que rompe o dobre enlace do carbonilo e forma un intermediato tetraédrico. Isto é o que sucede nas proteólises.

Notas e bibliografía

↑ Martin RB. (1998) "Free energies and equilibria of peptide bond hydrolysis and formation", Biopolymers, 45, 351–353.
↑ Goldfarb AR et al. (1951) "The Ultraviolet Absorption Spectra of Proteins", J. Biological Chem., 193, 397-404.(http://www.jbc.org/content/193/1/397.long)

Pauling L. (1960) The Nature of the Chemical Bond, 3rd. ed., Cornell University Press. ISBN 0-8014-0333-2
Stein RL. (1993) "Mechanism of Enzymatic and Nonenzymatic Prolyl cis-trans Isomerization", Adv. Protein Chem., 44, 1-24.
Schmid FX, Mayr LM, Mücke M e Schönbrunner ER. (1993) "Prolyl Isomerases: Role in Protein Folding", Adv. Protein Chem., 44, 25-66.
Fischer G. (1994) "Peptidyl-Prolyl cis/trans Isomerases and Their Effectors", Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 33, 1415-1436.

Véxase tamén

Outros artigos

[1] Martin RB. (1998) "Free energies and equilibria of peptide bond hydrolysis and formation", Biopolymers, 45, 351–353.

[2] Goldfarb AR et al. (1951) "The Ultraviolet Absorption Spectra of Proteins", J. Biological Chem., 193, 397-404.(http://www.jbc.org/content/193/1/397.long)

[1]

[2]