Péptidos vs proteínas vs aminoácidos: las diferencias más importantes

Los aminoácidos son las unidades moleculares básicas a partir de las cuales se forman los péptidos y las proteínas. Los péptidos son cadenas de residuos de aminoácidos unidos principalmente por enlaces peptídicos, mientras que las proteínas están compuestas por una o más cadenas polipeptídicas cuya secuencia, estructura, interacciones mutuas, procesamiento biológico y contexto funcional determinan su identidad. Todos estos grupos están químicamente relacionados entre sí, pero estos conceptos no deben utilizarse de manera indistinta.

La diferencia entre un aminoácido libre y un péptido es relativamente fácil de determinar: la unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos conduce a la formación de una nueva molécula con una secuencia y forma de unión de átomos específicas. El límite entre entre péptido y proteína es mucho menos inequívoca.

La longitud de la cadena es un criterio orientativo útil. En materiales educativos o en algunos sistemas de clasificación se puede encontrar, por ejemplo, un límite convencional de unos 50 residuos de aminoácidos. Sin embargo, la literatura científica no aplica un único límite universal. Una cadena compuesta por diez residuos ha sido descrita como miniproteína, una molécula estructuralmente ordenada compuesta por 29 residuos se definió como polipéptido, y algunas proteínas pueden existir en un estado marcadamente desordenado en lugar de adoptar una estructura única, estable y compacta. [1] [2] [3]

Estos ejemplos muestran un principio importante: la longitud de la secuencia proporciona información relevante, pero por sí sola no es suficiente para clasificar inequívocamente cada cadena de aminoácidos.

Para distinguir mejor péptidos, polipéptidos y proteínas, vale la pena tener en cuenta varias características al mismo tiempo:

• el número de residuos de aminoácidos;
• su secuencia;
• si la molécula es lineal, cíclica, ramificada o multicadena;
• modo de enlaces covalentes;
• estructura confirmada experimentalmente;
• modificaciones postraduccionales o químicas;
• método de procesamiento biológico de la molécula;
• la terminología adoptada para una molécula específica en la literatura científica.

En este artículo explicamos cómo los aminoácidos, los péptidos, los polipéptidos y las proteínas están relacionados entre sí, cómo la longitud de la cadena influye en la terminología utilizada, de qué manera los enlaces peptídicos forman las cadenas y por qué el conocimiento secuencia, arquitectura molecular y propiedades confirmadas experimentalmente es más informativa que el propio nombre de la categoría.

¿Cuál es la diferencia entre aminoácidos, péptidos y proteínas?

Los aminoácidos son las unidades estructurales individuales

Típico aminoácido alfa contiene un átomo central de carbono unido a un grupo amino, un grupo carboxilo, un átomo de hidrógeno y una cadena lateral variable.

Eso es exactamente la cadena lateral que distingue a un aminoácido de otro.

En las condiciones que se encuentran en muchos entornos biológicos, los grupos amino y carboxilo suelen estar en formas cargadas. Por lo tanto, la popular fórmula estructural neutra utilizada en la química básica es una forma útil de representar un aminoácido, pero no refleja necesariamente su estado iónico dominante en todas las condiciones biológicas.

Las cadenas laterales de los distintos aminoácidos se diferencian, entre otras cosas, por:

• por tamaño;
• con carga eléctrica;
• polaridad;
• hidrofobicidad;
• la capacidad de formar enlaces de hidrógeno;
• propiedades espaciales;
• reactividad química.

Por ejemplo, la glicina tiene como cadena lateral un solo átomo de hidrógeno, por lo que es estructuralmente más pequeña que los demás aminoácidos estándar. La cisteína, en cambio, contiene una cadena lateral con un átomo de azufre, que puede participar en la formación de puentes disulfuro.

Otros aminoácidos pueden contener cadenas laterales aromáticas, ácidas, básicas, polares o principalmente no polares.

Estas diferencias ayudan a comprender por qué la sustitución de un aminoácido por otro puede cambiar las propiedades de un péptido o proteína. El esqueleto de la molécula puede seguir estando unido mediante el mismo tipo de enlaces peptídicos, pero cambian las propiedades químicas derivadas de la presencia de cadenas laterales específicas.

Un aminoácido también puede existir y participar en el metabolismo independientemente del péptido o la proteína.

Los aminoácidos libres son moléculas distintas.

Tras su incorporación a la cadena peptídica o proteica, las unidades individuales se denominan más específicamente residuos de aminoácidos.

En el lenguaje cotidiano, la afirmación de que una proteína es una „cadena de aminoácidos” es comprensible. Sin embargo, desde el punto de vista de la química estructural, es más precisa la denominación „cadena de residuos de aminoácidos”, ya que la incorporación de un aminoácido a la cadena altera su contexto químico.

Los péptidos contienen aminoácidos unidos por enlaces peptídicos

En un esqueleto peptídico típico, el átomo de carbono del grupo carbonilo procedente del grupo carboxilo de un residuo se une al átomo de nitrógeno unido al siguiente residuo.

Este enlace covalente amídico se denomina enlace peptídico.

La unión de dos residuos conduce a la formación de dipéptido.

Tres restos forman tripéptido.

Cuatro forman tetrapepéxido, y un mayor alargamiento de la cadena conduce a la formación de péptidos y polipéptidos cada vez más largos basados en el mismo tipo general de esqueleto químico.

La molécula que se está formando es algo más que una mera colección de sus componentes.

Una mezcla que contiene moléculas separadas de glicina y alanina es químicamente diferente de un dipéptido glicilalaninas.

La molécula combinada tiene:

• una secuencia específica;
• enlaces covalentes definidos;
• determinados grupos terminales;
• su propio peso molecular;
• posibles conformaciones;
• propiedades químicas distintas de las de los aminoácidos individuales.

La inversión del orden da lugar a alanoglicina.

Glicilalanina y alanilglicina contienen los mismos tipos de aminoácidos, pero tienen una secuencia diferente.

Este simple ejemplo muestra uno de los principios fundamentales de la química de péptidos:

la composición de aminoácidos no es lo mismo que la secuencia de aminoácidos.

Los enlaces peptídicos también tienen propiedades estructurales características. Su disposición electrónica limita la rotación alrededor del enlace carbono-nitrógeno en el esqueleto, mientras que los enlaces adyacentes son responsables de una parte importante de la flexibilidad conformacional de la cadena.

Los estudios experimentales y computacionales muestran que el grupo peptídico es aproximadamente plano, aunque son posibles pequeñas desviaciones de la planitud ideal. [4]

Las proteínas contienen una o más cadenas polipeptídicas

La proteína se entiende por lo general como una macromolécula biológica compuesta por de uno o varios cadenas polipeptídicas.

Estos hilos pueden formar:

• estructuras globulares negras;
• estructuras alargadas;
• estructuras relacionadas con membranas;
• regiones elásticas;
• regiones internamente desordenadas;
• complejos formados por varias cadenas;
• combinaciones de diferentes elementos estructurales.

Algunos proteínas también contienen carbohidratos, lípidos, iones metálicos, grupos prostéticos, modificaciones covalentes u otros componentes asociados adheridos.

Por lo tanto, calificar una molécula determinada como proteína suele transmitir más información que la mera afirmación de la presencia de enlaces peptídicos.

Este término sitúa la molécula en un contexto más amplio contexto estructural y biológico.

Sin embargo, esto no significa que cada molécula denominada proteína deba tener:

• una longitud mínima determinada;
• una estructura rígidamente permanente;
• solo una cadena polipeptídica;
• actividad enzimática;
• un tipo específico de función biológica.

Un buen ejemplo es la proteína KISS1.

Los investigadores utilizaron, entre otros métodos, la resonancia magnética nuclear y la dispersión de rayos X a bajo ángulo para caracterizar KISS1 como una proteína intrínsecamente desordenada y algo más extendida que una típica bobina polimérica estadística. Su clasificación como proteína no depende, por tanto, de la presencia de una estructura única, compacta y permanente. [3]

Aminoácidos, péptidos y proteínas: comparación

La tabla presenta diferencias convencionales y no establece un límite formal único aplicable a todas las moléculas.

Los ejemplos de moléculas cortas ordenadas y proteínas intrínsecamente desordenadas muestran dónde las definiciones simplificadas requieren una explicación adicional. [1] [2] [3]

polipéptido

Cuando muchos residuos de aminoácidos se unen mediante un esqueleto repetitivo que contiene enlaces peptídicos, se forma polipéptido.

Una proteína puede contener una sola cadena polipeptídica o varias cadenas unidas en una estructura más grande.

Estos conceptos subrayan, por lo tanto, características algo diferentes:

polipéptido se refiere principalmente a la estructura química de la cadena;

proteína por lo general describe una molécula biológica completa o un complejo molecular.

Esta distinción es útil al leer publicaciones científicas.

En un trabajo, los autores pueden describir la síntesis de un polipéptido antes de determinar su estructura espacial o actividad biológica. En otro, pueden analizar una proteína compuesta por varias cadenas polipeptídicas.

En ninguno de estos casos significa esto un cambio en la química fundamental de los aminoácidos.

En un estudio que compara la expresión bacteriana con la síntesis de péptidos en fase sólida, se analizaron de 20 a 40 residuos „polipéptidos y miniproteínas”. La terminología empleada muestra que estos términos pueden solaparse parcialmente según la longitud, las propiedades estructurales y el contexto científico. [5]

Longitud de la cadena frente a clasificación

¿Qué significan dipéptido, tripéptido, oligopéptido y polipéptido?

Dipéptido contiene dos residuos de aminoácidos.

Tripéptido contiene tres.

De manera análoga, el tetrapéptido y el pentapéptido contienen cuatro y cinco residuos, respectivamente.

Estos nombres permiten determinar con precisión el número de residuos si se refieren a toda la cadena analizada.

Oligopéptido por lo general, significa una cadena relativamente corta.

Polipéptido subraya la presencia de muchos residuos de aminoácidos en una sola cadena y a menudo, aunque no siempre, se utiliza en referencia a secuencias más largas.

Los límites numéricos entre términos como oligopéptido, péptido y polipéptido varían según la disciplina y la publicación.

Por lo tanto, la secuencia real o el número de residuos dado por los autores es más confiable que asumir que todos los investigadores aplican la misma convención.

En una cadena lineal típica no ramificada que contiene resto protagonizada por

n − 1 enlaces peptídicos en el esqueleto.

Por lo tanto, el tripéptido contiene tres residuos, pero dos enlaces peptídicos.

Una cadena abierta compuesta de diez residuos tiene nueve enlaces de este tipo.

Esta relación se aplica a una sola cadena abierta.

Un péptido cíclico cerrado mediante la unión de los extremos N y C tiene un enlace adicional que cierra el esqueleto, por lo que con n residuos contiene n enlaces peptídicos en el esqueleto.

Las conexiones existentes entre las cadenas laterales deben analizarse por separado.

¿Constituye el límite de 50 aminoácidos la frontera entre un péptido y una proteína?

Longitud aproximada 50 residuos de aminoácidos se utiliza como una convención educativa práctica que permite distinguir los péptidos de las proteínas.

Sin embargo, no es una ley química universal.

La transición de 50 a 51 residuos no provoca ningún cambio químico repentino que convierta automáticamente un péptido en una proteína.

Las distintas disciplinas científicas aplican estos conceptos de manera ligeramente diferente, y algunas moléculas conservan nombres aceptados históricamente que no se corresponden con el límite numérico simple.

Un buen ejemplo es CLN025.

CLN025 contiene apenas diez residuos y, a pesar de ello, los investigadores lo describieron como miniproteína y analizaron su estructura de horquilla beta mediante espectroscopia y dinámica molecular. Su escasa longitud no le impidió adoptar una conformación ordenada en las condiciones estudiadas. [1]

Esto no significa que deba llamarse proteína a cualquier péptido compuesto por diez residuos.

Muestra, en cambio, por qué afirmaciones demasiado categóricas, tales como:

„Cada proteína contiene más de 50 aminoácidos”

o

„Cualquier cadena de menos de 50 aminoácidos es un péptido desordenado”

son una simplificación excesiva.

Un enfoque más preciso es tratar el número de residuos como una de varias características que describen la molécula.

Un péptido corto también puede denominarse polipéptido

Otro buen ejemplo es la calata B1.

En el estudio estructural inicial, esta molécula vegetal de 29 residuos se describió como polipéptido, se confirmó su esqueleto cíclico y se investigó su estructura tridimensional. [2]

Por lo tanto, une:

• secuencia relativamente corta;
• arquitectura de esqueleto cíclico;
• restricciones covalentes adicionales;
• estructura espacial ordenada.

El término polipéptido no tiene por qué significar, por lo tanto, una molécula muy grande.

Dependiendo del contexto, puede simplemente enfatizar que la molécula analizada es una cadena de residuos de aminoácidos.

Por lo tanto, al interpretar la literatura científica, vale la pena verificar la secuencia real, el número de residuos, la arquitectura molecular y los resultados experimentales, en lugar de atribuir un significado adicional únicamente al nombre utilizado.

El número de residuos y la masa molecular son dos medidas diferentes

El número de residuos determina, cuántas unidades de aminoácidos hay en la molécula.

Por otro lado, la masa molecular describe la masa de toda la molécula a nivel molecular.

Estos valores están relacionados entre sí, pero no son equivalentes.

Las distintas cadenas de aminoácidos tienen diferentes masas moleculares. Dos cadenas que contienen la misma cantidad de restos pueden tener, por tanto, una masa molecular diferente si presentan una secuencia diferente.

Las modificaciones químicas también pueden afectar a la masa.

La adición de un carbonato, un lípido, un grupo fosfórico, una modificación final o otro componente puede aumentar la masa molecular sin aumentar el número de aminoácidos en su estructura cristalina.

Además, la proteína puede estar formada por varios cadenas.

La cantidad total de restos en toda la proteína puede, por lo tanto, diferir de la longitud de cada cadena individual.

El análisis científico preciso debe indicar si el valor indicado se refiere a:

• la longitud de un solo cadena;
• el número total de residuos en el complejo;
• masa molecular de una cadena individual;
• las masas de todo el complejo molecular.

Ninguno de estos parámetros en sí mismo determina la actividad biológica ni la calidad de los datos que respaldan la actividad declarada de la molécula.

Se debe contar la forma molecular real a la que se aplica el análisis.

El precursor y sus productos de transformación no deben ser tratados automáticamente como la misma secuencia molecular.

Por ejemplo proinsulina Se procesa mediante formas intermedias hasta la insulina y el péptido C.

Un análisis de los productos de conversión de proinsulina muestra por qué es importante diferenciar estas formas al interpretar los resultados de los análisis. [6]

Los estudios sobre la enzima presente en las células secretoras de insulina también demostraron que eliminaba selectivamente los residuos básicos de los sustratos derivados de la proinsulina sin una degradación adicional de la insulina madura en el ensayo utilizado. [7]

Se trataba de un experimento sobre la biotransformación bioquímica, y no de una prueba de que todos los péptidos siguen el mismo esquema de desintegración.

Si la publicación indica la longitud, masa, concentración o actividad de un péptido, vale la pena determinar si el valor analizado se refiere a:

• precursor;
• formas intermedias;
• peptido maduro;
• un fragment resultante de la desintegración;
• un solo enlace de una molécula polimérica;
• Un complejo molecular completo.

Sin este tipo de distinción, dos descripciones científicamente correctas pueden parecer contradictorias, aunque en realidad se refieran a diferentes formas de la misma o de una molécula relacionada.

Estrutura, plegamiento y función biológica

La estructura primaria: todo comienza con una secuencia

La estructura primaria significa una secuencia de aminoácidos y, en un perfil químico más completo, también las interacciones covalentes relevantes.

El tipo y la secuencia de las piezas determinan qué cadenas laterales están disponibles y dónde se encuentran en el esqueleto.

Por lo tanto, las secuencias no pueden ser identificadas con el contenido.

Dos cadenas pueden contener exactamente los mismos tipos y cantidades de aminoácidos, pero al mismo tiempo estar ordenadas en otra secuencia.

El cambio de orden puede afectar, entre otras cosas, a:

• el despliegue del cargamento;
• la distribución de las regiones hidrofóbicas;
• la flexibilidad local;
• posibles sistemas de enlaces de hidrógeno;
• la tendencia a crear estructuras secundarias;
• reconocimiento por otras moléculas;
• actividad biológica.

La secuencia completa contiene, por lo tanto, mucha más información que una simple lista de aminoácidos presentes en la molécula.

Los cambios en la secuencia también pueden influir en la relación entre la unión de la molécula y la respuesta biológica.

En el estudio de un péptido señalador vegetal systeminy Se demostró que diferentes regiones de la secuencia participaron de manera diferente en la unión al receptor y en su activación. La molécula completa y sus fragmentos más cortos no eran funcionalmente equivalentes. [8]

Estrutura secundaria, terciaria y cuaternaria

Estrutura secundaria descripción de los arreglos esqueléticos locales recurrentes, como los alfa-helices y los beta-cuerpos.

Su formación se ve favorecida, entre otras cosas, por los sistemas de enlaces hidrófilos bien organizados en el esqueleto.

Sin embargo, no se forman mediante la sustitución de los enlaces peptídicos responsables de la estructura primaria.

La estructura terciaria describe la organización tridimensional más amplia de un único polipéptido.

Estrutura cuadrangular Se refiere al modo en que se organizan varios cadenas polipeptídicas en un complejo molecular más grande.

Una proteína formada por un solo enlace no tiene por tanto que tener una estructura cuadrangular.

De manera similar, un péptido corto no necesita mostrar todos los niveles de organización estructural para tener ciertas propiedades biológicas.

Entre otras cosas, la organización de la estructura molecular puede verse influenciada por:

• enlazamientos hidrófobos;
• efectos electrostáticos;
• El impacto de van der Waals;
• efecto hidrofóbico;
• efectos aromáticos;
• la coordinación de los iones metálicos en algunas moléculas;
• Uniones laterales covalentes, como los puentes disiarcicos.

Los disarios de azufre, si existen, unen los átomos de azufre procedentes de los restos de cisteína.

Son químicamente diferentes de las uniones peptídicas que forman el esqueleto de la cadena.

Investigaciones sobre la síntesis inhibidor pancreático de la tripsina (BPTI) ilustran bien la diferencia entre la construcción de un enlace y el obtener su forma plegada y activa correctamente.

Los investigadores sintetizaron químicamente una secuencia lineal y luego llevaron a cabo un proceso de oxodegradación y plegamiento, obteniendo un material que corresponde al proteín natural en las análisis estructurales y funcionales descritos. [9]

¿Pueden los péptidos tener una estructura tridimensional estable?

Sí.

Un enlace corto no tiene por qué significar automáticamente una molécula sin estructura ordenada.

CLN025 creó una estructura beta-hairpin en los entornos estudiados, mientras que la calata cíclica B1 mostró una arquitectura ordenada a pesar de la presencia de apenas 29 restos [1] [2].

Sin embargo, se trata de observaciones relativas a moléculas específicas.

No significa que cada péptido corto forme una estructura igualmente estable.

Si un péptido específico adopta una conformación ordenada depende, entre otras cosas, de:

• secuencias;
• efectos entre las partículas;
• restricciones derivadas de la ciclicidad;
• disiarczkowe mosty;
• del disolvente;
• temperaturas;
• concentraciones;
• la presencia de socios vinculantes;
• modificaciones químicas.

El entorno puede ser especialmente importante.

En un estudio de síntesis Neuropeptido Y, El análisis de la conformación en una mezcla de disolventes que contenía principalmente trifluoroetanol reveló una conformación helicoidal cerca del extremo C, mientras que la parte N-terminal no mostró una estructura comparativamente regular. [10]

Las observaciones realizadas en un entorno así no deben presentarse como prueba de que el péptido adopta exactamente la misma estructura en todas las condiciones biológicas.

Por eso, durante la interpretación de los estudios estructurales, hay que prestar atención a las condiciones experimentales.

Afirmación:

„El péptido creó helis en los parámetros estudiados”

es más científico que:

„El péptido siempre tiene una estructura helicoidal”.

¿Todos los aminoácidos tienen una estructura fija?

No.

Muchas proteínas contienen dominios bien conformados, pero otras tienen estructuras mucho más extensas. regiones internamente desorganizadas, y algunas pueden estar muy desorganizadas.

Estas moléculas existen como grupos dinámicos de diversas conformaciones, en lugar de permanecer siempre en una estructura tridimensional rígida.

Los estudios KISS1 son un ejemplo directo de esta situación.

Los resultados obtenidos mediante varias técnicas experimentales confirmaban su carácter internamente desorganizado. [3]

Esto muestra la limitación del modelo educativo simplificado, en el que cada proteína se presenta como una partícula compacta e inmóvil.

No obstante, esto no significa que las proteínas no estructuradas internamente no puedan exhibir organización, especificidad de la interacción o significado biológico.

La desorganización interna también debe distinguirse de denaturación.

Puede ser una propiedad natural de una secuencia dada en ciertos contextos.

La desnaturalización, por otra parte, significa un trastorno en la organización estructural existente de la molécula.

Ninguno de estos fenómenos en sí mismo implica la hidrólisis de las cadenas peptídicas ni la descomposición de la molécula en aminoácidos libres.

La función depende de la molécula específica.

Las aminoácidos, los péptidos y las proteínas participan en muchos procesos biológicos simultáneos, pero pertenecer a una de estas categorías no implica una acción conjunta.

Los péptidos señaladores, el tripeptido intracelular, el enzima y la proteína estructural pueden estar formados por restos de aminoácidos y, al mismo tiempo, cumplir funciones completamente diferentes.

Por ejemplo, en un estudio fisiológico en el que participaron personas se analizaron GLP-1(7–36) Como inyección intravenosa, se midió la respuesta durante la infusión en siete voluntarios [11].

El estudio se refería a una determinada molécula señal y a un protocolo experimental específico.

Esto no permite inferir que otros péptidos producen los mismos efectos relacionados con la secreción de insulina.

Otro ejemplo es glutatión.

Se trata de un tripeptido que participa en procesos redox de la biología celular. En uno de los estudios se utilizó agua marcada isotópicamente para estimar la síntesis de glutation en ratones, demostrando que incluso un péptido muy pequeño puede ser estudiado como una molécula regulada metabólicamente. [12]

Se trataba de un estudio sobre la biosíntesis, y no de un estudio sobre la suplementación en humanos.

Desde un punto de vista científico, la pregunta correcta es, por tanto:

¿Qué hace exactamente esa molécula o secuencia, en qué condiciones y sobre la base de qué pruebas?

Los términos „péptido” y „proteína” ayudan a describir la identidad molecular.

No definen una función biológica universal.

Romper el cordón puede cambiar su identidad y su actividad

La hidrólisis conduce al desprendimiento de los enlaces peptídicos.

Un desprendimiento individual puede conducir a la formación de cadenas peptídicas más cortas, mientras que una hidrólisis apropiadamente extensa puede liberar finalmente los aminoácidos individuales.

Una corteza en un largo cordón normalmente no provoca la liberación inmediata de todas sus partes.

El procesamiento biológico de las moléculas puede utilizar la desintegración selectiva, entre otras cosas, para:

• activación de precursores;
• eliminación de las secuencias de señal;
• la separación de las regiones funcionales;
• creación de péptidos maduros;
• finalización de la actividad;
• La formación de moléculas con funciones biológicas diferentes.

El estudio de la sinucleína muestra por qué no se debe asumir que el fragmento conserva automáticamente la actividad de la molécula madre.

El extremo N-terminal participó en la unión al receptor, mientras que el extremo C-terminal era necesario para su activación. Las secuencias estudiadas simplemente no se comportaban como las versiones más cortas de la molécula señal completa. [8]

La digestión es otro proceso en el que se modifica la identidad molecular.

En un estudio en el que participaron personas, se detectaron en la sangre péptidos específicos derivados del colágeno tras la ingesta de hidrolizados de gelatina. [13]

Esto confirma la presencia de fragmentos específicos en los términos de este estudio.

Sin embargo, no significa que:

• Todos los péptidos que se encuentran en la comida son absorbidos en forma intacta;
• cada fragmento peptídico atraviesa el proceso de digestión;
• Todos los hidrolizados proteicos se comportan de manera idéntica;
• La simple detección de un fragmento peptídico confirma una cierta ventaja para la salud.

¿Por qué la frontera entre el péptido y la proteína no es clara?

Los diferentes términos responden a diferentes preguntas.

Los términos péptido, polipeptido y proteína se superponen en parte, ya que a menudo resaltan otras propiedades de la molécula.

Péptido más a menudo sugiere un enlace relativamente corto.

Polipéptido Destaca la naturaleza química del aminoácido.

Proteína Por lo general se refiere a una determinada molécula biológica, un complejo molecular o una unidad con un contexto estructural y funcional determinado.

Dado que estos conceptos responden a preguntas descriptivas ligeramente diferentes, sus significados pueden en parte coincidir.

No obstante, esto no significa que todas las diferencias desaparezcan.

El aminoácido libre permanece químicamente como una molécula diferente que la cadena unida.

El dipeptido compuesto por dos restos es mucho más pequeño y estructuralmente más simple que el gran complejo proteico compuesto por muchas cadenas.

La incertidumbre surge principalmente cuando se intenta establecer una frontera numérica universal que separa todos los péptidos de todas las proteínas.

Ejemplos científicos que muestran los límites de las reglas simples

Estos ejemplos proceden de estudios estructurales, sintéticos y bioquímicos, y no de publicaciones que establezcan un umbral de clasificación oficial.

Su importancia radica principalmente en mostrar las limitaciones de definiciones demasiado simplistas. [1] [2] [3] [7] [9]

La procedencia natural o sintética no determina la clasificación.

El péptido no se define por el hecho de que haya sido producido en un laboratorio.

De la misma manera, la proteína no se define por el hecho de que haya sido aislada de un organismo vivo.

Las células sintetizan naturalmente péptidos y proteínas, mientras que los científicos pueden obtener muchas cadenas de aminoácidos mediante:

• síntesis química;
• expresión recombinante;
• sintesis sin células;
• otros sistemas de producción controlados.

Un estudio que comparaba la expresión bacteriana con la síntesis en fase sólida para secuencias que contenían entre 20 y 40 residuos mostró que la elección de la metodología de producción depende, entre otras cosas, de la secuencia específica y de los requisitos de investigación. [5]

Una molécula no pasa a otra categoría química solo porque el método de su producción haya cambiado.

De forma similar, los estudios sobre el BPTI sintético muestran que la síntesis química puede conducir a la obtención de una molécula clasificada como proteína. [9]

Solo la definición sintético no confirma la completa equivalencia molecular, pero tampoco excluye su clasificación como proteína por su origen sintético.

¿Cómo describir exactamente una molécula?

Un buen texto científico debería indicar la denominación de la molécula y, en los casos apropiados, también:

• la secuencia de aminoácidos;
• el número de restos;
• masa atómica;
• la información sobre si la estructura es lineal o cíclica;
• el número de cadenas;
• conexiones laterales covalentes importantes;
• modificaciones químicas o posttranslacionales;
• características estructurales confirmadas experimentalmente;
• una función biológica confirmada.

Por ejemplo, la expresión:

„péptido de diez residuos estudiado como un minibloque de estructura beta-hairpin”

ofrece mucha más información que la disputa sobre si una molécula debe pertenecer exclusivamente a la categoría de péptidos o proteínas.

De manera similar, la expresión:

„proteína interna no ordenada”

es una descripción científicamente correcta, no una contradicción.[1][3]

Esta distinción tiene especial importancia al interpretar las afirmaciones relativas a la acción biológica.

Los datos relativos a un único péptido no pueden trasladarse automáticamente a otro simplemente porque ambas moléculas sean cadenas cortas de restos de aminoácidos.

La clasificación nos dice de qué tipo de molécula estamos hablando. Sin embargo, para determinar exactamente qué hace una determinada molécula, se necesitan estudios sobre esa secuencia y esa forma molecular en particular.

Preguntas más frecuentes

1. ¿Todos los péptidos son proteínas?

No. Peptidos y proteínas tienen una base química común en la forma de cadenas de aminoácidos, pero no todos los péptidos se clasifican como proteínas. Las cadenas cortas generalmente se denominan péptidos, mientras que el término „proteína” también tiene en cuenta el contexto biológico, estructural y histórico. CLN025 muestra por qué una frontera precisa es difícil de definir: los investigadores describieron esta secuencia de diez residuos como un mini-péptido con una estructura beta-hairpin ordenada. No significa, sin embargo, que todo péptido corto sea una proteína. Simplemente muestra que los conceptos se superponen parcialmente y ninguna cantidad individual de residuos resuelve todos los casos de clasificación. [1]

2. ¿Los péptidos son lo mismo que las aminoácidos?

No. Aminoácidos son unidades moleculares individuales, mientras que los péptidos contienen restos de aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos. La unión de aminoácidos conduce a la formación de una molécula que tiene una secuencia propia, extremos de cadena, enlaces covalentes y propiedades químicas. Así pues, no se trata simplemente de una mezcla de aminoácidos primarios. Los estudios del sistema de tirosina muestran la importancia de una secuencia específica: diferentes partes de un péptido unido participan de manera diferente en la unión y la activación del receptor. Los resultados se aplican a un sistema vegetal específico, pero ilustran bien la generalidad de que la identidad del péptido depende de su estructura molecular unida. [8]

3. ¿Qué polímero se forma a partir de los aminoácidos?

La cadena formada mediante la unión de restos de aminoácidos mediante enlaces peptídicos se denomina polipéptido. Un o más cadenas polipeptídicas pueden formar una proteína, aunque el propio término polipeptídico no indica una estructura espacial específica ni una función biológica. En la literatura, este término también se utiliza para referirse a secuencias relativamente cortas que contienen entre 20 y 40 restos. La respuesta general más precisa es, por lo tanto, „polipeptido”; sin embargo, se utiliza el término „proteína” cuando corresponde a una identidad biológica más amplia de la molécula o el complejo. [5]

4. ¿En qué se diferencia el aminoácido del resto de los aminoácidos?

El aminoácido es una única molécula que constituye la unidad estructural, mientras que el resto de aminoácidos corresponde a la molécula que lo integra cuando se une a una cadena peptídica o proteica. La diferencia se debe a la participación de esta molécula en los enlaces de la estructura y a su posición específica en la secuencia. En los estudios estructurales de los péptidos, a menudo se habla de las posiciones de las distintas restos, ya que influyen en la geometría local y en los efectos moleculares. En el lenguaje coloquial, el término „aminoácidos en la proteína” es comprensible, pero el término „resto de aminoácidos” es más exacto desde el punto de vista químico en relación con la cadena final. [4]

5. ¿El polipeptido siempre es una proteína?

No. Un péptido describe principalmente una cadena de aminoácidos y no indica necesariamente que la molécula sea considerada una proteína. Este término aparece en estudios que involucran moléculas relativamente cortas, como la proteína de la capa B1 de 29 residuos, así como en trabajos que involucran secuencias que contienen entre 20 y 40 residuos. La forma en que se utiliza este concepto depende del campo, por lo que la palabra „péptido” por sí sola no indica una longitud constante, una conformación confirmada o una función biológica. Es mejor considerarlo como una descripción de la naturaleza química de la cadena, y las demás características se determinan basándose en el estudio de la molécula específica. [2] [5]

6. ¿Cuántos aminoácidos debe contener una proteína?

No existe una cantidad mínima de residuos que funcione en todos los casos. Las convenciones basadas en la longitud son útiles en la educación y la clasificación, pero existen excepciones reconocidas. CLN025, por ejemplo, contiene diez residuos, pero fue estudiado como un minibloque ordenado con estructura beta-hairpin. Esto no significa que la distinción práctica entre péptidos cortos y proteínas más grandes sea irrelevante. Simplemente muestra que es mejor indicar la cantidad real de residuos en lugar de presentar un umbral como una norma universal para la nomenclatura. [1]

7. ¿La restricción de 50 aminoácidos es una norma científica estrictamente aplicable?

No. La frontera de aproximadamente 50 restos es una práctica común utilizada en algunos contextos, pero no un derecho químico universal. La química de los enlaces peptídicos no cambia repentinamente al pasar de los 50 a los 51 restos. Los estudios que describen las cadenas cortas como minibolitas o polipéptidos muestran que la terminología puede depender también de la estructura, el contexto biológico y la tradición investigadora. Diferentes disciplinas pueden utilizar definiciones operacionales diferentes, por lo que el umbral numérico debería presentarse como una práctica, y no como una norma absoluta. [1] [5]

8. ¿Puede un péptido corto formar una estructura estable?

Sí. Algunos peptidos cortos pueden asumir estructuras ordenadas en las condiciones adecuadas. CLN025 se estudió como una estructura beta-hairpin de diez restos, mientras que la estructura cíclica B1 mostró una arquitectura ordenada a pesar de la presencia de solo 29 restos. Estos resultados muestran las posibilidades de las secuencias específicas, y no de todos los peptidos cortos. El plegamiento depende, entre otras cosas, de la secuencia, los límites moleculares, el disolvente, la temperatura, el nivel de concentración y las modificaciones. Por lo tanto, la estabilidad estructural debe evaluarse en relación con la molécula específica y el entorno experimental. [1] [2]

9. ¿Todos los aminoácidos tienen un formato tridimensional constante?

No. Algunas proteínas o sus regiones presentan un desorden interno y se presentan como conjuntos dinámicos de conformaciones diferentes en lugar de una estructura única, compacta y estable. Los estudios de KISS1 han confirmado justamente este estado. Esto no significa que todas las proteínas estén desordenadas ni que el desorden sea sinónimo de daño. La estructura de las proteínas abarca un espectro que va desde dominios plegados estables hasta regiones flexibles y conjuntos dinámicos de conformaciones. La descripción correcta depende de la molécula específica y de las condiciones experimentales.[3]

10. ¿Pueden dos péptidos de la misma longitud actuar de manera diferente?

Sí. Una misma cantidad de residuos no significa la misma secuencia, estructura, química ni actividad biológica. El tipo de cadenas laterales y la secuencia de aminoácidos influyen en las interacciones moleculares. Los estudios de la lisinina demostraron que diferentes fragmentos de la secuencia participaron de manera diferente en la unión y la activación del receptor. No se trata de una comparación de todos los posibles péptidos de la misma longitud, pero muestra por qué la misma cantidad de residuos no permite predecir las funciones. Al comparar dos péptidos, es necesario analizar su secuencia, estructura y datos experimentales directos. [8]

11. ¿Las moléculas más pesadas siempre contienen más aminoácidos?

No. La masa molecular depende de la cantidad y el tipo de restos aminoacídicos, así como de la presencia de grupos químicos adicionales. Dos péptidos que contienen la misma cantidad de restos pueden tener una masa diferente, ya que los distintos aminoácidos difieren en masa. Las modificaciones químicas pueden además aumentar la masa sin aumentar la cantidad de restos en el esqueleto. La cantidad de restos y la masa molecular describen, por tanto, diferentes propiedades y ninguna de ellas por sí sola determina una frontera universal entre un péptido y una proteína.

12. ¿Cada proteína está compuesta únicamente de un solo enlace?

No. Las proteínas pueden contener una o más cadenas polipeptídicas interconectadas. La longitud de una cadena individual y la composición de la proteína completa son, por lo tanto, piezas de información separadas. Un buen ejemplo de procesamiento biológico es la insulina: su forma madura contiene dos cadenas unidas por puentes disulfuro que se forman como resultado del procesamiento del proinsulina y de la eliminación del péptido C. Los estudios de conversión distinguen estas formas en lugar de tratar la hormona precursora y la forma madura como moléculas idénticas. Por lo tanto, al proporcionar el número de residuos, es necesario especificar si se refiere a una cadena, a todas las cadenas, al precursor o a la forma madura. [6] [7]

13. ¿Los péptidos y las proteínas cumplen las mismas funciones?

Pueden participar en áreas similares de la biología, pero las moléculas individuales cumplen funciones diferentes. En los estudios de GLP-1 se analizó un péptido específico en busca de su actividad intrínseca en humanos, mientras que los estudios del glutationo se referían a la síntesis de un tripeptido implicado en procesos redox celulares. Esto no significa que todos los péptidos exhiban cualquiera de estas funciones, al igual que todas las proteínas no tienen una función común. Una comparación científica bien fundamentada debería referirse a moléculas específicas, sus secuencias y propiedades experimentalmente confirmadas. [11] [12]

14. ¿El fragmento peptídico conserva la función de la molécula madre?

No necesariamente. La despolimerización puede eliminar el región responsable de la unión, el región necesario para la activación, revelar un nuevo fragmento o dar lugar a la formación de un producto con una función biológica completamente diferente. En el estudio de la systemin, los fragmentos simplemente no reproducían la completa combinación de propiedades relacionadas con la unión y la activación del receptor observadas para toda la molécula. El resultado depende de la secuencia específica y no se puede extrapolar automáticamente a todos los productos de la despolimerización. El fragmento debe ser considerado como una forma molecular independiente que requiere datos propios sobre la estructura y la actividad. [8]

15. ¿La desnaturalización cambia la proteína en aminoácidos?

No. La desnaturalización altera los niveles superiores de organización estructural del proteín, pero por definición no requiere la ruptura de su estructura peptídica. La formación de péptidos más cortos o aminoácidos libres requiere la hidrólisis de las uniones peptídicas, es decir, otro proceso químico. La desorganización estructural en sí misma tampoco tiene por qué significar degradación, como es el caso del KISS1, una proteína intacta y no desorganizada internamente. En condiciones muy agresivas, la desnaturalización y la degradación química pueden ocurrir simultáneamente, pero siguen siendo procesos separados: la pérdida de conformación no es lo mismo que la ruptura de la cadena covalente. [3]

16. ¿Puede una molécula sintética seguir siendo una proteína?

Sí. La síntesis química no excluye la clasificación de la molécula como proteína. Los investigadores han sintetizado químicamente un inhibidor de la tripsina pancreática bovino y, después de un tratamiento adecuado de oxidación y plegamiento, han obtenido un material que corresponde al proteínico natural en los análisis analíticos y funcionales descritos, incluida su actividad inhibidora. El resultado depende de la correcta construcción de la secuencia, del plegamiento y de las características, y no significa que cada polipéptido sintético adopte automáticamente la estructura adecuada. La clasificación depende de la identidad molecular y del contexto, mientras que la forma de producción es una característica distinta. [9]

17. ¿Los alimentos proteicos, los hidrolizados proteicos y los aminoácidos libres son lo mismo?

No. Las proteínas alimentarias son moléculas más grandes y combinadas; los hidrolizados proteicos contienen mezclas de productos resultantes de la desintegración; mientras que los aminoácidos libres son unidades moleculares individuales. Su composición y formas moleculares son, por lo tanto, diferentes. En un estudio realizado en humanos, se detectaron ciertos péptidos derivados del colágeno en la sangre tras el consumo de hidrolizados de gelatina, lo que indica que pueden producirse fragmentos peptídicos identificables durante los procesos de digestión y absorción. Sin embargo, el estudio no confirmó la absorción universal de todos los péptidos en su forma no modificada ni la acción equivalente de todos los productos proteicos. [13]

18. ¿Qué diferencia hay entre un péptido y un polipeptido?

Ambos términos describen cadenas de restos de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. El término „péptido” se utiliza a menudo para referirse a cadenas relativamente cortas, mientras que el término „polipeptido” enfatiza una cadena aminoácida más larga y suele usarse para referirse a secuencias más largas. No existe, sin embargo, un punto numérico universal por encima del cual uno de los términos debe ser reemplazado por el otro. Los estudios que describen la cáscara B1 de 29 restos como un péptido y los trabajos sobre péptidos de 20 a 40 restos muestran la superposición de estas terminologías. La cantidad real de restos y la arquitectura molecular son, por tanto, más informativas que la suposición de una frontera rígida. [2] [5]

19. ¿Pueden las mismas aminoácidos formar diferentes péptidos?

Sí. Este mismo conjunto de tipos de aminoácidos puede dar lugar a la formación de diferentes péptidos si se cambia su secuencia. Por ejemplo, la glicilalanina y la alaniloglicina contienen glicina y alanina, pero invertir su secuencia conduce a la formación de otra secuencia molecular. En los péptidos más largos, la modificación de la secuencia puede afectar a la distribución del carga, los dominios hidrofóbicos, las superficies de unión y las tendencias estructurales. Por lo tanto, la identidad de un péptido depende no solo de los aminoácidos que contiene sino también de su secuencia y de la forma en que están unidos.

20. ¿Por qué la secuencia es más importante que el propio término „péptido”?

El término „péptido” describe una amplia categoría química, no un solo tipo de actividad biológica. Dos péptidos pueden tener completamente diferentes secuencias, longitudes, estructuras, localizaciones, vías de procesamiento y objetivos moleculares. Los estudios del sistema de sinucleína muestran experimentalmente que incluso diferentes regiones de una misma molécula pueden desempeñar funciones diferentes en la unión y la activación del receptor. [8] Por esta razón, los resultados relativos a un único péptido no se pueden extrapolar a otro simplemente porque ambas moléculas pertenecen a la misma categoría. Para determinar la función biológica, se necesitan datos sobre una secuencia específica y una molécula específica.

Restricciones en la clasificación de los péptidos y las proteínas

Durante el uso de los términos aminoácido, péptido, polipeptido y proteína, hay que tener en cuenta algunas limitaciones.

En primer lugar, No existe una cifra numérica universal entre el péptido y la proteína.. Un umbral como el de 50 restos puede ser una conveniencia útil, pero la literatura científica contiene claros casos de excepción. [1] [2] [5]

En segundo lugar, La estructura tampoco crea una frontera simple.. Algunos péptidos cortos adoptan estructuras ordenadas, mientras que algunas proteínas reconocidas permanecen en gran medida inordenadas internamente. [1] [2] [3]

En tercer lugar, La masa atómica y la cantidad de residuos son parámetros relacionados pero distintos.. Las modificaciones, los diferentes tipos de residuos y la presencia de varios cadenas pueden alterar la masa sin que ello se refleje simplemente en la longitud del propio hilo.

Cuarto, Hay que distinguir las formas precursores y las formas maduras. El procesamiento biológico puede alterar la longitud del enlace, la forma de las conexiones y la identidad molecular, como ocurre con el procesamiento de la proinsulina. [6] [7]

Cinco, El método de producción no determina la clasificación.. Las moléculas producidas naturalmente y las sintetizadas químicamente pueden tener la misma identidad molecular básica si se confirma su secuencia, estructura y otras propiedades relevantes. [5] [9]

En sexto lugar, La pertenencia a una categoría no permite predecir un comportamiento biológico.. Los péptidos no tienen un único efecto fisiológico común, simplemente porque son péptidos; de la misma manera que todas las proteínas no cumplen una función única. [8] [11] [12]

Finalmente, las observaciones estructurales deben interpretarse en los términos en que se obtuvieron. Un péptido que adopta una conformación específica en un único disolvente o entorno experimental puede comportarse de manera diferente en otros contextos. [10]

Estas limitaciones no significan que la terminología sea inútil. Simplemente indican por qué es mejor utilizarla junto con una descripción más precisa de las propiedades moleculares.

Resumen

Las aminoácidos, los péptidos, los polipeptidos y las proteínas pertenecen a la misma amplia jerarquía química, pero describen diferentes niveles de organización molecular.

Aminoácidos son unidades constructivas individuales.

Cuando los demás aminoácidos se unen covalentemente mediante enlaces peptídicos, se forman péptidos y cadenas polipeptídicas.

Proteínas constan de uno o varios de estos cadenas, considerados en un contexto estructural y biológico más amplio.

La transición del aminoácido al péptido es químicamente evidente, ya que la formación de una unión peptídica conduce a la formación de una nueva molécula unida.

La frontera entre el péptido y la proteína es mucho menos clara.

La longitud del anillo proporciona información descriptiva útil, pero no existe un umbral de número de residuos universal que clasifique correctamente cada molécula. Los estudios del miniballo de diez residuos CLN025, de 29 residuos de la ciclodactilina B1 y del proteína KISS1, que no está bien ordenada internamente, muestran por qué las reglas simples requieren un contexto adicional. [1] [2] [3]

La estructura tampoco define una frontera universal. Los peptidos cortos pueden adoptar conformaciones ordenadas, mientras que algunas proteínas pueden contener un grado considerable de desorden.

De la misma manera, la masa molecular, el origen natural o sintético y la función biológica no son suficientes por sí solas para determinar si cada cadena de aminoácidos debe ser llamada péptido o proteína.

Por eso, en la comunicación científica lo más informativo es describir de forma precisa. una molécula concreta:

su secuencia, la cifra de residuos, la arquitectura, las modificaciones, la estructura observada experimentalmente, el estado de transformación y las propiedades biológicas confirmadas.

La diferencia más importante se puede resumir de la siguiente manera:

Las aminoácidos son las unidades constructivas; las uniones peptídicas unen estas unidades en péptidos y cadenas polipeptídicas; las proteínas, por su parte, son moléculas biológicas formadas por uno o varios de estos cadenas. Sin embargo, la frontera entre el péptido y la proteína se deriva de las convenciones científicas y el contexto molecular, y no de un número único de aminoácidos universal.

Descargo de responsabilidad

El artículo tiene carácter exclusivamente educativo y científico-informacional. Explica la terminología, la estructura molecular, la clasificación de los péptidos y las proteínas, el procesamiento biológico de las moléculas y ejemplos procedentes de estudios publicados. No constituye consejo médico, nutricional, indicación de tratamiento, recomendación de producto ni consejo sobre el uso de péptidos, proteínas, productos de aminoácidos, suplementos o sustancias relacionadas. Los resultados de los estudios estructurales, bioquímicos, de investigación en animales y de investigación con humanos deben interpretarse en el contexto de los métodos, condiciones y limitaciones de cada trabajo.

Referencias

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2. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Desvelamiento de la estructura primaria y tridimensional del polipéptido uterotónico kalata B1. Biociencia, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
3. Ibanez de Opakua, A., Merino, N., Villate, M., Cordeiro, T. N., Ormaza, G., Sanchez-Carbayo, M., Diercks, T., Bernado, P., & Blanco, F. J. (2017). El supresor de la metástasis KISS1 es una proteína intrínsecamente desordenada ligeramente más extendida que una bobina aleatoria. PLOS ONE, 12(2), Artículo e0172507. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0172507
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