Bioquímica estructural Péptidos

1. Bioquímica estructuralPéptidos

2. Esquema general.

3. PÉPTIDOS: ASPECTOS GENERALES. La unión de dos o más aminoácidos (AA) mediante enlaces amidaorigina lospéptidos. En los péptidos y en las proteínas, estos enlaces amida reciben el nombre de enlaces peptídicos y son el resultado de la reacción del grupo carboxilo de un AA con el grupo amino de otro, con eliminación de una molécula de agua (Figura de la izquierda). Cuando los AA se encuentran formando parte de una cadena polipeptídica se suelen denominar residuos, para diferenciarlos de su forma libre. Cuando el péptido está formado por menos de 15 AA se trata de un oligopéptido (dipéptido, tripéptido, etc.). Cuando contiene entre 15 y 50 AA se trata de un polipéptido y si el número de AA es mayor, se habla de proteínas. En los seres vivos se pueden encontrar proteínas formadas por más de 1000 AA.

4. PÉPTIDOS: ASPECTOS GENERALES. Independientemente de la longitud de la cadena polipeptídica, siempre habrá un grupo NH2 que no ha reaccionado (el extremo amino) y un grupo COOH que tampoco ha reaccionado (el extremo carboxilo). La formación de los enlaces peptídicos da lugar a la cadena principal o esqueleto de la proteína, en la que la unidad repetitiva básicaestá formada por el -NH-(del grupo amino), el Ca(con su hidrógeno y su cadena lateral) y el -CO-del grupo carboxilo (recuadro de color morado en la figura superior). A partir del esqueleto se proyectan las cadenas laterales, responsables de sus propiedades químicas.

5. PÉPTIDOS: ASPECTOS GENERALES. A la hora de nombrar un oligopéptido se considera como AA principal al que conserva el grupo carboxilo. El resto de los AA se nombran como sustituyentes, comenzando por el AA que ocupa el extremo amino. Por ejemplo, el tripéptido de la figura superior es Ser-Tyr-Cys se denominará seril-tirosil-cisteína. Para nombrar polipéptidos y proteínas, se recurre a nombres trivialesque, en la mayoría de los casos, hacen referencia a su función. Se denomina secuenciade un péptido o de una proteína al orden de los AA que lo integran. La secuencia viene determinada por: 1.- qué AA forman del péptido o proteína 2.- el orden en que están ensamblados.

6. PÉPTIDOS: ASPECTOS GENERALES. Los términos polipéptido y proteína no siempre son equivalentes, puesto que algunas proteínas están formadas por más de una cadena polipeptídica. Es el caso de la hemoglobina(Figura de la izquierda). En este caso: cada polipeptído no se considera como una proteína, sino como una subunidad de una proteína, y está representado de un color distinto en la figura el término proteína se refiere a la asociación funcional de las 4 subunidades .

7. El enlace peptídico. La unión de dos o más aminoácidos (AA) mediante enlaces amidaorigina lospéptidos. En los péptidos y en las proteínas, estos enlaces amida reciben el nombre de enlaces peptídicosy son el resultado de la reacción del grupo carboxilo de un AA con el grupo amino de otro, con eliminación de una molécula de agua.

8. El enlace peptídico. El enlace peptídico (-CO-NH-) se representa normalmente como un enlace sencillo. Sin embargo, posee una serie de características que loaproximan más a un doble enlace. Como el nitrógeno es menos electronegativo que el oxígeno, el enlace C-O tiene un 60% de carácter de doble enlace mientras que el enlace C-N tiene un 40%. Por tanto, los enlaces C-O y N-C del enlace peptídico tienen características intermedias entre el enlace sencillo y el enlace doble. De hecho, las distancias interatómicas medidas en los enlaces C-O y C-N son intermedias entre las del enlace sencillo y el doble enlace. Esta disposición atómica está estabilizada por resonancia, de forma que los seis átomos implicados en la formación del enlace peptídico están contenidos en el mismo plano .

9. El enlace peptídico. Otra consecuencia importante de la resonancia es que incrementa la polaridad del enlace peptídico y se establece un momento dipolar. Por este motivo, cada enlace peptídico puede participar en dos puentes de hidrógeno. En uno de ellos, el grupo -NH- actúa como donador de hidrógeno y en el otro, el grupo -CO- actúa como receptor de hidrógeno. Esta propiedad contribuye notablemente al plegamiento tridimensional de las proteínas. momento dipolar del enlace peptídico

10. El enlace peptídico. El carácter parcial de doble enlace impide la libre rotación del enlace que une los átomos de C y N en el enlace peptídico. Esta rigidez del doble enlace limita las posibilidades conformacionales de los péptidos. Existen dos configuraciones posibles: Configuración cis: los dos Ca se sitúan del mismo lado del doble enlace Configuración trans: los dos Ca se sitúan a distinto lado del doble enlace. Normalmente, la configuración trans está favorecida. Sólo en el caso de que el segundo AA del enlace peptídico sea la prolina puede resultar favorecida la configuración cis.

11. El enlace peptídico. Los péptidos sólo podrán cambiar de conformación mediante el giro en torno a los enlaces sencillos en los que intervienen los Ca tetraédricos. En cada AA, el Ca puede establecer dos ángulos de torsión con los planos de los dos enlaces peptídicos contiguos: los llamados f (phi)y y (psi): ángulo phi (f) es la rotación en torno al enlace Ca-N ángulo psi (y) es la rotación en torno al enlace C-Ca Como estos son los únicos grados de libertad que presenta la estructura, la conformación de la cadena polipéptídica queda completamente definida cuando se conocen los valores de y y de f para cada AA. En la estructura de un péptido o de una proteína, cada AA presenta un valor de f y otro de y determinados. Es el tamaño físico de los átomos o grupos de átomos presentes en las cadenas laterales el que determina los posibles valores que pueden adoptar los ángulos phi (f) y psi (y).

12. El enlace peptídico. Cuando se representan los valores de phi (f) y psi (y) de cada AA se obtiene la gráfica de Ramachandran, en la que se distinguen tres regiones con valores "permitidos" de los ángulos de torsión ya que no dan lugar a impedimentos estéricos en la estructura. Estas regiones corresponden a los dos tipos de elementos estructurales mayoritarios presentes en las proteínas: la estructura b y la a-hélice.

13. Propiedades de los péptidos. Los péptidos son estructuras intermedias entre los AA y las proteínas. Sus propiedades físicas y químicas suelen reflejar en mayor o menor medida las de los AA que lo componen. Sin embargo, al enmascararse mutuamente los grupos hidrofílicos (carboxilo y amina) que forman parte de los enlaces peptídicos, el carácter polar o apolar de los péptidos depende de la naturaleza de los grupos de las cadenas laterales de los AA que lo integran. Análogamente, los valores de pKa de los grupos ionizables a menudo se ven alterados por la proximidad de otros grupos polares.

14. Propiedades de los péptidos. Los péptidos presentan a menudo ciertas peculiaridades estructurales que no aparecen en las proteínas. Los grupos NH2 y COOH terminales pueden encontrarse bloqueados. Así, es frecuente encontrar grupos amino terminales que están acetilados o en forma de ácido piroglutámico (un residuo de Glu N-sustituído por su propia cadena lateral) y grupos carboxilo terminalesenforma de amidas. Este bloqueo de los grupos terminales confiere al péptido resistencia frente a exopeptidasas. Un ejemplo de péptido que presenta estas modificaciones es la hormona liberadora de tirotropina (TRH): piroglutamil-histidil-prolinamida.

15. Propiedades de los péptidos. En hongos y bacterias pueden encontrarse péptidos cíclicos, en los que pueden aparecer algunos AA de la serie D, como es el caso del antibiótico gramicidina S cuya secuencia es: —[L-Val - L-Orn - L-Leu - D-Phe - L-Pro]2—

16. Funciones de los péptidos. En los animales superiores llama la atención el hecho de cómo unos pocos AA que no presentan actividad alguna en forma aislada son capaces de desencadenar respuestas biológicas tan intensas. Los péptidos se producen generalmente mediante la hidrólisis de proteínas precursoras, aunque en hongos y bacterias existen sistemas de síntesis peptídica no ribosómica, en los cuales los AA son activados a través de una vía diferente. Entre las funciones biológicas más importantes que realizan los péptidos podemos destacar las siguientes: AGENTES VASOACTIVOS HORMONAS NEUROTRANSMISORES ANTIBIÓTICOS ANTIOXIDANTES

17. Funciones de los péptidos:1.- Agentes Vasoactivos. Angiotensina II El agente hipertensor más potente que se conoce es la angiotensina II, un octapéptido que se origina mediante la hidrólisis de una proteína precursora que se llama angiotensinógeno, y que no tiene actividad vasopresora. Otros péptidos son agentes hipotensores (tienen actividad vasodilatadora). Uno de los mejor conocidos es la bradiquinina, un nonapéptido que se origina mediante la hidrólisis de una proteína precursora que se llama quininógeno. Bradiquinina

18. Funciones de los péptidos:2.- Hormonas. Las hormonas son señales químicas que ejercen su acción sobre órganos y tejidos situados lejos del lugar donde se han sintetizado. Muchas hormonas tienen estructura peptídica, como por ejemplo: Oxitocina: nonapéptido (CYIQNCPLG) segregado por la hipófisis. Provoca la contracción uterina y la secreción de leche por la glándula mamaria, facilitando el parto y la alimentación del recién nacido Vasopresina: nonapéptido (CYFQNCPRG) que induce la reabsorción de agua en el riñón (también se llama hormona antidiurética) Somatostatina: tetradecapéptido que inhibe la liberación de la hormona del crecimiento Insulina: Hormona compuesta por 51 AA sintetizada en el páncreas. Estimula la aborción de glucosa por parte de las células. Su ausencia es causa de diabetes. La insulina fue el primer péptido que se secuenció por métodos químicos. Por ese trabajo, Frederick Sanger recibió el Nobel de Química en 1958. Está formada por dos cadenas polipeptídicas unidas entre sí mediante tres puentes disulfuro. Glucagón: Hormona compuesta por 29 AA liberada por el páncreas cuando los niveles de azúcar en sangre son altos. Hace que en el hígado, el glucógeno se hidrolice para generar glucosa. Sus efectos son los contrarios a los de la insulina.

19. Funciones de los péptidos:3.- Neurotransmisores. Los neurotransmisores son señales químicas producidas en un terminal nervioso presináptico, y que a través de un receptor específico ejercen su acción sobre la neurona post-sináptica. Son neurotransmisores peptídicos las encefalinas (pentapéptido), las endorfinas (pentapéptido)y la sustancia P (undecapéptido).

20. Funciones de los péptidos:4.- Antibióticos. La valinomicina y la gramicidina S son dos péptidos cíclicos con acción antibiótica. Los dos contienen aminoácidos de la serie D, además de otros aminoácidos no proteicos. La valinomicina es un ionóforo: es capaz de transportar iones potasio a través de las membrana biológicas.

21. Funciones de los péptidos:5.- Antioxidantes. El glutation (H-g-Glu-Cys-Gly-OH) es un tripéptido que actúa como antioxidante celular. Reduce las especies reactivas del oxígeno (como el peróxido de H) gracias a la enzima glutatión peroxidasa, la cual cataliza la siguiente reacción: H2O2 + 2GSH GSSG + 2 H2O

22. Secuenciación los péptidos.

23. Secuenciación los péptidos.

24. Secuenciación los péptidos.

25. Secuenciación los péptidos. Esquema general

26. Secuenciación los péptidos. Determinación de puentes disulfuro.

27. Síntesis química de péptidos. Esquema general