El enlace peptídico es un enlace amídico covalente que une los residuos de aminoácidos en péptidos y proteínas. Estos enlaces forman el esqueleto molecular continuo de las cadenas peptídicas, manteniendo un orden específico de aminoácidos y permitiendo al mismo tiempo que toda la cadena adopte diversas estructuras tridimensionales.
Los enlaces peptídicos son uno de los elementos básicos de la estructura péptidos. Comprender su química ayuda a explicar cómo los aminoácidos individuales pueden formar moléculas más grandes con una secuencia y estructura estrictamente definidas.
Aunque la definición básica es relativamente simple, la química del enlace peptídico tiene varias características importantes. Los electrones dentro del grupo amida están distribuidos de tal manera que el enlace carbono-nitrógeno se asemeja parcialmente a un doble enlace. Esto limita la posibilidad de rotación libre alrededor del enlace peptídico, pero no hace que todo el péptido o proteína se convierta en una molécula rígida. Otros enlaces en el esqueleto conservan una mayor libertad de rotación, lo que permite que las cadenas peptídicas se doblen y plieguen.
Los enlaces peptídicos se pueden analizar desde varias perspectivas científicas diferentes. Los químicos estudian su estructura electrónica y geometría. Los biólogos moleculares analizan la forma en que son creados por los ribosomas y otros sistemas biológicos. Los biólogos estructurales comprueban cómo la geometría de estos enlaces afecta a la arquitectura de las proteínas. Los bioquímicos, en cambio, estudian cómo las enzimas rompen selectivamente los enlaces peptídicos durante el procesamiento y la degradación de las proteínas.
Estas distinciones ayudan a comprender cómo las proteínas pueden conservar simultáneamente una secuencia específica de aminoácidos, adoptar estructuras complejas, producirse en procesos biológicos controlados y luego someterse a procesamiento o degradación. El estudio de la estructura electrónica, la geometría peptídica, la catálisis ribosómica, la síntesis de proteínas y la hidrólisis enzimática proporciona información complementaria sobre estos procesos. [1] [2] [3]
¿Qué es un enlace peptídico?
Definición química del enlace peptídico
El enlace peptídico es enlace amídico entre el grupo derivado del grupo carboxílico de un aminoácido y el grupo derivado del grupo amino de otro aminoácido. En la estructura típica de una proteína, se unen el átomo de carbono del grupo carbonílico y el átomo de nitrógeno del siguiente resto aminoácido.
El fragmento más representado tiene la forma de:
–C(=O)–NH–
El fragmento C=O es grupo carbonilo, mientras que el enlace C-N es el enlace al que solemos referirnos cuando hablamos específicamente del enlace peptídico. Juntos, estos átomos y su entorno inmediato forman el llamado grupo peptídico o grupo amida.
Esta distinción es importante, ya que la estructura completa del grupo peptídico contiene varios enlaces diferentes. El enlace carbono-oxígeno no es el que une entre sí dos restos de aminoácidos. Esa función la desempeña el enlace amida carbono-nitrógeno.
Cuando un aminoácido se une a otro, el átomo de carbono del grupo carbonilo unido a un residuo se une covalentemente al átomo de nitrógeno unido al siguiente residuo. La repetición de este patrón conduce a la formación del esqueleto de una cadena peptídica típica.
Los estudios de estructura electrónica analizan, entre otras cosas, la interacción del par de electrones libre del nitrógeno con el sistema carbonílico adyacente, lo que permite explicar por qué este enlace difiere de un enlace sencillo carbono-nitrógeno ordinario que gira libremente. [1]
¿Por qué el enlace peptídico es un enlace covalente?
El enlace peptídico es covalente, ya que los átomos unidos comparten electrones.
No se trata de una interacción iónica entre dos aminoácidos cargados separados, ni de un enlace de hidrógeno que mantenga próximas entre sí las distintas partes de la cadena ondulada.
Es precisamente este enlace covalente el que garantiza la continuidad química de la secuencia de aminoácidos. Los residuos siguen formando parte de la misma cadena hasta que una reacción química altere la forma en que están unidos.
Esta distinción se vuelve especialmente importante al hablar del plegamiento y despliegue de proteínas. La cadena peptídica puede doblarse, cambiar de conformación, perder parte de las interacciones que estabilizan su estructura e incluso sufrir un desdoblamiento significativo sin necesidad de romper los enlaces peptídicos que mantienen su secuencia primaria.
Sin embargo, «covalente» no significa «indestructible».
Las enzimas y las condiciones químicas adecuadas pueden provocar la escisión de los enlaces peptídicos. Sin embargo, dicha escisión es una reacción química que cambia la forma en que se conectan los átomos, y no solo un cambio en la forma de la molécula.
Los estudios estructurales de una de las proteasas aspartílicas muestran cómo la enzima puede organizar adecuadamente el sustrato, que contiene un enlace peptídico y una molécula de agua, de una forma que resulta esencial para la hidrólisis. [4]
Carácter parcial del doble enlace y resonancia
El enlace peptídico C–N suele representarse en las fórmulas como una línea simple, aunque la distribución real de los electrones es más compleja.
El par de electrones libres del átomo de nitrógeno puede participar en el sistema electrónico adyacente del grupo carbonilo. La deslocalización de los electrones hace que el enlace C–N adquiera el carácter parcial del enlace doble.
Este fenómeno suele explicarse mediante estructuras resonantes.
Las estructuras de resonancia son formas alternativas de representar la distribución de los electrones en una misma molécula. No deben interpretarse como formas distintas de la molécula que cambian rápidamente unas en otras.
Del mismo modo, el carácter parcial del enlace doble no significa que el enlace peptídico sea un enlace simple durante un porcentaje determinado de tiempo y un enlace doble normal durante el tiempo restante.
La estructura electrónica real resulta de la deslocalización de electrones dentro de todo el grupo amida.
En un estudio computacional, Fedorov analizó la contribución de la resonancia en la determinación del orden del enlace peptídico. Los valores numéricos detallados dependen del método de análisis de la estructura electrónica utilizado. Sin embargo, para una comprensión general, la conclusión más importante es que la interacción entre el sistema electrónico del nitrógeno y el grupo carbonilo es responsable de parte de las propiedades inusuales del enlace C–N. [1]
¿Por qué está limitada la rotación alrededor del enlace peptídico?
El carácter parcial del enlace doble tiene una importante consecuencia estructural: la rotación alrededor del enlace amida C–N está más limitada que la rotación alrededor de un enlace simple típico de carbono-nitrógeno.
Sin embargo, esto no significa que las proteínas no puedan doblarse ni plegarse.
El esqueleto peptídico también contiene otros enlaces alrededor de los cuales es posible la rotación. Por lo tanto, la cadena proteica consta de grupos peptídicos repetitivos, relativamente rígidos, unidos a través de otros enlaces del esqueleto caracterizados por una mayor flexibilidad conformacional.
La combinación de estas restricciones y de las posibilidades de rotación contribuye a la enorme diversidad de estructuras tridimensionales que pueden adoptar los péptidos y las proteínas.
La planitud aproximada no significa que la estructura sea perfectamente plana
La deslocalización de electrones favorece en la aproximación de geometría plana del grupo peptídico y limita la rotación alrededor del enlace amídico C–N.
Sin embargo, las estructuras moleculares reales pueden diferir ligeramente de la planeidad matemática ideal.
Improta y colaboradores combinaron cálculos mecano-cuánticos con el análisis de estructuras cristalinas de péptidos y proteínas. Los resultados mostraron pequeñas desviaciones sistemáticas dependientes de la geometría local del esqueleto. [2]
Por lo tanto, es correcto afirmar que los grupos peptídicos son aproximadamente plano, sin embargo, afirmar que cada enlace peptídico en cada péptido o proteína es perfectamente plano sería una simplificación excesiva.
Este es un buen ejemplo de la diferencia entre un modelo educativo útil y el comportamiento más detallado de las estructuras moleculares reales.
¿Dónde se encuentran los enlaces peptídicos?
En el esqueleto de péptidos y proteínas
Los enlaces peptídicos se encuentran entre los residuos de aminoácidos vecinos en las cadenas peptídicas y proteicas típicas.
Junto con los átomos que los rodean, forman un elemento repetitivo esqueleto molecular. Las cadenas laterales de los aminoácidos sobresalen de esta estructura y confieren a los distintos residuos propiedades químicas adicionales.
Una proteína puede constar de una sola cadena peptídica o de varias cadenas unidas en un complejo molecular más grande. Cada una de ellas tiene sus propias conexiones de esqueleto.
Diferentes cadenas pueden unirse mediante interacciones no covalentes o enlaces covalentes adicionales. Tales uniones no deben clasificarse automáticamente como enlaces peptídicos.
La síntesis química del inhibidor de tripsina pancreático bovino, o BPTI, muestra bien la diferencia entre la formación del esqueleto peptídico y la creación de puentes disulfuro adicionales. Los investigadores primero obtuvieron el material lineal y luego llevaron a cabo su oxidación y caracterización. Por lo tanto, el estudio separa la construcción de la cadena de su posterior organización estructural. [5]
Los enlaces peptídicos determinan la continuidad de la secuencia primaria
La secuencia de residuos de aminoácidos en un péptido o proteína se determina como su estructura primaria.
Los enlaces peptídicos proporcionan la continuidad covalente básica que mantiene esta secuencia.
Por ejemplo, la secuencia:
Ala-Gly-Ser
contiene los mismos tres tipos de aminoácidos que:
Ser–Gly–Ala
Sin embargo, no son las mismas secuencias peptídicas.
La posición de los distintos residuos con respecto a los enlaces peptídicos es diferente.
Por lo tanto, la sola lista de aminoácidos presentes en la muestra no es suficiente para identificar el péptido. También es necesario conocer su orden y forma de unión.
En péptidos lineales y cíclicos
Un péptido de cadena abierta típico tiene dos extremos, denominados Fin i C-koniec.
El extremo N corresponde a un extremo del esqueleto peptídico, mientras que el extremo C corresponde al otro. Las secuencias peptídicas se escriben por norma general desde el extremo N hacia el extremo C.
Péptido cíclico de cabeza a cola, es decir, cerrado por la unión de los extremos de la cadena, contiene un enlace de cadena adicional que forma un anillo.
Sin embargo, no todos los péptidos cíclicos se cierran de la misma manera. El anillo también puede formarse con la participación de una cadena lateral, y algunas moléculas contienen más de un tipo de enlace cruzado.
Definición cíclico por lo tanto, describe una característica de la arquitectura de la molécula, y no una única forma universal de su conexión.
La kalata B1 es un ejemplo específico de péptido cuyo esqueleto cíclico se ha confirmado mediante, entre otros, estudios de escisión enzimática, análisis de secuencia y estructura molecular. La molécula también contiene puentes disulfuro. Estos enlaces azufre-azufre adicionales difieren químicamente de los enlaces amida que conectan los residuos en el esqueleto peptídico. [6]
Enlaces peptídicos frente a enlaces isopeptídicos
En un esqueleto proteico típico, los enlaces peptídicos unen los grupos amino principales y los grupos derivados de los grupos carboxilo.
Un enlace amídico en cuya formación participa grupo funcional de la cadena lateral del aminoácido, se suele describir como enlace isopeptídico.
Por lo tanto, la regla más importante es determinar qué átomos se han unido realmente entre sí.
La mera presencia de un enlace amídico no significa automáticamente que se encuentre en una cadena peptídica típica. Al mismo tiempo, no todo enlace cruzado en un péptido o proteína es un enlace amídico; los puentes disulfuro y otras modificaciones covalentes tienen una química diferente.
Para los principiantes, el punto de partida más útil son los enlaces peptídicos ordinarios presentes en el esqueleto. Los enlaces más especializados pueden considerarse entonces como variantes distintas de la organización molecular.
¿Cuántos enlaces peptídicos hay en la cadena?
Cadena abierta simple y no ramificada que contiene n residuos de aminoácidos tienen n − 1 enlaces peptídicos en la cadena principal.
Esto significa que:
- un dipéptido tiene 2 residuos y 1 enlace peptídico;
- un tripéptido tiene 3 residuos y 2 enlaces peptídicos;
- un tetrapéptido tiene 4 residuos y 3 enlaces peptídicos;
- El pentapéptido tiene 5 residuos y 4 enlaces peptídicos;
- una cadena abierta que contiene 10 residuos tiene 9 enlaces peptídicos.
Esta dependencia se deriva directamente del modo de unión de la molécula: cada residuo sucesivo alarga la cadena existente mediante un enlace de esqueleto adicional.
El que le corresponde cadena cíclica de tipo cabeza a cola contiene n enlaces peptídicos en el esqueleto, ya que el enlace adicional cierra el anillo.
Sin embargo, estas suposiciones son importantes. Las ramificaciones, las conexiones inusuales de las cadenas laterales, la presencia de varias cadenas, los enlaces isopeptídicos o los elementos del esqueleto distintos de los amídicos requieren un análisis más detallado.
El solo número de residuos no siempre es suficiente para determinar todos los enlaces covalentes presentes en un péptido o proteína compleja.
¿Cómo unen los enlaces peptídicos a los aminoácidos?
De aminoácidos libres a residuos de aminoácidos
El aminoácido libre y el residuo correspondiente que se encuentra en el péptido están relacionados entre sí, pero no describen exactamente el mismo estado químico.
Cuando un aminoácido se incorpora a un péptido, sus grupos funcionales participan en los enlaces que forman la cadena.
Por ejemplo, la combinación de glicina y alanina en un orden determinado da lugar a glicilalaninas. La inversión del orden da lugar a alanoglicina.
Los tipos de aminoácidos son los mismos, pero su posición y entorno químico difieren.
Esto demuestra por qué la secuencia del péptido contiene más información que una simple lista de sus componentes.
La formación de enlaces puede estudiarse directamente. Stachelhaus y sus colaboradores analizaron los elementos del sistema de síntesis de péptidos no ribosomales y demostraron que la alteración de un residuo ubicado en el sitio catalítico propuesto impedía la reacción de condensación investigada. Por lo tanto, el experimento vincula la formación de un producto peptídico específico con la acción de una maquinaria molecular concreta. [7]
La ecuación de condensación es un modelo de balance de reacción
En la química básica, la formación de un péptido se representa a menudo mediante la ecuación:
aminoácido + aminoácido → dipéptido + agua
La ecuación muestra la diferencia en composición entre las moléculas de partida libres y el producto unido.
Es útil para comprender la relación química entre los sustratos y el producto.
Sin embargo, no debe interpretarse como un mecanismo completo de síntesis de proteínas dentro de una célula viva.
Los aminoácidos libres simplemente no se alinean unos junto a otros en el agua, no liberan espontáneamente moléculas de agua y no forman por sí mismos una secuencia proteica específica.
La síntesis biológica requiere sustratos activados, maquinaria molecular ordenada, información que determine la secuencia y procesos preparatorios que requieren energía.
Por lo tanto, es importante distinguir entre ecuación química global a mecanismo de reacción.
La ecuación describe la composición inicial y final. El mecanismo explica los pasos moleculares reales y los productos intermedios que conducen a la reacción.
Los experimentos con ribosomas investigan precisamente esos detalles mecanísticos en lugar de limitarse a reproducir la ecuación de condensación conocida. [3]
¿Cómo forma el ribosoma los enlaces peptídicos?
Durante la traducción, los ácidos ribonucleicos de transferencia, es decir, ARNt, transportan aminoácidos y la cadena peptídica en crecimiento dentro del ribosoma.
El grupo amino del aminoácido recién suministrado reacciona con el extremo activado de la cadena existente unido al ARN t, lo que conduce a la transferencia del péptido en crecimiento al residuo unido al nuevo ARN t.
El extremo de la cadena peptídica se alarga habitualmente por el extremo C-końca.
La activación de los aminoácidos y su unión al ARNt son procesos dependientes de energía. Por lo tanto, la descripción de cualquier enlace peptídico ribosomal como surgido directamente entre dos aminoácidos libres o como una simple „eliminación de agua” por el ribosoma sería una simplificación excesiva.
Weinger y colaboradores modificaron un grupo químico en el sustrato de tRNA y observaron una reducción significativa en la formación de enlaces peptídicos sin una disminución correspondiente en la unión del sustrato. Este resultado proporcionó evidencia de catálisis asistida por sustrato, en la cual las propiedades químicas de los propios sustratos participan en el curso de la reacción. [3]
El experimento señala por tanto el papel mecanístico de la química del ARNt, y no exclusivamente su función como un portador pasivo.
La formación de enlaces peptídicos tiene una dirección específica
La síntesis de proteínas es un proceso direccional.
Dado que la cadena en crecimiento se alarga desde el extremo C-terminal, la secuencia se desarrolla en una orientación específica.
Esto está relacionado con la convención común de escribir secuencias de péptidos y proteínas desde De extremo a extremo.
Sin embargo, la dirección no es únicamente una convención de escritura. La inversión de la secuencia suele dar lugar a una molécula diferente, ya que cada residuo ocupa entonces una posición distinta con respecto a los demás elementos de la cadena.
Otras formas de crear un tipo de enlace similar
Los enlaces peptídicos también pueden formarse fuera del ribosoma.
Especializadas sistemas enzimáticos no ribosomales sintetizan algunos péptidos, mientras que la síntesis de péptidos en laboratorio utiliza componentes activados y reacciones de acoplamiento controladas.
Estas rutas difieren en su organización, sus sustratos, las condiciones de reacción y sus mecanismos catalíticos.
No se les debe tratar como procesos idénticos solo porque los productos finales contienen enlaces amídicos.
La investigación sobre la formación de enlaces no ribosomales y la síntesis química de la BPTI constituyen ejemplos de tales métodos de producción alternativos. [7] [5]
El método de síntesis, por sí solo, tampoco determina si una molécula determinada es un péptido o una proteína. La síntesis química puede dar lugar a un material equivalente a un péptido o una proteína de origen natural, siempre que se determinen correctamente su secuencia y otras características estructurales relevantes.
Enlaces peptídicos frente a otros enlaces en las proteínas
Enlaces de la cadena principal frente a las interacciones responsables del plegamiento
Los enlaces peptídicos mantienen unida la secuencia de aminoácidos.
Por su parte, otras interacciones ayudan a determinar la forma en que dicha secuencia se ordena en el espacio tridimensional o cómo interactúan entre sí las distintas cadenas peptídicas.
Los enlaces de hidrógeno se forman entre los donantes y aceptores de hidrógeno correspondientes. Dentro del esqueleto peptídico, los átomos de oxígeno de los grupos carbonilo pueden actuar como aceptores, mientras que muchos grupos amida N–H pueden actuar como donantes.
El amida no suele considerarse un aceptor de enlaces de hidrógeno porque su par de electrones libre participa en el sistema electrónico del grupo amida.
También requieren especial atención los grupos peptídicos que contienen prolina, ya que el nitrógeno del esqueleto carece entonces del hidrógeno N-H típico.
Por lo tanto, un grupo que contenga un enlace peptídico puede participar en la formación de enlaces de hidrógeno, pero el enlace peptídico y el enlace de hidrógeno son diferentes tipos de conexiones.
Uno de ellos une covalentemente residuos de aminoácidos. El segundo participa en interacciones dentro de la molécula o entre moléculas.
Investigaciones sobre el péptido corto y plegado CLN025 analizaron la estructura estabilizada, entre otros factores, por enlaces de hidrógeno y otras interacciones intramoleculares. Esto demuestra que el plegamiento puede ocurrir sin la formación de una nueva secuencia vertebral. [8]
Los puentes disulfuro unen cadenas laterales que contienen azufre
Los puentes de disulfuro son enlaces covalentes de azufre-azufre que se forman con mayor frecuencia entre las cadenas laterales de la cisteína.
Pueden unir fragmentos distantes de la misma cadena peptídica o cadenas diferentes.
No son enlaces peptídicos y no se encuentran en todas las proteínas.
La formación o rotura de un puente disulfuro puede alterar significativamente la organización espacial de la molécula sin necesidad de cortar su esqueleto peptídico.
En el estudio sobre la síntesis del BPTI se preparó la secuencia natural y análogos diseñados para modificar la capacidad de formar puentes disulfuro. El material con la secuencia natural se comparó con el BPTI natural mediante métodos analíticos y funcionales. El resumen de la publicación no confirmaba todas las implicaciones estructurales relativas a los análogos, por lo que las diferencias propuestas no deben presentarse como resultados plenamente establecidos. [5]
Interacciones iónicas e hidrófobas
Los grupos cargados pueden atraerse o repelerse, afectando a la organización espacial de la molécula.
Por otro lado, las regiones no polares interactúan con el entorno acuoso de una manera que puede favorecer su ocultamiento en el interior de la estructura, su asociación o agregación. Este fenómeno se analiza a menudo en el contexto de del efecto hidrófobo.
Estas interacciones pueden tener una gran importancia para el plegamiento de las proteínas; sin embargo, la interacción hidrofóbica no es un nuevo enlace covalente entre aminoácidos.
Por eso, no es correcto denominar «enlaces peptídicos» a todas las fuerzas que estabilizan la proteína.
Los distintos tipos de interacciones también pueden responder de manera diferente a la temperatura, el disolvente, la acidez, las condiciones iónicas y otros cambios ambientales. Determinar qué tipo de enlace o interacción está cambiando permite comprender con mayor exactitud el resultado del experimento.
| Conexión o interacción | Ubicación o función principal | ¿Conecta los residuos adyacentes en una cadena principal típica? |
|---|---|---|
| Enlace peptídico | Enlace covalente amídico a lo largo de la cadena | Toma |
| Enlace de hidrógeno | La interacción entre el donante y el aceptor correspondientes | No |
| Puente de disulfuro | Enlace covalente entre cadenas laterales que contienen azufre | No |
| Interacción iónica | Atracción o repulsión de grupos cargados | No |
| Efecto hidrófobo | El impacto de los grupos no polares y su entorno de disolvente | No |
La desnaturalización no es lo mismo que la hidrólisis
Denaturacja zmienia typową organizację strukturalną białka.
Może zaburzać fałdowanie lub asocjację cząsteczek, pozostawiając jednocześnie większość lub wszystkie wiązania peptydowe nienaruszone.
Hydroliza zmienia natomiast połączenia chemiczne poprzez rozszczepienie podatnego wiązania w reakcji z udziałem wody.
W pewnych warunkach oba procesy mogą zachodzić w tej samej próbce, ale nie są synonimami.
Rozwinięcie białka nie oznacza więc automatycznie jego przekształcenia w krótsze peptydy lub wolne aminokwasy.
Rozróżnienie to jest widoczne również w badaniach strukturalnych. W eksperymentach dotyczących termicznie rozwiniętego kolagenu zidentyfikowano różne konfiguracje cis i trans wiązań peptydowych związanych z proliną. Zmiana konfiguracji szkieletu jest innym zjawiskiem niż jego chemiczne rozszczepienie. [9]
Powstawanie, właściwości i hydroliza wiązań peptydowych
Stabilność zależy od rodzaju analizowanej reakcji
Wiązania peptydowe są wystarczająco trwałe, aby utrzymywać biologiczne łańcuchy, a jednocześnie organizmy mogą je selektywnie tworzyć i rozszczepiać.
Nie ma w tym sprzeczności.
Szybkość reakcji zależy między innymi od bariery aktywacji i obecności katalizatorów, natomiast to, czy dana reakcja jest korzystna termodynamicznie, stanowi odrębne zagadnienie.
Proces może być chemicznie możliwy, ale bez odpowiedniej katalizy przebiegać niezwykle wolno.
Z drugiej strony enzym może znacząco przyspieszyć określoną reakcję poprzez zapewnienie korzystniejszej drogi reakcji.
Enzym nie zmienia wiązania peptydowego w zupełnie inny rodzaj wiązania. Zmienia drogę, którą przebiega reakcja chemiczna.
Nieprawidłowe byłoby również przypisywanie jednego uniwersalnego czasu trwałości wszystkim wiązaniom peptydowym, peptydom czy białkom znajdującym się w wodzie.
Sekwencja, lokalna struktura, dostępność wiązania, sąsiadujące grupy chemiczne, temperatura, pH, skład roztworu oraz obecność katalizatorów mogą wpływać na obserwowane zachowanie.
Co zmienia hydroliza?
Hydroliza wykorzystuje wodę w reakcji chemicznego rozszczepienia wiązania amidowego, prowadząc do powstania nowych końców pochodzących od grup karboksylowych i aminowych.
Ich dokładna postać jonowa zależy od warunków otaczającego roztworu.
Rozszczepienie jednego wiązania w szkielecie nie prowadzi automatycznie do powstania wolnych aminokwasów.
Jeśli rozerwane zostanie wewnętrzne wiązanie peptydowe w dłuższym otwartym łańcuchu, bezpośrednimi produktami będą zazwyczaj dwa krótsze fragmenty peptydowe.
Dalsze reakcje rozszczepiania są potrzebne, aby stopniowo skracać te fragmenty i ostatecznie uwalniać pojedyncze aminokwasy.
Badania strukturalne penicillopepsyny analizowały sposób, w jaki proteinaza aspartylowa może organizować wodę i grupy substratu w procesie hydrolizy. Zaproponowany model reakcji oparto na obserwacjach krystalograficznych i modelowaniu. Dostarcza on informacji o jednym mechanizmie enzymatycznym, ale nie dowodzi, że każda proteaza wykorzystuje identyczny sposób katalizy. [4]
Hydroliza może być selektywna
Proteazy i peptydazy różnią się pod względem rozpoznawanych wiązań i środowisk molekularnych.
Niektóre enzymy przecinają wiązania znajdujące się wewnątrz łańcucha, natomiast inne usuwają reszty od jego końców.
Sekwencja, lokalna struktura, dostępność i otaczające grupy chemiczne mogą wpływać na to, czy potencjalnie podatne miejsce zostanie rzeczywiście rozszczepione.
Davidson i Hutton badali enzym związany z ziarnistościami wydzielającymi insulinę. Oczyszczony preparat usuwał zasadowe reszty z substratów pochodzących z proinsuliny, a w zastosowanym teście nie powodował dalszego rozpadu dojrzałej insuliny. [10]
Pokazuje to selektywne przetwarzanie biologiczne, a nie przypadkowe rozrywanie wszystkich wiązań peptydowych.
Selektywne rozszczepianie ma istotne znaczenie biologiczne, ponieważ większe cząsteczki prekursorowe mogą być przetwarzane w określonych miejscach, prowadząc do powstania konkretnych dojrzałych produktów zamiast przypadkowej degradacji.
Warunki mają znaczenie: dwa przykłady eksperymentalne
Kenley i Warne badali rekombinowaną ludzką interleukinę 11 w celowo zastosowanych warunkach stresowych, obejmujących podwyższoną temperaturę i różne wartości pH.
W kwaśnym środowisku zidentyfikowali rozszczepienie w określonym miejscu Asp–Pro. Wyniki pokazują degradację zależną od sekwencji i warunków, ale nie powinny być przekształcane w uniwersalną zasadę opisującą zachowanie wszystkich białek w typowych warunkach biologicznych. [11]
W innym badaniu obserwowano fragmentację radiojodowanego wazoaktywnego peptydu jelitowego w rozcieńczonym roztworze o obojętnym pH. Pokrewne, krótsze fragmenty nie wykazywały mierzalnej degradacji w tych samych warunkach eksperymentalnych, a dodatki do roztworu wpływały na wynik. [12]
Oba badania pokazują, dlaczego stabilność wiązań peptydowych należy omawiać w odniesieniu do konkretnej cząsteczki, sekwencji, środowiska i warunków eksperymentalnych, zamiast zakładać, że określone pH lub temperatura będą powodowały takie samo zachowanie każdego peptydu.
Dlaczego wiązania peptydowe są biologicznie ważne?
Wiązania peptydowe zachowują kolejność reszt aminokwasowych definiującą łańcuch peptydowy lub białkowy.
Ich geometria ogranicza możliwe ułożenia przestrzenne łańcucha, natomiast grupy karbonylowe i zawierające azot, obecne w szkielecie peptydowym, uczestniczą w oddziaływaniach molekularnych.
Kontrolowane tworzenie wiązań peptydowych umożliwia syntezę peptydów i białek.
Kontrolowane rozszczepianie tych wiązań uczestniczy natomiast w przetwarzaniu prekursorów, trawieniu, obrocie białek, szlakach regulacyjnych i ostatecznej degradacji cząsteczek.
Ten sam podstawowy rodzaj połączenia chemicznego uczestniczy więc w kilku poziomach organizacji biologicznej.
Jego powstanie ustala ciągłość sekwencji.
Jego struktura elektronowa wpływa na geometrię szkieletu.
Obecne w nim grupy chemiczne uczestniczą w oddziaływaniach molekularnych.
Jego selektywne rozszczepianie pozwala układom biologicznym przetwarzać i usuwać białka oraz peptydy.
Funkcje te łączą chemię molekularną z biologią. Dowody pochodzą między innymi z obliczeń struktury elektronowej, pomiarów strukturalnych, badań enzymatycznych, syntezy chemicznej i eksperymentów z wykorzystaniem kompletnych układów biologicznych. Każda z tych metod pokazuje inny element mechanizmu i nie powinna być wykorzystywana do wyciągania wniosków wykraczających poza rzeczywiście badany proces. [2] [3] [10]
Preguntas más frecuentes
1. Czy wiązanie peptydowe jest kowalencyjne?
Tak. Wiązanie peptydowe jest kowalencyjnym połączeniem amidowym pomiędzy grupami pochodzącymi od aminokwasów. Atom węgla i atom azotu współdzielą elektrony, co zapewnia chemiczną ciągłość łańcucha peptydowego. Badania struktury elektronowej analizują, jak na to współdzielenie elektronów wpływa sąsiadująca grupa karbonylowa i w jaki sposób przyczynia się ona do charakterystycznych właściwości wiązania amidowego. Określenie „kowalencyjne” nie oznacza jednak, że wiązania nie można rozerwać. W odpowiednich warunkach chemicznych lub przy udziale enzymów może ono ulegać hydrolizie. Najważniejsze jest rozróżnienie, że wiązanie peptydowe chemicznie łączy reszty w jedną cząsteczkę, a nie tylko powoduje przyciąganie pomiędzy oddzielnymi cząsteczkami lub fragmentami tej samej cząsteczki. [1]
2. Dlaczego wiązanie peptydowe ma częściowy charakter wiązania podwójnego?
Częściowy charakter wiązania podwójnego wynika z oddziaływania wolnej pary elektronowej azotu z sąsiadującym układem elektronowym grupy karbonylowej. Dzięki temu gęstość elektronowa ulega delokalizacji w obrębie grupy amidowej. Badania obliczeniowe analizowały udział tego zjawiska w rzędzie wiązania peptydowego. Struktury rezonansowe wykorzystywane do jego wyjaśnienia są alternatywnymi sposobami przedstawienia tej samej struktury elektronowej, a nie odrębnymi cząsteczkami zmieniającymi się jedna w drugą. Również wartości liczbowe opisujące rząd wiązania mogą zależeć od zastosowanej metody analitycznej. Najważniejszą konsekwencją strukturalną jest ograniczenie obrotu wokół połączenia C–N w porównaniu z typowym, swobodnie obracającym się wiązaniem pojedynczym. [1]
3. Które atomy tworzą wiązanie peptydowe?
W typowym szkielecie peptydowym wiązanie peptydowe łączy atom węgla grupy karbonylowej jednej reszty z atomem azotu kolejnej reszty. Atom tlenu pozostaje częścią grupy karbonylowej i nie stanowi bezpośredniego połączenia pomiędzy dwiema resztami aminokwasowymi. Badania elektronowe i strukturalne analizują te atomy jako element powiązanej grupy amidowej, jednocześnie rozróżniając ich poszczególne wiązania. Podczas identyfikowania typowego wiązania peptydowego we wzorze strukturalnym przydatnym punktem wyjścia jest więc znalezienie wiązania C–N bezpośrednio sąsiadującego z grupą karbonylową. [2]
4. Gdzie w białku znajduje się wiązanie peptydowe?
Wiązania peptydowe znajdują się w szkielecie każdego łańcucha białkowego i łączą sąsiadujące reszty aminokwasowe. Różnią się od wiązań poprzecznych pomiędzy łańcuchami bocznymi oraz oddziaływań pomiędzy oddzielnymi łańcuchami. Chemiczna synteza BPTI pokazuje to rozróżnienie poprzez oddzielenie budowy szkieletu od późniejszego powstawania mostków disiarczkowych. Pełna struktura trójwymiarowa białka może zawierać wiele rodzajów oddziaływań kowalencyjnych i niekowalencyjnych, dlatego identyfikacja wiązań peptydowych wymaga śledzenia szkieletu aminokwasowego, a nie liczenia wszystkich linii lub połączeń przedstawionych na modelu cząsteczki. [5]
5. Czy każde wiązanie amidowe jest wiązaniem peptydowym?
Nie. Wiązania amidowe występują w wielu różnych związkach organicznych, natomiast termin „wiązanie peptydowe” odnosi się do określonych połączeń pochodzących od aminokwasów w peptydach i białkach. Typowe wiązanie peptydowe w szkielecie jest jednym z rodzajów układu amidowego. Wiązania amidowego wykorzystującego łańcuch boczny aminokwasu nie należy więc automatycznie zaliczać do zwykłych wiązań szkieletowych. Badania geometrii peptydów koncentrują się na zdefiniowanej grupie amidowej szkieletu, a nie traktują wszystkich możliwych amidów jako chemicznie i strukturalnie identycznych. Odpowiednia nazwa zależy od uczestniczących grup oraz ich położenia w cząsteczce. [2]
6. Ile wiązań peptydowych znajduje się w tripeptydzie?
Typowy otwarty, nierozgałęziony tripeptyd zawiera dwa wiązania peptydowe, ponieważ trzy reszty wymagają dwóch połączeń, aby utworzyć jeden ciągły otwarty łańcuch. Wynika to z ogólnej zależności n − 1 dla typowego otwartego łańcucha zawierającego n reszt. Jest to obliczenie wynikające z budowy cząsteczki, a nie wynik eksperymentalny czy informacja o jej funkcji biologicznej. Odpowiedź będzie inna, jeśli dodatkowe wiązanie szkieletowe zamknie cząsteczkę w pierścień. Wiązania łańcuchów bocznych i inne połączenia kowalencyjne należy natomiast liczyć oddzielnie. Przed zastosowaniem ogólnej reguły należy więc określić architekturę analizowanej cząsteczki.
7. Czy peptydy cykliczne mają dodatkowe wiązanie peptydowe?
Peptyd cykliczny typu head-to-tail ma o jedno wiązanie szkieletowe więcej niż odpowiadający mu otwarty łańcuch, ponieważ dodatkowe wiązanie amidowe łączy oba końce i zamyka pierścień. Inne peptydy cykliczne mogą jednak tworzyć pierścień z udziałem łańcuchów bocznych, dlatego zasada ta nie dotyczy automatycznie każdej cząsteczki określanej jako cykliczna. Badania kalaty B1 potwierdziły konkretny przypadek cyklicznego szkieletu zawierającego dodatkowo mostki disiarczkowe. Zamknięcie szkieletu w pierścień oraz tworzenie połączeń pomiędzy łańcuchami bocznymi należy więc opisywać oddzielnie podczas liczenia wiązań i przedstawiania architektury molekularnej. [6]
8. Czy wiązania peptydowe są zawsze idealnie płaskie?
Nie. Grupy peptydowe są w przybliżeniu płaskie, ale możliwe są mierzalne odchylenia od idealnej geometrii. Badanie łączące obliczenia kwantowo-mechaniczne z analizą danych strukturalnych peptydów i białek wykazało niewielkie zniekształcenia związane z lokalnym ułożeniem szkieletu. Obserwacje te uzupełniają uproszczony model podręcznikowy, ale nie czynią go bezużytecznym. Planarność pozostaje ważną preferencją strukturalną wynikającą z elektronowej budowy grupy amidowej, jednak dokładna analiza strukturalna powinna uwzględniać lokalne różnice charakterystyczne dla konkretnej cząsteczki. [2]
9. Czy białko może się zginać, skoro obrót wokół wiązania peptydowego jest ograniczony?
Tak. Szkielet białka zawiera inne wiązania, wokół których mogą zachodzić zmiany kątów torsyjnych. Ograniczony obrót wokół amidowego wiązania C–N nie unieruchamia więc całego łańcucha. Analizy strukturalne rozróżniają kąty obrotu wokół sąsiednich wiązań szkieletowych od kąta związanego z samym wiązaniem peptydowym. Ograniczenia steryczne, lokalne oddziaływania chemiczne oraz rodzaj sąsiednich reszt wpływają dodatkowo na to, które ułożenia są energetycznie i fizycznie dostępne. Białka nie są więc ani sztywnymi prętami, ani łańcuchami złożonymi z całkowicie swobodnie obracających się elementów. Ich struktura wynika z połączenia ograniczonych i stosunkowo elastycznych stopni swobody szkieletu. [2]
10. Czym są wiązania peptydowe cis i trans?
Określenia cis i trans opisują różne przestrzenne ułożenie grup znajdujących się po obu stronach wiązania peptydowego. W typowych szkieletach białkowych dominuje konfiguracja trans. Szczególnej uwagi wymagają wiązania peptydowe związane z proliną, ponieważ konfiguracja cis występuje w ich przypadku częściej niż dla wielu innych kombinacji reszt. W badaniach NMR termicznie rozwiniętego kolagenu wykryto obie konfiguracje. Wyniki te dotyczą jednak konkretnego białka w określonych warunkach eksperymentalnych i nie powinny być przekształcane w uniwersalne wartości procentowe dotyczące wszystkich peptydów i białek. Terminy cis i trans opisują geometrię wiązania peptydowego, a nie różne rodzaje wiązań chemicznych. [9]
11. Czy podczas tworzenia wiązania peptydowego zawsze bezpośrednio uwalniana jest woda?
Nie. Znane równanie przedstawiające uwalnianie wody opisuje sumaryczną relację kondensacji pomiędzy wolnymi grupami funkcyjnymi, ale nie przedstawia każdego rzeczywistego mechanizmu powstawania wiązań peptydowych. Synteza rybosomalna wykorzystuje aktywowane substraty połączone z tRNA, a badania eksperymentalne wskazują na udział chemii substratu w katalizie. Bezpośredni przebieg reakcji jest więc bardziej złożony niż proste usunięcie wody z dwóch swobodnie rozpuszczonych aminokwasów. Rozróżnienie pomiędzy sumarycznym bilansem reakcji a rzeczywistym mechanizmem biologicznym zapobiega przekształceniu przydatnego równania edukacyjnego w nieprawidłowy opis syntezy białek. [3]
12. Czy zmieszanie aminokwasów z wodą prowadzi do powstania białka?
Nie. Mieszanina wolnych aminokwasów nie tworzy automatycznie określonej sekwencji białkowej. Kontrolowane tworzenie peptydów wymaga odpowiedniej chemii, a w komórkach także uporządkowanej maszynerii syntezy zdolnej do kontrolowania kolejności aminokwasów i tworzenia wiązań. Eksperymenty dotyczące nierybosomalnego składania peptydów wykazały, że zaburzenie określonego elementu katalitycznego może uniemożliwić powstawanie badanego produktu peptydowego. Wyniki dotyczą konkretnego układu biosyntetycznego, ale pokazują szerszą zasadę: sama obecność molekularnych składników budulcowych nie wystarcza. Powstanie zdefiniowanej sekwencji wymaga kontrolowanego tworzenia połączeń molekularnych. [7]
13. Czy wiązanie peptydowe jest tym samym co wiązanie wodorowe?
Nie. Wiązanie peptydowe jest kowalencyjnym połączeniem w szkielecie cząsteczki, natomiast wiązanie wodorowe jest oddziaływaniem pomiędzy odpowiednim donorem i akceptorem wodoru. Grupy chemiczne znajdujące się w szkielecie peptydowym mogą uczestniczyć w tworzeniu wiązań wodorowych bez powstawania dodatkowych wiązań peptydowych. Badania pofałdowanego dekapeptydu CLN025 analizowały wiązania wodorowe i inne oddziaływania uczestniczące w stabilizacji jego struktury. Rozróżnienie to oddziela wiązania definiujące podstawową kowalencyjną sekwencję łańcucha od oddziaływań pomagających już połączonemu łańcuchowi organizować się w przestrzeni trójwymiarowej. [8]
14. Czy mostek disiarczkowy jest rodzajem wiązania peptydowego?
Nie. Mostek disiarczkowy jest kowalencyjnym połączeniem siarka–siarka, zwykle powstającym pomiędzy łańcuchami bocznymi cysteiny. Wiązanie peptydowe jest natomiast połączeniem amidowym łączącym grupy pochodzące od aminokwasów w szkielecie peptydu. Badania syntezy BPTI traktowały budowę szkieletu i powstawanie mostków disiarczkowych jako odrębne procesy. Oba rodzaje wiązań mogą mieć istotne znaczenie dla struktury cząsteczki, ale łączą inne atomy i uczestniczą w innych reakcjach chemicznych. Rozerwanie mostka disiarczkowego nie musi więc przecinać szkieletu peptydowego, natomiast rozszczepienie wiązania peptydowego bezpośrednio zmienia ciągłość sekwencji łańcucha. [5]
15. Czy denaturacja białka powoduje rozerwanie wiązań peptydowych?
Nie jest to konieczne. Denaturacja oznacza zaburzenie typowej pofałdowanej lub zespołowej struktury białka i z definicji nie wymaga rozszczepienia wiązań peptydowych. W zależności od zastosowanych warunków degradacja chemiczna może zachodzić jednocześnie z denaturacją, ale obu procesów nie należy automatycznie utożsamiać. W badaniach termicznie rozwiniętego kolagenu nadal analizowano różne konfiguracje jego wiązań peptydowych. Rozwinięty łańcuch i łańcuch poddany hydrolizie są więc różnymi stanami molekularnymi: pierwszy dotyczy przede wszystkim organizacji trójwymiarowej, natomiast drugi zmiany połączeń kowalencyjnych. [9]
16. Czy hydroliza natychmiast prowadzi do powstania wolnych aminokwasów?
Nie zawsze. Hydroliza jednego wewnętrznego wiązania peptydowego w dłuższym otwartym łańcuchu prowadzi zazwyczaj do powstania dwóch krótszych fragmentów peptydowych. Dalsze reakcje rozszczepiania są konieczne, aby stopniowo zmniejszać długość tych fragmentów i ostatecznie uwolnić pojedyncze aminokwasy. W badaniach eksperymentalnych identyfikowano konkretne fragmenty powstające po rozszczepieniu wiązań peptydowych, między innymi podczas badań degradacji interleukiny 11 i wazoaktywnego peptydu jelitowego. Rodzaj produktów zależy od miejsc, które zostały rozszczepione, oraz stopnia zaawansowania hydrolizy. Określenie „zhydrolizowany” nie oznacza więc automatycznie, że peptyd lub białko zostało całkowicie przekształcone w wolne aminokwasy. [11] [12]
17. Czy wszystkie wiązania peptydowe rozpadają się z taką samą szybkością?
Nie. Obserwowana szybkość rozszczepiania zależy od sekwencji peptydu, lokalnej struktury molekularnej, dostępności wiązania, sąsiednich grup chemicznych, składu roztworu, temperatury, pH oraz obecności katalizatorów, takich jak enzymy proteolityczne. Badania interleukiny 11 i wazoaktywnego peptydu jelitowego wykazały selektywną, zależną od warunków degradację, a nie jednakowe zachowanie wszystkich wiązań. Eksperymenty te nie określają uniwersalnego czasu trwałości dla innych peptydów. Naukowo uzasadniony wniosek jest taki, że stabilność wiązania peptydowego należy oceniać w odniesieniu do konkretnej cząsteczki, środowiska i reakcji, a nie przewidywać wyłącznie na podstawie nazwy wiązania. [11] [12]
18. Czym różni się wiązanie peptydowe od wiązania izopeptydowego?
Typowe wiązanie peptydowe w szkielecie zwykle łączy główną grupę pochodzącą od grupy karboksylowej jednej reszty z główną grupą aminową kolejnej reszty. Wiązanie izopeptydowe również jest połączeniem amidowym, ale w jego tworzeniu uczestniczy co najmniej jedna grupa funkcyjna znajdująca się poza typowym układem szkieletu, na przykład odpowiednia grupa w łańcuchu bocznym aminokwasu. Oba rodzaje połączeń opierają się więc na pokrewnej chemii amidowej, ale zajmują inne miejsca w architekturze molekularnej. Rozróżnienie jest istotne, ponieważ samo wykrycie wiązania amidowego nie wystarcza do stwierdzenia, że należy ono do zwykłego szkieletu peptydowego.
19. Dlaczego wiązania peptydowe są ważne dla struktury białek?
Wiązania peptydowe utrzymują uporządkowaną kowalencyjną sekwencję reszt aminokwasowych, a jednocześnie nakładają ograniczenia geometryczne na szkielet cząsteczki. Ich częściowy charakter wiązania podwójnego ogranicza obrót wokół amidowego połączenia C–N i sprzyja w przybliżeniu płaskiej geometrii grupy peptydowej. Jednocześnie grupy karbonylowe i N–H w szkielecie mogą uczestniczyć we wzorcach wiązań wodorowych ważnych dla struktur wyższego rzędu. Wiązania peptydowe nie tylko łączą więc aminokwasy — ich właściwości elektronowe i geometryczne pomagają określać możliwości strukturalne całego łańcucha. [1] [2]
20. Czy enzymy mogą rozrywać wiązania peptydowe?
Tak. Proteazy i peptydazy mogą katalizować hydrolizę wiązań peptydowych, ale nie muszą przecinać wszystkich wiązań bez rozróżnienia. Poszczególne enzymy rozpoznają określone sekwencje, środowiska strukturalne lub pozycje w łańcuchach peptydowych. Badania strukturalne penicillopepsyny analizowały sposób organizacji substratu i wody przez proteinazę aspartylową podczas hydrolizy, natomiast Davidson i Hutton wykazali selektywne przetwarzanie substratów związanych z proinsuliną. Przykłady te pokazują, w jaki sposób układy biologiczne mogą w kontrolowany sposób rozszczepiać określone wiązania peptydowe podczas przetwarzania i degradacji cząsteczek. [4] [10]
Ograniczenia w interpretacji badań nad wiązaniami peptydowymi
Podczas przechodzenia od podstawowej chemii wiązań peptydowych do wniosków dotyczących rzeczywistych peptydów i białek należy pamiętać o kilku ograniczeniach.
Po pierwsze, idealizowana grupa peptydowa przedstawiana w podręcznikach jest modelem typowego układu strukturalnego. Rzeczywiste struktury molekularne mogą wykazywać mierzalne odchylenia od idealnej planarności i geometrii. [2]
Po drugie, stabilność wiązania peptydowego zależy od kontekstu. Wyników eksperymentów prowadzonych w podwyższonej temperaturze, przy nietypowym pH, bardzo małym stężeniu lub w obecności określonych katalizatorów nie należy automatycznie wykorzystywać do przewidywania zachowania cząsteczki w zupełnie innych warunkach. [11] [12]
Po trzecie, różne enzymy wykorzystują różne mechanizmy katalityczne. Dowody opisujące hydrolizę prowadzoną przez jedną proteinazę aspartylową nie oznaczają, że wszystkie proteazy rozszczepiają wiązania peptydowe w dokładnie taki sam sposób. [4]
Po czwarte, wiązania peptydowe mogą powstawać poprzez różne mechanizmy. Translacja rybosomalna, biosynteza nierybosomalna i laboratoryjna synteza chemiczna mogą prowadzić do powstawania połączeń amidowych, mimo że wykorzystują odmienne substraty i maszynerię molekularną. [3] [7]
Po piąte, zmian struktury białka nie należy automatycznie interpretować jako rozszczepienia wiązań peptydowych. Denaturacja, zmiany konformacyjne, przejścia cis–trans, zaburzenie wiązań wodorowych, redukcja mostków disiarczkowych i hydroliza wiązań peptydowych opisują różne zdarzenia molekularne.
Rozróżnienia te są istotne, ponieważ termin wiązanie peptydowe opisuje konkretny rodzaj połączenia kowalencyjnego. Aby zrozumieć, co rzeczywiście dzieje się z peptydem lub białkiem, należy ustalić, które wiązanie chemiczne lub oddziaływanie molekularne uległo zmianie.
Resumen
Wiązania peptydowe są kowalencyjnymi połączeniami amidowymi, które łączą reszty aminokwasowe w łańcuchy peptydowe i białkowe. Choć często przedstawia się je po prostu jako wiązania C–N w powtarzającym się fragmencie szkieletu –C(=O)–NH–, ich chemia jest bardziej złożona niż chemia zwykłego, swobodnie obracającego się wiązania pojedynczego.
Delokalizacja elektronów w obrębie grupy amidowej nadaje połączeniu C–N częściowy charakter wiązania podwójnego, ograniczając jego rotację i sprzyjając w przybliżeniu płaskiej geometrii grupy peptydowej. Jednocześnie możliwość obrotu wokół sąsiednich wiązań szkieletowych pozwala łańcuchom peptydowym przyjmować bardzo różnorodne struktury trójwymiarowe. [1] [2]
Wiązania peptydowe występują w szkielecie typowych peptydów i białek, ale należy odróżniać je od wiązań wodorowych, mostków disiarczkowych, oddziaływań jonowych, efektu hydrofobowego oraz wyspecjalizowanych połączeń łańcuchów bocznych, takich jak wiązania izopeptydowe.
Mogą one powstawać w wyniku różnych procesów. Rybosomy tworzą wiązania peptydowe podczas translacji z wykorzystaniem aktywowanych substratów związanych z tRNA, układy nierybosomalne wykorzystują wyspecjalizowaną maszynerię enzymatyczną, natomiast synteza laboratoryjna opiera się na kontrolowanych reakcjach chemicznego sprzęgania. [3] [7]
Równie ważne jest ich rozszczepianie. Hydroliza może podzielić łańcuch peptydowy na krótsze fragmenty, a proteazy i peptydazy umożliwiają organizmom selektywne przeprowadzanie tego procesu. Badania proteinaz, przetwarzania proinsuliny, degradacji interleukiny 11 i wazoaktywnego peptydu jelitowego pokazują, że rozszczepianie zależy od kontekstu molekularnego oraz warunków eksperymentalnych. [4] [10] [11] [12]
Najważniejsza zasada jest więc prosta:
wiązania peptydowe zapewniają kowalencyjną ciągłość łańcuchów aminokwasowych, natomiast ich struktura elektronowa, kontrolowane tworzenie i selektywne rozszczepianie łączą podstawową chemię z biologią peptydów i białek.
Descargo de responsabilidad
Artykuł ma wyłącznie charakter edukacyjny i naukowo-informacyjny. Wyjaśnia chemię wiązań peptydowych, ich strukturę molekularną, powstawanie, hydrolizę oraz przykłady pochodzące z opublikowanych badań. Nie stanowi porady medycznej, wskazówki dotyczącej leczenia, instrukcji laboratoryjnej, rekomendacji produktu ani porady dotyczącej stosowania jakiegokolwiek peptydu lub białka. Wyniki badań obliczeniowych, strukturalnych, biochemicznych, badań na zwierzętach oraz innych eksperymentów powinny być interpretowane w granicach warunków i ograniczeń poszczególnych badań.
Referencias
- Fedorov, D. G. (2024). The peptide bond: Resonance increases bond order and complicates fragmentation. ChemPhysChem, 25(14), Article e202400170. https://doi.org/10.1002/cphc.202400170
- Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Peptide bond distortions from planarity: New insights from quantum mechanical calculations and peptide/protein crystal structures. PLOS ONE, 6(9), Article e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
- Weinger, J. S., Parnell, K. M., Dorner, S., Green, R., & Strobel, S. A. (2004). Substrate-assisted catalysis of peptide bond formation by the ribosome. Nature Structural & Molecular Biology, 11(11), 1101–1106. https://doi.org/10.1038/nsmb841
- James, M. N., & Sielecki, A. R. (1985). Stereochemical analysis of peptide bond hydrolysis catalyzed by the aspartic proteinase penicillopepsin. Biochemistry, 24(14), 3701–3713. https://doi.org/10.1021/bi00335a045
- Ferrer, M., Woodward, C., & Barany, G. (1992). Solid-phase synthesis of bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) and two analogues. A chemical approach for evaluating the role of disulfide bridges in protein folding and stability. International Journal of Peptide and Protein Research, 40(3–4), 194–207. PubMed record
- Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Elucidation of the primary and three-dimensional structure of the uterotonic polypeptide kalata B1. Biochemistry, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
- Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V., & Marahiel, M. A. (1998). Peptide bond formation in nonribosomal peptide biosynthesis. Catalytic role of the condensation domain. Journal of Biological Chemistry, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773
- Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F., & Lovas, S. (2010). VCD spectroscopic properties of the beta-hairpin forming miniprotein CLN025 in various solvents. Biopolymers, 93(5), 442–450. https://doi.org/10.1002/bip.21356
- Sarkar, S. K., Young, P. E., Sullivan, C. E., & Torchia, D. A. (1984). Detection of cis and trans X-Pro peptide bonds in proteins by 13C NMR: application to collagen. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 81(15), 4800–4803. https://doi.org/10.1073/pnas.81.15.4800
- Davidson, H. W., & Hutton, J. C. (1987). The insulin-secretory-granule carboxypeptidase H. Purification and demonstration of involvement in proinsulin processing. Biochemical Journal, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
- Kenley, R. A., & Warne, N. W. (1994). Acid-catalyzed peptide bond hydrolysis of recombinant human interleukin 11. Pharmaceutical Research, 11(1), 72–76. https://doi.org/10.1023/a:1018945727640
- Mody, R., Tramontano, A., & Paul, S. (1994). Spontaneous hydrolysis of vasoactive intestinal peptide in neutral aqueous solution. International Journal of Peptide and Protein Research, 44(5), 441–447. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1994.tb00180.x