Ligação peptídica

Título de peptídeo

Em química orgânica, uma ligação peptídica é uma ligação química covalente do tipo amida que liga dois alfa-aminoácidos consecutivos de C1 (carbono número um) de um alfa-aminoácido e N2 (número de nitrogênio dois) de outro, ao longo de uma cadeia de peptídeo ou proteína.

Também pode ser chamada de ligação eupeptídica para distingui-la de uma ligação isopeptídica, que é outro tipo de ligação amida entre dois aminoácidos.

Síntese

Formação de ligação peptídica através da reação de desidratação

Quando dois aminoácidos formam um dipeptídeo através de uma ligação peptídica, é um tipo de reação de condensação. Nesse tipo de condensação, dois aminoácidos se aproximam, com a porção de ácido carboxílico de cadeia não lateral (C1) de um chegando perto da porção de amino de cadeia não lateral (N2) do outro. Um perde um hidrogênio e oxigênio de seu grupo carboxila (COOH) e o outro perde um hidrogênio de seu grupo amino (NH₂). Esta reação produz uma molécula de água (H₂O) e dois aminoácidos unidos por uma ligação peptídica (−CO−NH−). Os dois aminoácidos unidos são chamados de dipeptídeo.

A ligação amida é sintetizada quando o grupo carboxila de uma molécula de aminoácido reage com o grupo amino da outra molécula de aminoácido, causando a liberação de uma molécula de água (H₂O), portanto, o processo é uma reação de síntese de desidratação.

A condensação desidratação de dois aminoácidos para formar uma ligação peptídica (vermelho) com expulsão de água (azul)

A formação da ligação peptídica consome energia, que, nos organismos, é derivada do ATP. Peptídeos e proteínas são cadeias de aminoácidos mantidas juntas por ligações peptídicas (e às vezes por algumas ligações isopeptídicas). Os organismos usam enzimas para produzir peptídeos não ribossomais e ribossomos para produzir proteínas por meio de reações que diferem em detalhes da síntese por desidratação.

Alguns peptídeos, como a alfa-amanitina, são chamados de peptídeos ribossômicos, pois são produzidos pelos ribossomos, mas muitos são peptídeos não ribossomais, pois são sintetizados por enzimas especializadas em vez de ribossomos. Por exemplo, o tripeptídeo glutationa é sintetizado em duas etapas a partir de aminoácidos livres, por duas enzimas: glutamato-cisteína ligase (forma uma ligação isopeptídica, que não é uma ligação peptídica) e glutationa sintetase (forma uma ligação peptídica).

Degradação

Uma ligação peptídica pode ser quebrada por hidrólise (adição de água). A hidrólise das ligações peptídicas na água libera 8–16 kJ/mol (2–4 kcal/mol) de energia de Gibbs. Esse processo é extremamente lento, com meia-vida a 25 °C entre 350 e 600 anos por ligação.

Nos organismos vivos, o processo é normalmente catalisado por enzimas conhecidas como peptidases ou proteases, embora haja relatos de hidrólise de ligação peptídica causada por tensão conformacional à medida que o peptídeo/proteína se dobra na estrutura nativa. Este processo não enzimático, portanto, não é acelerado pela estabilização do estado de transição, mas sim pela desestabilização do estado fundamental.

Espectros

O comprimento de onda de absorção de uma ligação peptídica é de 190–230 nm, o que a torna particularmente suscetível à radiação UV.

Isômeros cis/trans do grupo peptídico

Deslocalização significativa do par de elétrons solitários no átomo de nitrogênio dá ao grupo um caráter parcial de ligação dupla. A ligação dupla parcial torna o grupo amida planar, ocorrendo nos isômeros cis ou trans. No estado desdobrado das proteínas, os grupos peptídicos estão livres para isomerizar e adotar ambos os isômeros; no entanto, no estado dobrado, apenas um único isômero é adotado em cada posição (com raras exceções). A forma trans é predominantemente preferida na maioria das ligações peptídicas (proporção de aproximadamente 1000:1 em populações trans:cis). No entanto, os grupos de peptídeos X-Pro tendem a ter uma proporção aproximada de 30:1, presumivelmente porque a simetria entre os átomos C^α e C^δ da prolina torna os cis e trans isômeros quase iguais em energia, veja a figura.

Isomerização de uma ligação peptídica X-Pro. Cis e isômeros trans são à esquerda e à direita, respectivamente, separados pelos estados de transição.

O ângulo dihedral associado ao grupo peptide (definido pelos quatro átomos C^α-C'–N–C^α) é denotado ω ω - Sim.; ω ω = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =0∘ ∘ {displaystyle omega =0^{circ) para o isômero cis (conformação synperiplanar), e ω ω = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =180∘ ∘ {displaystyle omega =180^{circ }} para o isômero trans (conformação antiperiplanar). Os grupos amidos podem isomerizar sobre a ligação C'-N entre as formas cis e trans, embora lentamente (? ? ∼ ∼ 20.{displaystyle tau sim 20}segundos à temperatura ambiente). Os estados de transição ω ω = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =± ± 90∘ ∘ {displaystyle omega =pm 90^{circ }} exige que a ligação dupla parcial seja quebrada, de modo que a energia de ativação seja aproximadamente 80 kJ/mol (20 kcal/mol). No entanto, a energia de ativação pode ser baixada (e a isomerização catalisada) por mudanças que favorecem a forma uni-ligada, como colocar o grupo peptídeo em um ambiente hidrofóbico ou doar uma ligação de hidrogênio ao átomo de nitrogênio de um grupo de peptídeo X-Pro. Ambos os mecanismos de redução da energia de ativação foram observados em peptidyl prolyl isomerases (PPIases), que ocorrem naturalmente enzimas que catalisam a isomerização cis-trans de ligações peptídicas X-Pro.

O dobramento de proteínas conformacionais geralmente é muito mais rápido (normalmente 10–100 ms) do que a isomerização cis-trans (10–100 s). Um isômero não nativo de alguns grupos peptídicos pode interromper significativamente o dobramento conformacional, retardando-o ou impedindo-o de ocorrer até que o isômero nativo seja alcançado. No entanto, nem todos os grupos peptídicos têm o mesmo efeito no dobramento; isômeros não nativos de outros grupos peptídicos podem não afetar o dobramento.

Reações químicas

Devido à sua estabilização de ressonância, a ligação peptídica é relativamente não reativa em condições fisiológicas, ainda menos do que compostos semelhantes, como ésteres. No entanto, as ligações peptídicas podem sofrer reações químicas, geralmente através do ataque de um átomo eletronegativo ao carbono da carbonila, quebrando a dupla ligação da carbonila e formando um intermediário tetraédrico. Esta é a via seguida na proteólise e, mais geralmente, nas reações de troca N-O acil, como as das inteínas. Quando o grupo funcional que ataca a ligação peptídica é um tiol, hidroxila ou amina, a molécula resultante pode ser denominada ciclol ou, mais especificamente, tiaciclol, oxaciclol ou azaciclol, respectivamente.