Ikatan peptida: definisi, keberadaan, dan signifikansi biologisnya

Ikatan peptida adalah ikatan amida kovalen yang menghubungkan gugus amino pada peptida dan protein. Ikatan-ikatan ini membentuk kerangka molekul yang berkelanjutan pada rantai peptida, mempertahankan urutan asam amino tertentu, sekaligus memungkinkan seluruh rantai tersebut mengambil berbagai struktur tiga dimensi.

Ikatan peptida merupakan salah satu unsur dasar struktur peptida. Memahami kimiawi mereka membantu menjelaskan bagaimana asam amino tunggal dapat membentuk molekul yang lebih besar dengan urutan dan struktur yang sangat spesifik.

Meskipun definisi dasarnya relatif sederhana, kimia ikatan peptida memiliki beberapa ciri penting. Elektron di dalam gugus amida tersusun sedemikian rupa sehingga ikatan karbon–nitrogen tersebut sebagian menyerupai ikatan rangkap. Hal ini membatasi kemampuan rotasi bebas di sekitar ikatan peptida, tetapi tidak menyebabkan seluruh peptida atau protein menjadi molekul yang kaku. Ikatan lain dalam kerangka tersebut mempertahankan kebebasan rotasi yang lebih besar, sehingga rantai peptida dapat melengkung dan melipat.

Ikatan peptida dapat dianalisis dari beberapa perspektif ilmiah yang berbeda. Ahli kimia meneliti struktur elektron dan geometrinya. Ahli biologi molekuler menganalisis cara ikatan tersebut dibentuk oleh ribosom dan sistem biologis lainnya. Ahli biologi struktural menyelidiki bagaimana geometri ikatan-ikatan tersebut memengaruhi arsitektur protein. Sementara itu, ahli biokimia meneliti bagaimana enzim secara selektif memutus ikatan peptida selama proses pemrosesan dan degradasi protein.

Perbedaan-perbedaan ini membantu memahami bagaimana protein dapat secara bersamaan mempertahankan urutan asam amino tertentu, membentuk struktur yang kompleks, terbentuk dalam proses biologis yang terkendali, dan kemudian mengalami pemrosesan atau degradasi. Penelitian mengenai struktur elektron, geometri peptida, katalisis ribosom, sintesis protein, dan hidrolisis enzimatik memberikan informasi yang saling melengkapi mengenai proses-proses tersebut. [1] [2] [3]

Apa itu ikatan peptida?

Definisi kimia ikatan peptida

Ikatan peptida adalah ikatan amida antara gugus yang berasal dari gugus karboksil suatu asam amino dan gugus yang berasal dari gugus amino asam amino lainnya. Dalam rangkaian protein yang umum, atom karbon dari gugus karbonil dan atom nitrogen dari residu asam amino berikutnya saling terikat.

Bagian yang paling sering disajikan berbentuk:

–C(=O)–NH–

Gugus C=O adalah gugus karbonil, sedangkan ikatan C–N adalah ikatan yang biasanya kita maksudkan ketika secara spesifik membicarakan ikatan peptida. Secara keseluruhan, atom-atom tersebut beserta lingkungan langsungnya membentuk apa yang disebut gugus peptida atau gugus amida.

Perbedaan ini penting karena struktur lengkap gugus peptida terdiri dari beberapa ikatan yang berbeda. Ikatan karbon–oksigen bukanlah ikatan yang menghubungkan dua sisa asam amino. Fungsi tersebut dijalankan oleh ikatan amida karbon–nitrogen.

Ketika satu asam amino terikat dengan asam amino lainnya, atom karbon dari gugus karbonil yang terikat pada satu residu akan terikat secara kovalen dengan atom nitrogen yang terikat pada residu berikutnya. Pengulangan pola ini menghasilkan kerangka rantai peptida yang khas.

Penelitian mengenai struktur elektron, antara lain, menganalisis interaksi pasangan elektron bebas nitrogen dengan sistem karbonil yang berdekatan, yang memungkinkan untuk menjelaskan mengapa ikatan ini berbeda dari ikatan karbon–nitrogen tunggal biasa yang dapat berputar bebas. [1]

Mengapa ikatan peptida merupakan ikatan kovalen?

Ikatan peptida adalah kovalen, karena atom-atom yang terikat saling berbagi elektron.

Hal ini bukanlah interaksi ionik antara dua asam amino bermuatan yang terpisah, maupun ikatan hidrogen yang menjaga bagian-bagian berbeda dari rantai yang bergelombang agar tetap berdekatan.

Ikatan kovalen inilah yang menjamin kesinambungan kimiawi urutan asam amino. Gugus-gugus tersebut tetap menjadi bagian dari rantai yang sama, selama reaksi kimia tidak mengubah cara ikatan di antara mereka.

Perbedaan ini menjadi sangat penting ketika membahas proses pelipatan dan pelurusan protein. Rantai peptida dapat melengkung, mengubah konformasi, kehilangan sebagian interaksi yang menstabilkan strukturnya, dan bahkan mengalami pelurusan yang signifikan tanpa harus memutus ikatan peptida yang mempertahankan urutan primernya.

Namun, kovalen tidak berarti tidak dapat dihancurkan.

Enzim dan kondisi kimia yang tepat dapat menyebabkan pemutusan ikatan peptida. Namun, pemutusan tersebut adalah reaksi kimia yang mengubah cara atom-atom tersebut terikat, bukan sekadar perubahan bentuk molekul.

Penelitian struktural terhadap salah satu proteinase aspartil menunjukkan bagaimana enzim tersebut dapat mengatur substrat yang mengandung ikatan peptida serta molekul air secara tepat, yang berperan penting dalam proses hidrolisis. [4]

Sifat parsial ikatan rangkap dan resonansi

Ikatan peptida C–N sering digambarkan dalam rumus kimia sebagai garis tunggal, namun distribusi elektron yang sebenarnya lebih kompleks.

Pasangan elektron bebas atom nitrogen dapat ikut serta dalam sistem elektron yang berdekatan pada gugus karbonil. Delokalisasi elektron menyebabkan ikatan C–N memperoleh sifat parsial ikatan rangkap.

Fenomena ini sering dijelaskan dengan menggunakan struktur resonansi.

Struktur resonansi merupakan cara alternatif untuk menggambarkan distribusi elektron dalam molekul yang sama. Struktur ini tidak boleh diartikan sebagai bentuk-bentuk molekul yang terpisah, yang dengan cepat berubah satu sama lain.

Demikian pula, sifat parsial dari ikatan rangkap tidak berarti bahwa ikatan peptida tersebut merupakan ikatan tunggal biasa selama persentase waktu tertentu, dan ikatan rangkap biasa selama sisa waktu tersebut.

Struktur elektron yang sebenarnya disebabkan oleh delokalisasi elektron di seluruh gugus amida.

Dalam studi komputasionalnya, Fedorov menganalisis peran resonansi dalam menentukan orde ikatan peptida. Nilai-nilai numerik terperinci bergantung pada metode analisis struktur elektron yang digunakan. Namun, untuk pemahaman umum, kesimpulan terpenting adalah bahwa interaksi antara sistem elektron nitrogen dan gugus karbonil bertanggung jawab atas sebagian sifat-sifat ikatan C–N yang tidak lazim. [1]

Mengapa rotasi di sekitar ikatan peptida terbatas?

Sifat parsial dari ikatan rangkap ini memiliki konsekuensi struktural yang penting: rotasi di sekitar ikatan amida C–N lebih terbatas dibandingkan rotasi di sekitar ikatan karbon–nitrogen tunggal pada umumnya.

Namun, hal ini tidak berarti bahwa protein tidak dapat melengkung atau berlipat.

Kerangka peptida juga mengandung ikatan-ikatan lain yang memungkinkan terjadinya rotasi. Dengan demikian, rantai protein terdiri dari gugus-gugus peptida yang berulang dan relatif kaku, yang dihubungkan melalui ikatan-ikatan kerangka lainnya yang memiliki fleksibilitas konformasi yang lebih besar.

Perpaduan antara batasan-batasan tersebut dan kemampuan rotasi ini berkontribusi pada keragaman yang sangat besar dalam struktur tiga dimensi yang dapat dibentuk oleh peptida dan protein.

Keteraturan bentuk yang mendekati datar tidak berarti struktur yang benar-benar datar

Perpindahan elektron tersebut mendukung geometri kelompok peptida yang kira-kira datar dan membatasi rotasi di sekitar ikatan amida C–N.

Namun, struktur molekul yang sebenarnya mungkin sedikit menyimpang dari bidang matematis ideal.

Improta dan rekan-rekannya menggabungkan perhitungan mekanika kuantum dengan analisis struktur kristal peptida dan protein. Hasilnya menunjukkan penyimpangan kecil dan sistematis yang bergantung pada geometri lokal rangka molekul. [2]

Oleh karena itu, benar jika dikatakan bahwa gugus peptida adalah kurang lebih datar, sedangkan pernyataan bahwa setiap ikatan peptida dalam setiap peptida atau protein bersifat datar sempurna merupakan penyederhanaan yang terlalu berlebihan.

Ini merupakan contoh yang baik mengenai perbedaan antara model pendidikan yang bermanfaat dan perilaku struktur molekul yang sebenarnya yang lebih terperinci.

Di mana ikatan peptida ditemukan?

Dalam kerangka peptida dan protein

Ikatan peptida terdapat di antara gugus-gugus asam amino yang berdekatan dalam rantai peptida dan rantai protein pada umumnya.

Bersama dengan atom-atom di sekitarnya, mereka membentuk pola yang berulang rangka molekul. Rantai samping asam amino menjulur keluar dari kerangka tersebut dan memberikan sifat kimia tambahan pada masing-masing gugus.

Protein dapat terdiri dari satu rantai peptida atau beberapa rantai yang terhubung menjadi kompleks molekul yang lebih besar. Masing-masing memiliki ikatan kerangka tersendiri.

Rantai-rantai yang berbeda dapat saling terhubung melalui interaksi nonkovalen atau ikatan kovalen tambahan. Hubungan semacam itu tidak boleh secara otomatis dikategorikan sebagai ikatan peptida.

Sintesis kimiawi inhibitor tripsin pankreas sapi, atau BPTI, dengan jelas menunjukkan perbedaan antara pembentukan rangka peptida dan pembentukan jembatan disulfida tambahan. Para peneliti pertama-tama memperoleh bahan linier, kemudian melakukan oksidasi dan menganalisis karakteristiknya. Penelitian ini memisahkan pembentukan rantai dari pengorganisasian struktural selanjutnya. [5]

Ikatan peptida menentukan kontinuitas urutan primer

Urutan sisa asam amino dalam peptida atau protein disebut sebagai struktur primer.

Ikatan peptida memastikan kontinuitas kovalen dasar yang mempertahankan urutan tersebut.

Sebagai contoh, urutan berikut:

Ala–Gly–Ser

mengandung tiga jenis asam amino yang sama dengan:

Ser–Gly–Ala

Namun, urutan peptida tersebut bukanlah urutan yang sama.

Posisi masing-masing sisa asam amino terhadap ikatan peptida berbeda-beda.

Oleh karena itu, daftar asam amino yang terdapat dalam sampel saja tidak cukup untuk mengidentifikasi peptida. Diperlukan pula pengetahuan mengenai urutan dan cara pengikatan asam amino tersebut.

Pada peptida linier dan siklik

Rantai peptida terbuka pada umumnya memiliki dua ujung, yang disebut sebagai Ujung N i Akhir C.

Ujung N mewakili salah satu ujung rangka peptida, sedangkan ujung C mewakili ujung lainnya. Urutan peptida biasanya ditulis mulai dari ujung N menuju ujung C.

Peptida siklik tipe head-to-tail, yaitu yang tertutup akibat penyambungan ujung-ujung rantai, mengandung ikatan rangka tambahan yang membentuk cincin.

Namun, tidak semua peptida siklik membentuk cincin dengan cara yang sama. Cincin tersebut juga dapat terbentuk dengan melibatkan rantai samping, dan beberapa molekul mengandung lebih dari satu jenis ikatan silang.

Istilah siklik Oleh karena itu, hal ini menggambarkan karakteristik arsitektur molekul, bukan satu cara universal untuk menyatukannya.

Kalata B1 merupakan contoh konkret peptida yang kerangka sikliknya telah dikonfirmasi, antara lain melalui penelitian pemecahan enzimatik, analisis urutan, dan struktur molekul. Molekul ini juga mengandung jembatan disulfida. Ikatan sulfur-sulfur tambahan ini secara kimiawi berbeda dari ikatan amida yang menghubungkan residu-residu dalam kerangka peptida. [6]

Ikatan peptida dan ikatan isopeptida

Dalam kerangka protein pada umumnya, ikatan peptida menghubungkan gugus amino utama dan gugus yang berasal dari gugus karboksil.

Ikatan amida, yang pembentukannya melibatkan kelompok fungsi rantai samping asam amino, sering disebut sebagai ikatan izopeptida.

Oleh karena itu, prinsip terpenting adalah menentukan atom-atom mana yang benar-benar telah terikat satu sama lain.

Kehadiran ikatan amida itu sendiri tidak secara otomatis berarti bahwa ikatan tersebut terdapat dalam rangka peptida yang khas. Di sisi lain, tidak semua ikatan silang dalam peptida atau protein merupakan ikatan amida — jembatan disulfida dan modifikasi kovalen lainnya memiliki sifat kimia yang berbeda.

Bagi pemula, titik awal yang paling berguna adalah ikatan peptida biasa yang terdapat dalam rangka molekul. Ikatan yang lebih khusus kemudian dapat dianggap sebagai varian berbeda dari organisasi molekuler.

Berapa banyak ikatan peptida yang terdapat dalam rantai tersebut?

Rantai tunggal yang terbuka dan tidak bercabang yang terdiri dari Setiap sisa asam amino memiliki n − 1 ikatan peptida dalam rangkaiannya.

Artinya:

• dipeptida memiliki 2 gugus dan 1 ikatan peptida;
• tripeptida memiliki 3 residu dan 2 ikatan peptida;
• tetrapeptida memiliki 4 residu dan 3 ikatan peptida;
• pentapeptida memiliki 5 residu dan 4 ikatan peptida;
• Rantai terbuka yang terdiri dari 10 residu memiliki 9 ikatan peptida.

Hubungan ini secara langsung disebabkan oleh cara molekul tersebut terikat: setiap gugus yang ditambahkan memperpanjang rantai yang sudah ada melalui satu ikatan rangka tambahan.

Yang sesuai dengannya rantai siklik tipe head-to-tail mengandung n ikatan peptida dalam rangkaiannya, karena ikatan tambahan tersebut menutup cincin.

Namun, asumsi-asumsi ini cukup penting. Cabang-cabang, ikatan rantai samping yang tidak lazim, adanya beberapa rantai, ikatan isopeptida, atau unsur-unsur rangka selain ikatan amida memerlukan analisis yang lebih mendalam.

Jumlah sisa asam amino itu sendiri tidak selalu cukup untuk menentukan semua ikatan kovalen yang ada dalam peptida atau protein kompleks.

Bagaimana ikatan peptida menghubungkan asam amino?

Dari asam amino bebas hingga gugus asam amino

Asam amino bebas dan gugus yang sesuai di dalam peptida saling terkait, tetapi tidak menggambarkan keadaan kimia yang persis sama.

Ketika suatu asam amino dimasukkan ke dalam peptida, gugus fungsionalnya ikut berperan dalam ikatan yang membentuk rantai tersebut.

Sebagai contoh, penggabungan glisin dan alanin dalam urutan tertentu akan menghasilkan glisilalanin. Membalik urutannya akan menghasilkan alanilglisin.

Jenis-jenis asam amino memang sama, tetapi letak dan lingkungan kimianya berbeda.

Hal ini menunjukkan mengapa urutan peptida mengandung lebih banyak informasi daripada sekadar daftar komponen-komponennya.

Pembentukan ikatan dapat diteliti secara langsung. Stachelhaus dan rekan-rekannya menganalisis komponen-komponen sistem sintesis peptida non-ribosom dan menunjukkan bahwa perubahan residu yang terletak di lokasi katalitik yang diusulkan menghambat reaksi kondensasi yang diteliti. Dengan demikian, eksperimen ini mengaitkan pembentukan produk peptida tertentu dengan kerja mesin molekuler tertentu. [7]

Persamaan kondensasi merupakan model keseimbangan reaksi

Dalam kimia dasar, pembentukan peptida sering digambarkan dengan persamaan berikut:

asam amino + asam amino → dipeptida + air

Persamaan tersebut menunjukkan perbedaan komposisi antara molekul-molekul bebas pada awal reaksi dan produk hasil reaksi.

Hal ini berguna untuk memahami hubungan kimiawi antara substrat dan produk.

Namun, hal ini tidak boleh diartikan sebagai mekanisme sintesis protein yang lengkap di dalam sel hidup.

Asam amino bebas tidak sekadar berbaris berdampingan dalam air, tidak melepaskan molekul air secara spontan, dan tidak membentuk urutan protein tertentu dengan sendirinya.

Sintesis biologis memerlukan substrat yang teraktivasi, mesin molekuler yang terorganisir, informasi yang menentukan urutan, serta proses persiapan yang membutuhkan energi.

Oleh karena itu, penting untuk membedakan antara persamaan kimia ringkas a mekanisme reaksi.

Persamaan tersebut menggambarkan komposisi awal dan akhir. Mekanisme tersebut menjelaskan tahapan molekuler yang sebenarnya serta produk antara yang mengarah pada reaksi tersebut.

Eksperimen mengenai ribosom justru menyelidiki detail-detail mekanistik semacam itu, bukan sekadar mereproduksi persamaan kondensasi yang sudah diketahui. [3]

Bagaimana ribosom membentuk ikatan peptida?

Selama translasi, RNA pengangkut, yaitu tRNA, mengangkut asam amino serta rantai peptida yang sedang terbentuk di dalam ribosom.

Gugus amino dari asam amino yang baru disuplai bereaksi dengan ujung teraktivasi dari rantai yang sudah ada yang terikat pada tRNA, sehingga menyebabkan pemindahan peptida yang sedang terbentuk ke residu yang terikat pada tRNA baru.

Rantai peptida biasanya diperpanjang dari sisi Ujung C.

Aktivasi asam amino dan pengikatan mereka ke tRNA merupakan proses yang bergantung pada energi. Oleh karena itu, menggambarkan setiap ikatan peptida ribosom sebagai ikatan yang terbentuk secara langsung antara dua asam amino bebas atau sebagai sekadar „penghilangan air” oleh ribosom akan menjadi penyederhanaan yang berlebihan.

Weinger dan rekan-rekannya memodifikasi gugus kimia pada substrat tRNA dan mengamati penurunan yang signifikan dalam pembentukan ikatan peptida tanpa disertai penurunan ikatan substrat yang sebanding. Hasil ini memberikan bukti bahwa katalisis yang didukung oleh substrat, di mana sifat kimia substrat itu sendiri turut berperan dalam jalannya reaksi. [3]

Dengan demikian, eksperimen tersebut menunjukkan peran mekanistik kimia tRNA, dan bukan semata-mata fungsinya sebagai pembawa pasif.

Pembentukan ikatan peptida memiliki arah tertentu

Sintesis protein adalah proses yang bersifat terarah.

Karena rantai yang sedang tumbuh diperpanjang dari sisi C-terminus, urutan tersebut terbentuk dalam orientasi tertentu.

Hal ini berkaitan dengan konvensi umum dalam penulisan urutan peptida dan protein mulai dari Dari ujung N ke ujung C.

Namun, arah tersebut bukanlah sekadar konvensi penulisan. Pembalikan urutan biasanya menghasilkan molekul yang berbeda, karena setiap gugus akan menempati posisi yang berbeda terhadap unsur-unsur lain dalam rantai.

Cara lain untuk membentuk ikatan serupa

Ikatan peptida juga dapat terbentuk di luar ribosom.

Khusus sistem enzim non-ribosom memproduksi beberapa peptida, sedangkan sintesis peptida di laboratorium memanfaatkan bahan-bahan yang telah diaktifkan dan reaksi pengikatan yang terkendali.

Rute-rute tersebut berbeda dalam hal organisasi, substrat, kondisi reaksi, dan mekanisme katalitik.

Proses-proses tersebut tidak boleh dianggap sama hanya karena produk akhirnya mengandung ikatan amida.

Penelitian mengenai pembentukan ikatan non-ribosom serta sintesis kimia BPTI merupakan contoh dari cara-cara produksi yang berbeda tersebut. [7] [5]

Cara pembuatannya sendiri juga tidak menentukan apakah molekul tersebut merupakan peptida atau protein. Sintesis kimia dapat menghasilkan bahan yang sesuai dengan peptida atau protein yang terdapat secara alami, asalkan urutan dan ciri-ciri struktural penting lainnya telah ditentukan dengan benar.

Ikatan peptida dan ikatan lain dalam protein

Ikatan kerangka dan interaksi yang menyebabkan pembentukan lipatan

Ikatan peptida menjaga urutan asam amino yang terikat tetap utuh.

Sementara itu, interaksi lainnya membantu menentukan bagaimana urutan tersebut tersusun dalam ruang tiga dimensi atau bagaimana rantai peptida yang berbeda saling berinteraksi satu sama lain.

Ikatan hidrogen terbentuk di antara donor dan akseptor hidrogen yang sesuai. Di dalam rangka peptida, atom oksigen pada gugus karbonil dapat berfungsi sebagai akseptor, sedangkan banyak gugus amida N–H dapat bertindak sebagai donor.

Amida nitrogen biasanya tidak dianggap sebagai akseptor ikatan hidrogen, karena pasangan elektron bebasnya turut berperan dalam konfigurasi elektron gugus amida.

Kelompok peptida yang mengandung prolin juga memerlukan perhatian khusus, karena nitrogen dalam rantai utamanya tidak memiliki atom hidrogen N–H yang biasa.

Gugus yang mengandung ikatan peptida dapat ikut serta dalam pembentukan ikatan hidrogen, tetapi ikatan peptida dan ikatan hidrogen adalah jenis ikatan yang berbeda.

Salah satunya membentuk ikatan kovalen antara gugus amino. Yang lainnya berperan dalam interaksi di dalam molekul atau antar molekul.

Penelitian terhadap peptida CLN025 yang pendek dan berlipat ini menganalisis struktur yang distabilkan, antara lain, oleh ikatan hidrogen dan interaksi intramolekuler lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa pelipatan dapat terjadi tanpa membentuk urutan kerangka baru. [8]

Jembatan disulfida menghubungkan rantai samping yang mengandung belerang

Jembatan disulfida adalah ikatan kovalen antara atom belerang dan belerang, yang paling sering terbentuk di antara rantai samping sistein.

Mereka dapat menghubungkan bagian-bagian yang berjauhan dari rantai peptida yang sama atau rantai-rantai yang berbeda.

Ikatan tersebut bukanlah ikatan peptida dan tidak terdapat pada semua protein.

Pembentukan atau pemutusan ikatan disulfida dapat secara signifikan mengubah susunan spasial molekul tanpa harus memotong rangka peptida molekul tersebut.

Dalam penelitian mengenai sintesis BPTI, disiapkan urutan alami serta analog yang dirancang untuk mengubah kemampuan pembentukan jembatan disulfida. Bahan dengan urutan alami tersebut dibandingkan dengan BPTI alami menggunakan metode analitis dan fungsional. Abstrak publikasi tersebut tidak mengonfirmasi semua implikasi struktural terkait analog-analog tersebut, sehingga perbedaan yang diusulkan tidak boleh disajikan sebagai hasil yang sepenuhnya pasti. [5]

Interaksi ionik dan hidrofobik

Gugus-gugus bermuatan dapat saling menarik atau tolak-menolak, sehingga memengaruhi susunan spasial molekul.

Sebaliknya, wilayah non-polar berinteraksi dengan lingkungan perairan dengan cara yang dapat mendukung penyembunyiannya di dalam struktur, asosiasi, atau agregasi. Fenomena ini sering dibahas dalam konteks efek hidrofobik.

Interaksi-interaksi ini mungkin sangat penting bagi pembentukan lipatan protein, namun interaksi hidrofobik bukanlah ikatan kovalen baru di antara asam amino.

Oleh karena itu, tidak tepat jika semua gaya yang menstabilkan protein disebut sebagai ikatan peptida.

Setiap jenis interaksi juga dapat bereaksi secara berbeda terhadap suhu, pelarut, keasaman, kondisi ionik, dan perubahan lingkungan lainnya. Dengan menentukan jenis ikatan atau interaksi mana yang mengalami perubahan, kita dapat memahami hasil eksperimen dengan lebih tepat.

Denaturasi tidak sama dengan hidrolisis

Denaturasi mengubah susunan struktural khas protein tersebut.

Hal ini dapat mengganggu pelipatan atau asosiasi molekul, namun pada saat yang sama tetap mempertahankan sebagian besar atau seluruh ikatan peptida agar tetap utuh.

Hidrolisis Sebaliknya, senyawa kimia tersebut mengalami perubahan melalui pemutusan ikatan yang rentan dalam reaksi yang melibatkan air.

Dalam kondisi tertentu, kedua proses tersebut dapat terjadi pada sampel yang sama, namun keduanya bukanlah istilah yang sama.

Dengan demikian, denaturasi protein tidak secara otomatis berarti perubahan protein tersebut menjadi peptida yang lebih pendek atau asam amino bebas.

Perbedaan ini juga terlihat dalam penelitian struktural. Dalam eksperimen mengenai kolagen yang telah mengalami pengembangan termal, telah diidentifikasi berbagai konfigurasi ikatan peptida cis dan trans yang terkait dengan prolin. Perubahan konfigurasi rangka kolagen merupakan fenomena yang berbeda dari pemecahan kimianya. [9]

Pembentukan, sifat, dan hidrolisis ikatan peptida

Stabilitas bergantung pada jenis reaksi yang dianalisis

Ikatan peptida cukup kuat untuk mempertahankan rantai biologis, namun pada saat yang sama organisme dapat secara selektif membentuk dan memecahnya.

Tidak ada kontradiksi di sini.

Kecepatan reaksi bergantung, antara lain, pada hambatan aktivasi dan keberadaan katalis, sedangkan apakah reaksi tersebut menguntungkan secara termodinamika merupakan masalah tersendiri.

Proses tersebut mungkin saja secara kimiawi dapat terjadi, tetapi tanpa katalisis yang memadai, proses tersebut akan berlangsung sangat lambat.

Di sisi lain, enzim dapat secara signifikan mempercepat reaksi tertentu dengan menyediakan jalur reaksi yang lebih menguntungkan.

Enzim tidak mengubah ikatan peptida menjadi jenis ikatan yang sama sekali berbeda. Enzim mengubah jalur yang dilalui reaksi kimia tersebut.

Juga tidak tepat jika menetapkan satu masa simpan yang berlaku umum untuk semua ikatan peptida, peptida, atau protein yang berada di dalam air.

Urutan, struktur lokal, ketersediaan ikatan, gugus kimia di sekitarnya, suhu, pH, komposisi larutan, serta keberadaan katalis dapat memengaruhi perilaku yang diamati.

Apa yang berubah akibat hidrolisis?

Hidrolisis memanfaatkan air dalam reaksi pemecahan ikatan amida secara kimiawi, yang menghasilkan gugus-gugus baru yang berasal dari gugus karboksil dan gugus amina.

Bentuk ioniknya yang tepat bergantung pada kondisi larutan di sekitarnya.

Pemisahan satu ikatan dalam rantai utama tidak secara otomatis menyebabkan terbentuknya asam amino bebas.

Jika ikatan peptida internal dalam rantai terbuka yang lebih panjang terputus, produk langsungnya biasanya berupa dua fragmen peptida yang lebih pendek.

Reaksi pemecahan lebih lanjut diperlukan untuk secara bertahap memendekkan fragmen-fragmen tersebut dan pada akhirnya melepaskan asam amino tunggal.

Penelitian struktural terhadap penisillopeptin menganalisis cara proteinase aspartil mengatur air dan gugus substrat dalam proses hidrolisis. Model reaksi yang diusulkan didasarkan pada pengamatan kristalografi dan pemodelan. Model ini memberikan informasi mengenai satu mekanisme enzimatik, tetapi tidak membuktikan bahwa setiap protease menggunakan cara katalisis yang identik. [4]

Hidrolisis dapat bersifat selektif

Protease dan peptidase berbeda dalam hal ikatan yang dikenali dan lingkungan molekulnya.

Beberapa enzim memotong ikatan yang terdapat di dalam rantai, sedangkan yang lain menghilangkan gugus pada ujung-ujungnya.

Urutan, struktur lokal, ketersediaan, dan gugus kimia di sekitarnya dapat memengaruhi apakah situs yang berpotensi rentan tersebut benar-benar akan terbelah.

Davidson dan Hutton meneliti enzim yang terkait dengan butiran penghasil insulin. Preparat yang telah dimurnikan tersebut menghilangkan gugus basa dari substrat yang berasal dari proinsulin, dan dalam uji yang dilakukan, preparat tersebut tidak menyebabkan penguraian lebih lanjut pada insulin yang sudah matang. [10]

Hal ini menunjukkan bahwa pengolahan biologis selektif, bukan pemutusan acak semua ikatan peptida.

Pemecahan selektif memiliki arti biologis yang penting, karena molekul prekursor yang lebih besar dapat diproses di lokasi tertentu, sehingga menghasilkan produk matang tertentu alih-alih mengalami degradasi secara acak.

Kondisi itu penting: dua contoh eksperimental

Kenley dan Warne meneliti interleukin 11 manusia hasil rekombinasi dalam kondisi stres yang sengaja diciptakan, termasuk suhu yang meningkat dan berbagai nilai pH.

Dalam lingkungan asam, mereka mengidentifikasi pemotongan pada titik tertentu antara Asp dan Pro. Hasil penelitian menunjukkan degradasi yang bergantung pada urutan asam amino dan kondisi, namun hasil ini tidak boleh diartikan sebagai prinsip universal yang menggambarkan perilaku semua protein dalam kondisi biologis yang umum. [11]

Dalam penelitian lain, diamati fragmentasi peptida usus vasoaktif yang diberi radioiodin dalam larutan encer dengan pH netral. Fragmen-fragmen serupa yang lebih pendek tidak menunjukkan degradasi yang dapat diukur dalam kondisi eksperimental yang sama, dan penambahan zat ke dalam larutan memengaruhi hasilnya. [12]

Kedua penelitian tersebut menunjukkan mengapa stabilitas ikatan peptida perlu dibahas dalam kaitannya dengan molekul tertentu, urutan, lingkungan, dan kondisi eksperimental, alih-alih berasumsi bahwa nilai pH atau suhu tertentu akan menyebabkan perilaku yang sama pada setiap peptida.

Mengapa ikatan peptida penting secara biologis?

Ikatan peptida mempertahankan urutan residu asam amino yang menentukan rantai peptida atau rantai protein.

Geometri rantai tersebut membatasi kemungkinan susunan spasial rantai, sedangkan gugus karbonil dan gugus yang mengandung nitrogen, yang terdapat dalam rangka peptida, turut berperan dalam interaksi molekuler.

Pembentukan ikatan peptida yang terkendali memungkinkan sintesis peptida dan protein.

Pemisahan ikatan-ikatan ini secara terkendali berperan dalam pemrosesan prekursor, pencernaan, perputaran protein, jalur regulasi, dan degradasi akhir molekul.

Jadi, jenis ikatan kimia dasar yang sama berperan dalam beberapa tingkatan organisasi biologis.

Pembentukannya menentukan kesinambungan urutan tersebut.

Struktur elektronnya memengaruhi geometri kerangka molekulnya.

Gugus kimia yang terdapat di dalamnya berperan dalam interaksi molekuler.

Pemecahan selektifnya memungkinkan sistem biologis untuk memproses dan membuang protein serta peptida.

Fungsi-fungsi ini menggabungkan kimia molekuler dengan biologi. Bukti-bukti tersebut berasal, antara lain, dari perhitungan struktur elektron, pengukuran struktural, penelitian enzimatik, sintesis kimia, dan eksperimen yang memanfaatkan sistem biologis secara utuh. Masing-masing metode ini menunjukkan aspek yang berbeda dari mekanisme tersebut dan tidak boleh digunakan untuk menarik kesimpulan yang melampaui proses yang sebenarnya diteliti. [2] [3] [10]

Pertanyaan yang sering diajukan

1. Apakah ikatan peptida bersifat kovalen?

Ya. Ikatan peptida adalah ikatan amida kovalen antara gugus-gugus yang berasal dari asam amino. Atom karbon dan atom nitrogen berbagi elektron, yang memastikan kesinambungan kimiawi rantai peptida. Penelitian struktur elektron menganalisis bagaimana pembagian elektron ini dipengaruhi oleh gugus karbonil yang berdekatan dan bagaimana hal tersebut berkontribusi terhadap sifat-sifat khas ikatan amida. Namun, istilah „kovalen” tidak berarti bahwa ikatan tersebut tidak dapat diputus. Dalam kondisi kimia yang tepat atau dengan keterlibatan enzim, ikatan tersebut dapat mengalami hidrolisis. Yang terpenting adalah membedakan bahwa ikatan peptida secara kimiawi menyatukan gugus-gugus menjadi satu molekul, bukan sekadar menimbulkan tarikan antara molekul-molekul terpisah atau fragmen dari molekul yang sama. [1]

2. Mengapa ikatan peptida bersifat seperti ikatan rangkap?

Sifat parsial dari ikatan rangkap ini disebabkan oleh interaksi pasangan elektron bebas nitrogen dengan sistem elektron grup karbonil yang berdekatan. Hal ini menyebabkan delokalisasi kepadatan elektron di dalam grup amida. Penelitian komputasional menganalisis peran fenomena ini dalam rantai ikatan peptida. Struktur resonansi yang digunakan untuk menjelaskannya merupakan cara alternatif dalam menggambarkan struktur elektron yang sama, bukan molekul terpisah yang berubah satu sama lain. Selain itu, nilai numerik yang menggambarkan urutan ikatan juga dapat bergantung pada metode analitis yang digunakan. Konsekuensi struktural terpentingnya adalah pembatasan rotasi di sekitar ikatan C–N dibandingkan dengan ikatan tunggal tipikal yang dapat berputar bebas. [1]

3. Atom-atom mana saja yang membentuk ikatan peptida?

Dalam kerangka peptida yang umum, ikatan peptida menghubungkan atom karbon gugus karbonil dari satu rantai dengan atom nitrogen rantai berikutnya. Atom oksigen tetap menjadi bagian dari gugus karbonil dan tidak membentuk ikatan langsung antara dua sisa asam amino. Penelitian elektron dan struktural menganalisis atom-atom ini sebagai bagian dari gugus amida yang terkait, sekaligus membedakan ikatan-ikatan masing-masing. Oleh karena itu, saat mengidentifikasi ikatan peptida khas dalam rumus struktur, langkah awal yang berguna adalah menemukan ikatan C–N yang berbatasan langsung dengan gugus karbonil. [2]

4. Di bagian mana dalam protein ikatan peptida tersebut berada?

Ikatan peptida terdapat dalam kerangka setiap rantai protein dan menghubungkan sisa-sisa asam amino yang berdekatan. Ikatan ini berbeda dari ikatan silang antar rantai samping serta interaksi antar rantai yang terpisah. Sintesis kimia BPTI menunjukkan perbedaan ini dengan memisahkan pembentukan rangka dari pembentukan jembatan disulfida yang terjadi kemudian. Struktur tiga dimensi protein yang lengkap dapat mengandung berbagai jenis interaksi kovalen dan nonkovalen, oleh karena itu, identifikasi ikatan peptida memerlukan pelacakan rangka asam amino, bukan penghitungan semua garis atau sambungan yang ditampilkan pada model molekul. [5]

5. Apakah setiap ikatan amida merupakan ikatan peptida?

Tidak. Ikatan amida terdapat dalam berbagai senyawa organik, sedangkan istilah „ikatan peptida” mengacu pada ikatan tertentu yang berasal dari asam amino dalam peptida dan protein. Ikatan peptida tipikal pada rangka merupakan salah satu jenis struktur amida. Oleh karena itu, ikatan amida yang melibatkan rantai samping asam amino tidak boleh secara otomatis dikategorikan sebagai ikatan rangka biasa. Penelitian mengenai geometri peptida berfokus pada kelompok amida rangka yang terdefinisi dengan jelas, dan tidak menganggap semua amida yang mungkin sebagai senyawa yang identik secara kimia dan struktural. Nama yang tepat bergantung pada kelompok-kelompok yang terlibat serta posisinya dalam molekul. [2]

6. Berapa banyak ikatan peptida yang terdapat dalam tripeptida?

Tripeptida terbuka yang tidak bercabang pada umumnya mengandung dua ikatan peptida, karena tiga gugus tersebut memerlukan dua ikatan untuk membentuk satu rantai terbuka yang utuh. Hal ini disebabkan oleh hubungan umum n − 1 untuk rantai terbuka tipikal yang mengandung n sisa. Ini adalah perhitungan yang didasarkan pada struktur molekul, bukan hasil eksperimental atau informasi mengenai fungsi biologisnya. Jawaban akan berbeda jika ikatan rangka tambahan membentuk molekul menjadi cincin. Ikatan rantai samping dan ikatan kovalen lainnya harus dihitung secara terpisah. Oleh karena itu, sebelum menerapkan aturan umum, arsitektur molekul yang dianalisis harus ditentukan terlebih dahulu.

7. Apakah peptida siklik memiliki ikatan peptida tambahan?

Peptida siklik tipe head-to-tail memiliki satu ikatan rangka lebih banyak daripada rantai terbuka yang setara dengannya, karena ikatan amida tambahan menghubungkan kedua ujungnya dan menutup cincin tersebut. Namun, peptida siklik lainnya dapat membentuk cincin dengan melibatkan rantai samping, sehingga prinsip ini tidak secara otomatis berlaku untuk setiap molekul yang disebut sebagai siklik. Penelitian terhadap kalata B1 telah mengonfirmasi kasus spesifik kerangka siklik yang juga mengandung jembatan disulfida. Oleh karena itu, penutupan kerangka menjadi cincin serta pembentukan ikatan antar rantai samping harus dijelaskan secara terpisah saat menghitung ikatan dan menggambarkan arsitektur molekul. [6]

8. Apakah ikatan peptida selalu datar sempurna?

Tidak. Kelompok peptida secara umum berbentuk datar, tetapi mungkin terdapat penyimpangan yang dapat diukur dari geometri idealnya. Sebuah penelitian yang menggabungkan perhitungan mekanika kuantum dengan analisis data struktur peptida dan protein menunjukkan adanya distorsi kecil yang terkait dengan susunan lokal kerangka molekul. Pengamatan ini melengkapi model buku teks yang disederhanakan, namun tidak membuatnya menjadi tidak berguna. Karakter planaritas tetap menjadi preferensi struktural yang penting yang berasal dari susunan elektron gugus amida, namun analisis struktural yang akurat harus memperhitungkan perbedaan lokal yang khas bagi molekul tertentu. [2]

9. Apakah protein dapat melengkung, padahal rotasi di sekitar ikatan peptida terbatas?

Ya. Kerangka protein mengandung ikatan-ikatan lain yang di sekitarnya dapat terjadi perubahan sudut torsi. Oleh karena itu, rotasi terbatas di sekitar ikatan amida C–N tidak membekukan seluruh rantai. Analisis struktural membedakan sudut rotasi di sekitar ikatan kerangka yang berdekatan dari sudut yang terkait dengan ikatan peptida itu sendiri. Batasan sterik, interaksi kimia lokal, serta jenis residu yang berdekatan turut memengaruhi susunan mana yang secara energetik dan fisik memungkinkan. Oleh karena itu, protein bukanlah batang kaku maupun rantai yang terdiri dari elemen-elemen yang berputar sepenuhnya bebas. Strukturnya merupakan hasil dari kombinasi derajat kebebasan rangka yang terbatas dan relatif fleksibel. [2]

10. Apa itu ikatan peptida cis dan trans?

Istilah cis dan trans menggambarkan susunan spasial yang berbeda dari gugus-gugus yang terletak di kedua sisi ikatan peptida. Pada kerangka protein pada umumnya, konfigurasi trans lebih dominan. Ikatan peptida yang melibatkan prolin memerlukan perhatian khusus, karena konfigurasi cis lebih sering ditemukan pada kasus ini dibandingkan dengan banyak kombinasi residu lainnya. Dalam penelitian NMR terhadap kolagen yang telah mengalami denaturasi termal, kedua konfigurasi tersebut terdeteksi. Namun, hasil ini berlaku untuk protein tertentu dalam kondisi eksperimental tertentu dan tidak boleh diinterpretasikan sebagai nilai persentase universal yang berlaku untuk semua peptida dan protein. Istilah cis dan trans menggambarkan geometri ikatan peptida, bukan jenis ikatan kimia yang berbeda. [9]

11. Apakah air selalu langsung dilepaskan saat terbentuknya ikatan peptida?

Tidak. Persamaan yang dikenal yang menggambarkan pelepasan air menjelaskan hubungan kondensasi secara keseluruhan di antara gugus fungsi bebas, tetapi tidak menggambarkan setiap mekanisme sebenarnya dari pembentukan ikatan peptida. Sintesis ribosom menggunakan substrat teraktivasi yang terikat pada tRNA, dan penelitian eksperimental menunjukkan keterlibatan kimia substrat dalam katalisis. Jalannya reaksi secara langsung pun lebih kompleks daripada sekadar penghilangan air dari dua asam amino yang terlarut bebas. Perbedaan antara keseimbangan reaksi secara keseluruhan dan mekanisme biologis yang sebenarnya mencegah perubahan persamaan pendidikan yang berguna menjadi deskripsi sintesis protein yang keliru. [3]

12. Apakah pencampuran asam amino dengan air akan menghasilkan protein?

Tidak. Campuran asam amino bebas tidak secara otomatis membentuk urutan protein tertentu. Pembentukan peptida yang terkendali memerlukan reaksi kimia yang tepat, serta, di dalam sel, mesin sintesis yang terorganisir yang mampu mengendalikan urutan asam amino dan membentuk ikatan. Eksperimen mengenai perakitan peptida non-ribosom menunjukkan bahwa gangguan pada elemen katalitik tertentu dapat menghambat pembentukan produk peptida yang diteliti. Hasil ini berkaitan dengan sistem biosintesis tertentu, tetapi menunjukkan prinsip yang lebih luas: kehadiran bahan pembangun molekuler saja tidak cukup. Pembentukan urutan yang telah ditentukan memerlukan pembentukan ikatan molekuler yang terkendali. [7]

13. Apakah ikatan peptida sama dengan ikatan hidrogen?

Tidak. Ikatan peptida adalah ikatan kovalen dalam rangka molekul, sedangkan ikatan hidrogen adalah interaksi antara donor dan akseptor hidrogen yang sesuai. Gugus kimia yang terdapat dalam rangka peptida dapat berperan dalam pembentukan ikatan hidrogen tanpa menimbulkan ikatan peptida tambahan. Penelitian terhadap dekapeptida berlekuk CLN025 menganalisis ikatan hidrogen dan interaksi lain yang berperan dalam menstabilkan strukturnya. Perbedaan ini memisahkan ikatan yang mendefinisikan urutan kovalen dasar rantai dari interaksi yang membantu rantai yang telah terikat untuk mengatur dirinya dalam ruang tiga dimensi. [8]

14. Apakah jembatan disulfida merupakan salah satu jenis ikatan peptida?

Tidak. Jembatan disulfida adalah ikatan kovalen antara atom belerang dan belerang, yang biasanya terbentuk di antara rantai samping sistein. Sebaliknya, ikatan peptida adalah ikatan amida yang menghubungkan gugus-gugus yang berasal dari asam amino dalam rangka peptida. Penelitian sintesis BPTI memperlakukan pembentukan rangka dan pembentukan jembatan disulfida sebagai proses yang terpisah. Kedua jenis ikatan tersebut dapat memiliki peran penting bagi struktur molekul, tetapi menghubungkan atom yang berbeda dan terlibat dalam reaksi kimia yang berbeda pula. Oleh karena itu, pemutusan jembatan disulfida tidak harus memotong rangka peptida, sedangkan pemutusan ikatan peptida secara langsung mengubah kontinuitas urutan rantai. [5]

15. Apakah denaturasi protein menyebabkan terputusnya ikatan peptida?

Hal ini tidak diperlukan. Denaturasi berarti gangguan pada struktur protein yang biasanya berlekuk-lekuk atau berikat, dan menurut definisinya tidak memerlukan pemutusan ikatan peptida. Tergantung pada kondisi yang diterapkan, degradasi kimiawi dapat terjadi bersamaan dengan denaturasi, tetapi kedua proses tersebut tidak boleh secara otomatis disamakan. Dalam penelitian mengenai kolagen yang telah mengalami denaturasi termal, berbagai konfigurasi ikatan peptidanya tetap dianalisis. Rantai yang terurai dan rantai yang mengalami hidrolisis merupakan keadaan molekuler yang berbeda: yang pertama terutama berkaitan dengan organisasi tiga dimensi, sedangkan yang kedua berkaitan dengan perubahan ikatan kovalen. [9]

16. Apakah hidrolisis langsung menghasilkan asam amino bebas?

Tidak selalu. Hidrolisis satu ikatan peptida internal dalam rantai terbuka yang lebih panjang biasanya menghasilkan dua fragmen peptida yang lebih pendek. Reaksi pemecahan lebih lanjut diperlukan untuk secara bertahap mengurangi panjang fragmen-fragmen tersebut dan pada akhirnya melepaskan asam amino tunggal. Dalam penelitian eksperimental, fragmen-fragmen spesifik yang terbentuk setelah pemecahan ikatan peptida telah diidentifikasi, antara lain selama penelitian degradasi interleukin 11 dan peptida usus vasoaktif. Jenis produk yang dihasilkan bergantung pada lokasi pemotongan serta tingkat kemajuan hidrolisis. Oleh karena itu, istilah „terhidrolisis” tidak secara otomatis berarti bahwa peptida atau protein tersebut telah sepenuhnya diubah menjadi asam amino bebas. [11] [12]

17. Apakah semua ikatan peptida terurai dengan kecepatan yang sama?

Tidak. Laju pemecahan yang diamati bergantung pada urutan peptida, struktur molekul lokal, ketersediaan ikatan, gugus kimia di sekitarnya, komposisi larutan, suhu, pH, serta keberadaan katalis, seperti enzim proteolitik. Penelitian terhadap interleukin-11 dan peptida usus vasoaktif menunjukkan degradasi yang selektif dan bergantung pada kondisi, bukan perilaku yang seragam pada semua ikatan. Eksperimen-eksperimen ini tidak menentukan waktu stabilitas universal untuk peptida lainnya. Kesimpulan yang didukung secara ilmiah adalah bahwa stabilitas ikatan peptida harus dievaluasi berdasarkan molekul, lingkungan, dan reaksi tertentu, dan tidak dapat diprediksi semata-mata berdasarkan nama ikatannya. [11] [12]

18. Apa perbedaan antara ikatan peptida dan ikatan isopeptida?

Ikatan peptida yang umum dalam rangkaian rantai biasanya menghubungkan gugus utama yang berasal dari gugus karboksil satu residu dengan gugus amino utama residu berikutnya. Ikatan isopeptida juga merupakan ikatan amida, tetapi dalam pembentukannya terlibat setidaknya satu gugus fungsi yang terletak di luar susunan rangka yang khas, misalnya gugus yang sesuai pada rantai samping asam amino. Kedua jenis ikatan tersebut didasarkan pada kimia amida yang serupa, tetapi menempati posisi yang berbeda dalam arsitektur molekul. Perbedaan ini penting, karena penemuan ikatan amida saja tidak cukup untuk menyimpulkan bahwa ikatan tersebut merupakan bagian dari rangka peptida biasa.

19. Mengapa ikatan peptida penting bagi struktur protein?

Ikatan peptida mempertahankan urutan kovalen yang teratur dari gugus asam amino, sekaligus memberlakukan batasan geometris pada kerangka molekul. Sifat ikatan ganda parsialnya membatasi rotasi di sekitar ikatan amida C–N dan mendukung geometri gugus peptida yang relatif datar. Pada saat yang sama, gugus karbonil dan N–H pada kerangka molekul dapat berpartisipasi dalam pola ikatan hidrogen yang penting bagi struktur tingkat tinggi. Oleh karena itu, ikatan peptida tidak hanya menghubungkan asam amino — sifat elektronik dan geometrisnya juga membantu menentukan kemungkinan struktur rantai secara keseluruhan. [1] [2]

20. Apakah enzim dapat memutus ikatan peptida?

Ya. Protease dan peptidase dapat mengkatalisis hidrolisis ikatan peptida, tetapi tidak harus memotong semua ikatan tanpa pandang bulu. Enzim-enzim tertentu mengenali urutan, lingkungan struktural, atau posisi tertentu dalam rantai peptida. Penelitian struktural terhadap penicillopepsin menganalisis cara proteinase aspartil mengatur substrat dan air selama hidrolisis, sedangkan Davidson dan Hutton menunjukkan pemrosesan selektif terhadap substrat yang terkait dengan proinsulin. Contoh-contoh ini menunjukkan bagaimana sistem biologis dapat memecah ikatan peptida tertentu secara terkendali selama pemrosesan dan degradasi molekul. [4] [10]

Keterbatasan dalam menafsirkan penelitian mengenai ikatan peptida

Saat beralih dari dasar-dasar kimia ikatan peptida ke kesimpulan mengenai peptida dan protein yang sebenarnya, ada beberapa batasan yang perlu diperhatikan.

Pertama-tama, gugus peptida ideal yang dijelaskan dalam buku teks adalah model susunan struktural yang umum. Struktur molekul yang sebenarnya dapat menunjukkan penyimpangan yang dapat diukur dari planaritas dan geometri ideal. [2]

Kedua, stabilitas ikatan peptida tergantung pada konteksnya. Hasil eksperimen yang dilakukan pada suhu tinggi, pada nilai pH yang tidak lazim, pada konsentrasi yang sangat rendah, atau dengan adanya katalis tertentu, tidak boleh secara otomatis digunakan untuk memprediksi perilaku molekul dalam kondisi yang sama sekali berbeda. [11] [12]

Ketiga, enzim yang berbeda menggunakan mekanisme katalitik yang berbeda pula. Bukti yang menggambarkan hidrolisis yang dilakukan oleh satu proteinase aspartil tidak berarti bahwa semua protease memecah ikatan peptida dengan cara yang persis sama. [4]

Keempat, ikatan peptida dapat terbentuk melalui berbagai mekanisme. Translasi ribosom, biosintesis non-ribosom, dan sintesis kimia di laboratorium dapat menghasilkan ikatan amida, meskipun masing-masing menggunakan substrat dan mesin molekuler yang berbeda. [3] [7]

Kelima, perubahan struktur protein tidak boleh secara otomatis diartikan sebagai pemutusan ikatan peptida. Denaturasi, perubahan konformasi, transisi cis–trans, gangguan ikatan hidrogen, reduksi jembatan disulfida, dan hidrolisis ikatan peptida menggambarkan berbagai peristiwa molekuler.

Perbedaan-perbedaan ini penting karena istilah ikatan peptida menjelaskan jenis ikatan kovalen tertentu. Untuk memahami apa yang sebenarnya terjadi pada peptida atau protein, perlu ditentukan ikatan kimia atau interaksi molekuler mana yang mengalami perubahan.

Ringkasan

Ikatan peptida adalah ikatan amida kovalen yang menghubungkan gugus asam amino menjadi rantai peptida dan rantai protein. Meskipun ikatan ini sering digambarkan secara sederhana sebagai ikatan C–N dalam fragmen kerangka yang berulang –C(=O)–NH–, ikatan kimia mereka lebih kompleks daripada ikatan tunggal biasa yang dapat berputar bebas.

Delokalisasi elektron di dalam gugus amida memberikan ikatan C–N karakter ikatan rangkap parsial, sehingga membatasi rotasinya dan mendukung geometri gugus peptida yang kira-kira datar. Pada saat yang sama, kemampuan untuk berputar di sekitar ikatan kerangka yang berdekatan memungkinkan rantai peptida membentuk berbagai macam struktur tiga dimensi. [1] [2]

Ikatan peptida terdapat dalam rangka peptida dan protein pada umumnya, namun ikatan ini harus dibedakan dari ikatan hidrogen, jembatan disulfida, interaksi ionik, efek hidrofobik, serta ikatan rantai samping khusus, seperti ikatan isopeptida.

Proses-proses tersebut dapat terjadi akibat berbagai proses. Ribosom membentuk ikatan peptida selama translasi dengan menggunakan substrat yang diaktifkan dan terikat pada tRNA, sistem non-ribosom memanfaatkan mesin enzimatik khusus, sedangkan sintesis laboratorium didasarkan pada reaksi pengikatan kimia yang terkendali. [3] [7]

Proses pemecahannya juga sama pentingnya. Hidrolisis dapat memecah rantai peptida menjadi fragmen-fragmen yang lebih pendek, sedangkan protease dan peptidase memungkinkan organisme untuk melakukan proses ini secara selektif. Penelitian mengenai proteinase, pemrosesan proinsulin, degradasi interleukin-11, dan peptida usus vasoaktif menunjukkan bahwa pemecahan tersebut bergantung pada konteks molekuler serta kondisi eksperimental. [4] [10] [11] [12]

Jadi, prinsip terpentingnya sederhana saja:

Ikatan peptida menjamin kontinuitas kovalen rantai asam amino, sedangkan struktur elektronnya, pembentukan yang terkendali, dan pemecahan selektifnya menghubungkan kimia dasar dengan biologi peptida dan protein.

Pernyataan Penafian

Artikel ini bersifat murni edukatif serta ilmiah dan informatif. Artikel ini menjelaskan kimia ikatan peptida, struktur molekulnya, pembentukannya, hidrolisis, serta contoh-contoh yang diambil dari penelitian yang telah dipublikasikan. Artikel ini bukan merupakan saran medis, panduan pengobatan, petunjuk laboratorium, rekomendasi produk, maupun saran mengenai penggunaan peptida atau protein apa pun. Hasil penelitian komputasional, struktural, biokimia, penelitian pada hewan, serta eksperimen lainnya harus ditafsirkan sesuai dengan batasan dan kondisi masing-masing penelitian.

Referensi

1. Fedorov, D. G. (2024). Ikatan peptida: Resonansi meningkatkan urutan ikatan dan mempersulit fragmentasi. ChemPhysChem, 25(14), Artikel e202400170. https://doi.org/10.1002/cphc.202400170
2. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Distorsi ikatan peptida akibat planaritas: Wawasan baru dari perhitungan mekanika kuantum dan struktur kristal peptida/protein. PLOS ONE, 6(9), Pasal e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
3. Weinger, J. S., Parnell, K. M., Dorner, S., Green, R., & Strobel, S. A. (2004). Katalisis yang dibantu substrat dalam pembentukan ikatan peptida oleh ribosom. Nature Structural & Molecular Biology, 11(11), 1101–1106. https://doi.org/10.1038/nsmb841
4. James, M. N., & Sielecki, A. R. (1985). Analisis stereokimia hidrolisis ikatan peptida yang dikatalisis oleh proteinase aspartat penicillopepsin. Biokimia, 24(14), 3701–3713. https://doi.org/10.1021/bi00335a045
5. Ferrer, M., Woodward, C., & Barany, G. (1992). Sintesis fase padat dari inhibitor tripsin pankreas sapi (BPTI) dan dua analognya. Pendekatan kimia untuk mengevaluasi peran jembatan disulfida dalam pelipatan dan stabilitas protein. Jurnal Internasional Penelitian Peptida dan Protein, 40(3–4), 194–207. Catatan PubMed
6. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Penjelasan mengenai struktur primer dan tiga dimensi polipeptida uterotonik kalata B1. Biokimia, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
7. Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V., & Marahiel, M. A. (1998). Pembentukan ikatan peptida dalam biosintesis peptida nonribosom. Peran katalitik domain kondensasi. Jurnal Kimia Biologi, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773
8. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F., & Lovas, S. (2010). Sifat spektroskopi VCD dari miniprotein CLN025 yang membentuk struktur beta-hairpin dalam berbagai pelarut. Biopolimer, 93(5), 442–450. https://doi.org/10.1002/bip.21356
9. Sarkar, S. K., Young, P. E., Sullivan, C. E., & Torchia, D. A. (1984). Deteksi ikatan peptida cis dan trans X-Pro dalam protein menggunakan 13C NMR: penerapan pada kolagen. Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Amerika Serikat, 81(15), 4800–4803. https://doi.org/10.1073/pnas.81.15.4800
10. Davidson, H. W., & Hutton, J. C. (1987). Karboksipeptidase H pada butiran sekresi insulin. Pemurnian dan pembuktian keterlibatannya dalam pemrosesan proinsulin. Biochemical Journal, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
11. Kenley, R. A., & Warne, N. W. (1994). Hidrolisis ikatan peptida yang dikatalisis asam pada interleukin 11 manusia rekombinan. Penelitian Farmasi, 11(1), 72–76. https://doi.org/10.1023/a:1018945727640
12. Mody, R., Tramontano, A., & Paul, S. (1994). Hidrolisis spontan peptida vasoaktif usus dalam larutan air netral. Jurnal Internasional Penelitian Peptida dan Protein, 44(5), 441–447. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1994.tb00180.x