A ligação peptídica explicada de forma simples

A ligação peptídica é a ligação covalente entre o grupo carboxilo de um aminoácido e o grupo amino de um segundo aminoácido. Durante a sua formação, é eliminada uma molécula de água, dando origem à unidade característica – CO – NH – . É precisamente esta ligação que constitui a estrutura química central d peptides es e das proteínas, sendo, por isso, fundamental para compreender como os aminoácidos individuais se organizam em moléculas biológicas de maior dimensão.

Para compreender a investigação Peptides, este princípio básico é particularmente importante, tal como demonstra o guia de investigação para principiantes peptides: o foco não está num único aminoácido, mas sim no número de aminoácidos ligados de forma ordenada numa cadeia. Os termos-chave também podem ser consultados rapidamente no glossário de péptidos. A seguir, explicamos, portanto, não só a formação da ligação peptídica, mas também a sua planaridade especial devido à ressonância, bem como a distinção clara em relação a termos como ligação amida, péptido, polipéptido e proteína.

Como se forma a ligação entre dois aminoácidos

Quando dois aminoácidos reagem entre si, o grupo α-carboxilo de um aminoácido liga-se ao grupo α-amino do outro. Isto dá origem à ligação peptídica característica, com a fórmula – CO – NH – . Após a reação, já não se fala de aminoácidos livres, mas sim de resíduos de aminoácidos que passaram a fazer parte de uma cadeia comum.

Do ponto de vista químico, trata-se de uma reação de condensação. O grupo OH provém do grupo carboxilo e um átomo de hidrogénio do grupo amino; juntos, são eliminados sob a forma de água. A partir de dois aminoácidos ligados, forma-se, assim, primeiro um dipéptido. Se forem unidos três aminoácidos, obtém-se um tripeptídeo e, com a repetição deste processo, podem formar-se cadeias mais longas.

É importante que, após a primeira ligação, nem todas as extremidades reativas sejam consumidas. Uma cadeia peptídica ainda possui uma extremidade amino livre, o N-terminal, e uma extremidade carboxilo livre, o C-terminal. Isto permite que sejam anexados aminoácidos adicionais. Desta forma, surgem oligopeptídeos, polipeptídeos e, finalmente, proteínas, com muitas ligações peptídicas ligadas em sequência.

Nos sistemas biológicos, no entanto, esta formação de ligações não ocorre simplesmente através da mistura espontânea de aminoácidos. A reação decorre através de intermediários ativados e é catalisada no ribossoma. Só estas etapas controladas tornam possível a montagem eficiente e ordenada das cadeias peptídicas. É possível verificar se, após a síntese, se verifica pureza e a formação correta da cadeia através de uma análise por HPLC em peptides. A sequência e as ligações corretas são confirmadas analiticamente através de um teste de identidade por LC-MS em peptides.

Por que razão a ligação peptídica é plana e quase não é rotável

A ligação peptídica não se comporta como uma ligação simples comum, livremente rotativa. A razão reside nas suas formas de ressonância: o par solitário de eletrões do azoto pode interagir com o grupo carbonilo. Consequentemente, os eletrões ficam deslocalizados entre o carbono do grupo carbonilo, o oxigénio e o azoto. Em termos simples, a densidade eletrónica está distribuída por vários átomos do grupo amida.

Esta ressonância confere à ligação C–N um caráter parcial de ligação dupla. Por conseguinte, é mais curta e significativamente menos móvel do que uma ligação simples C–N normal. Consequentemente, os átomos envolvidos no grupo peptídico situam-se aproximadamente num único plano. É precisamente por isso que se fala da planaridade da ligação peptídica.

A rotacionalidade limitada não significa que toda a cadeia peptídica seja rígida. A flexibilidade surge principalmente nas ligações simples adjacentes da estrutura principal. No entanto, em torno da própria ligação peptídica, a rotação é fortemente dificultada. Isto limita as possíveis disposições espaciais e, por conseguinte, influencia diretamente a estrutura d peptides es e proteínas.

Além disso, a disposição trans é muito mais comum nas ligações peptídicas do que a forma cis. Na configuração trans, as cadeias laterais vizinhas são geralmente mais favoráveis do ponto de vista estérico, uma vez que se interferem menos entre si. Esta propriedade aparentemente insignificante da ligação peptídica tem, portanto, grandes consequências estruturais: molda a estrutura principal do péptido e ajuda a determinar quais as dobras e conformações que são sequer possíveis. A forma como a pureza, os subprodutos e os indicadores de qualidade devem ser entendidos em relação à ligação peptídica é explicada no artigo «Compreender a pureza dos péptidos».

Ligação peptídica ou ligação amida: qual é a diferença?

Do ponto de vista químico, a ligação peptídica não é uma classe de ligação totalmente distinta, mas sim uma forma especial da ligação amida. A diferença reside principalmente no contexto e na terminologia.

Em resumo: todas as ligações peptídicas são ligações amida, mas nem todas as ligações amida são ligações peptídicas. O grupo funcional e o seu comportamento de ressonância são comparáveis; o que é específico da ligação peptídica é, acima de tudo, o facto de ligar aminoácidos em peptides es e proteínas.

Peptídeo, polipeptídeo, proteína: os termos claramente distinguidos

As designações que se seguem não descrevem diferentes tipos de ligações, mas sim o comprimento e a classificação funcional de uma cadeia constituída por aminoácidos. A ligação peptídica permanece a mesma ao longo de toda a cadeia.

Existe uma relação simples que ajuda a contar: uma cadeia de n aminoácidos contém exatamente n−1 ligações peptídicas. Uma cadeia de 10 aminoácidos tem, portanto, 9 ligações peptídicas. Esta regra aplica-se independentemente de se estar a falar de um péptido curto ou de uma proteína de grande dimensão.

Na prática da investigação, esta distinção é útil, pois termos como «dipéptido», «oligopéptido» ou «proteína» transmitem rapidamente informações sobre a estrutura e a escala. No contexto do site Research Peptides e no glossário «Research-peptide» disponível em 24Peptides, esta terminologia também facilita a classificação correta de uma substância, sem implicar um tipo diferente de ligação química.

Como é que a ligação peptídica é novamente clivada

O processo inverso à formação de ligações denomina-se hidrólise. Neste processo, é adicionada água à ligação peptídica, de modo a que a ligação entre o carbono carbonílico e o azoto seja novamente separada. Dependendo da situação, isto resulta em fragmentos peptídicos mais curtos ou, no caso de clivagem completa, novamente em aminoácidos livres.

Embora a reação seja simples de expressar numa equação, a clivagem de uma ligação peptídica é relativamente lenta sem catálise. A razão é a mesma que explica a sua planaridade: o efeito de ressonância (mesomérico) estabiliza o grupo amida. Como os eletrões estão deslocalizados e a ligação C–N apresenta um caráter parcial de dupla ligação, esta ligação é menos reativa do que uma ligação simples comum, o que também é relevante para a meia-vida do péptido na conceção experimental. A hidrólise decorre mais rapidamente em condições que facilitam a reação, quer a nível químico, quer biológico. Estas incluem meios ácidos ou básicos, temperaturas elevadas e enzimas. Nos sistemas biológicos, são as proteases e as peptidases, em particular, que desempenham esta função. Reduzem a barreira de ativação e permitem a clivagem direcionada em posições específicas de uma cadeia peptídica. É possível avaliar se as ligações e a estrutura permanecem estáveis em condições de armazenamento e experimentais através de um teste de integridade peptídica.

O benefício biológico é enorme: as proteínas podem ser decompostas, remodeladas ou recicladas de forma controlada e, quando necessário, podem ser gerados fragmentos mais pequenos a partir de cadeias mais longas. A clivagem enzimática das ligações peptídicas também desempenha um papel central na digestão. Do ponto de vista químico, o que mais importa é que a formação e a clivagem das ligações estão intimamente ligadas: a ligação peptídica é suficientemente estável para sustentar cadeias ordenadas, mas, em condições adequadas, ainda pode ser seletivamente acedida novamente.

É precisamente esta combinação de estabilidade e capacidade de clivagem controlada que torna a ligação peptídica um elemento fundamental da bioquímica. Qualquer pessoa que pretenda compreender peptides, os polipéptidos ou as proteínas no contexto da investigação Peptides não pode, portanto, ignorar a sua formação, as suas propriedades de ressonância e a sua hidrólise.