1.1 ¿Qué son los péptidos?
En su forma más simple, un péptido es una cadena corta de aminoácidos unidos en un orden específico. Cada aminoácido de la cadena está conectado al siguiente mediante un enlace químico llamado enlace peptídico. La secuencia de aminoácidos y la longitud de la cadena confieren a un péptido sus propiedades fisicoquímicas y comportamiento biológico específicos.
Los péptidos se pueden considerar como "miniproteínas". Las proteínas también son cadenas de aminoácidos, pero suelen ser mucho más largas y plegadas en estructuras tridimensionales grandes y complejas. Los péptidos suelen ser más cortos y, a menudo, más flexibles. Debido a su tamaño, los péptidos son más fáciles de sintetizar, modificar y tienen interacciones más específicas con receptores y enzimas.
En el organismo, los péptidos intervienen en:
- Comunicación y señalización de célula a célula.
- Regulación de enzimas y receptores.
- Soporte estructural en tejidos y matrices extracelulares.
- Mecanismos de defensa, como los péptidos antimicrobianos.
En el laboratorio, los péptidos sintéticos permiten a los investigadores:
- Sondear receptores específicos o vías de señalización.
- Segmentos modelo de proteínas más grandes.
- Estudia las relaciones estructura-función modificando aminoácidos individuales.
- Diseñar herramientas y materiales basados en péptidos.
1.2 Aminoácidos: Los bloques de construcción
Los aminoácidos son las unidades básicas que se unen para formar péptidos y proteínas. Todos los aminoácidos estándar comparten el mismo esqueleto central:
- Un grupo amino (NH 2 ).
- Un grupo carboxilo (COOH).
- Un átomo de hidrógeno.
- Una cadena lateral, normalmente denominada "grupo R".
La cadena lateral es lo que hace único a cada aminoácido. Algunas cadenas laterales tienen carga positiva, otras negativa, algunas polares y otras apolares. Estas diferencias determinan cómo se pliegan los péptidos, cómo interactúan con el agua, los lípidos, las membranas y otras moléculas, y su estabilidad o solubilidad en diferentes entornos.
La siguiente tabla enumera los 20 aminoácidos proteinogénicos estándar y destaca las propiedades básicas que son importantes en la ciencia de los péptidos.
| Aminoácido | Código de 3 letras | Código de 1 letra | Tipo de cadena lateral | Notas clave para el diseño de péptidos |
|---|---|---|---|---|
| Glicina | Gly | GRAMO | No polar (pequeño) | Muy flexible, se encuentra a menudo en curvas, reduce el impedimento estérico. |
| Alanina | Ala | A | No polar | Cadena lateral hidrófoba simple, a menudo utilizada como un "marcador de posición" neutral. |
| Valina | Val | V | No polar | De cadena ramificada, contribuye a la formación del núcleo hidrofóbico. |
| Leucina | Leu | L | No polar | Común en núcleos hidrófobos y segmentos transmembrana. |
| Isoleucina | Isla | I | No polar | De cadena ramificada, fuertemente hidrófobo, a menudo enterrado dentro de estructuras. |
| Prolina | Pro | PAG | No polar (rígido) | Impone curvas o dobleces en la columna vertebral, altera las hélices regulares. |
| fenilalanina | Phe | F | Aromático | Las interacciones de apilamiento hidrofóbicas y aromáticas influyen en los bolsillos de unión. |
| Tirosina | Tyr | Y | Aromático, polar | Puede formar enlaces de hidrógeno y participar en interacciones aromáticas. |
| Triptófano | Trp | O | Aromático | Voluminoso, absorbe fuertemente los rayos UV, importante para estudios de fluorescencia de proteínas. |
| Serina | Ser | S | Polar, sin carga | El grupo hidroxilo puede formar enlaces de hidrógeno y fosforilarse en proteínas. |
| Treonina | El | T | Polar, sin carga | Similar a la serina con un grupo metilo adicional, también un sitio de fosforilación. |
| Cisteína | Cis | do | Polar, que contiene azufre | Forma enlaces disulfuro que estabilizan la estructura, sensible a la oxidación. |
| Metionina | Conocí | METRO | No polar, que contiene azufre | A menudo, el aminoácido inicial en la síntesis de proteínas es susceptible a la oxidación. |
| Ácido aspártico | Áspid | D | Cargado negativamente | Introduce carga negativa, importante para los puentes salinos y la unión de metales. |
| Ácido glutámico | Pegamento | mi | Cargado negativamente | Cadena lateral más larga que Asp, a menudo vista en sitios de unión ácidos o de metales. |
| Lisina | Lis | K | Cargado positivamente | Cadena lateral larga, flexible y con carga positiva; a menudo expuesta al solvente. |
| Arginina | Arg | R | Cargado positivamente | Altamente básico, fuerte carga positiva, forma múltiples enlaces de hidrógeno. |
| Histidina | Su | H | Carga positiva (pH cercano a la neutralidad) | El anillo de imidazol puede cambiar la carga en función del pH fisiológico, lo cual es importante en los sitios activos. |
| Asparagina | Asociación | norte | Polar, sin carga | Cadena lateral de amida, forma enlaces de hidrógeno, que a menudo se encuentran en las superficies de las proteínas. |
| Glutamina | Gln | Q | Polar, sin carga | Similar al Asn con una cadena más larga, frecuentemente involucrado en redes de enlaces de hidrógeno. |
Al diseñar o evaluar un péptido, observar su composición de aminoácidos nos dice mucho sobre cómo podría comportarse: solubilidad, probabilidad de agregación, sensibilidad a la oxidación y con qué fuerza podría interactuar con las membranas o los receptores.
1.3 Enlaces peptídicos: cómo se unen los péptidos
Un enlace peptídico es un enlace covalente que se forma entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente. Esta reacción es de condensación: al formarse el enlace, se libera una molécula de agua.
Puntos clave sobre los enlaces peptídicos:
- El enlace peptídico es plano y presenta un carácter de doble enlace parcial. Esto restringe la rotación alrededor del enlace e impone restricciones geométricas a la estructura principal del péptido.
- La estructura principal de un péptido es un patrón repetitivo de unidades -N-Cα-C-, donde N es el nitrógeno del péptido, Cα es el carbono alfa y C es el carbono carbonilo.
- Los péptidos son direccionales. Por convención, el inicio es el extremo amino (grupo amino libre) y el final es el extremo carboxilo (grupo carboxilo libre).
En las células vivas, los ribosomas forman enlaces peptídicos utilizando plantillas de ARN mensajero. En la química sintética, los enlaces peptídicos se forman gradualmente sobre un soporte sólido utilizando aminoácidos protegidos y reactivos de acoplamiento. Aunque el entorno es diferente, la química básica (la formación de enlaces amida entre aminoácidos) es la misma.
1.4 Niveles de estructura en péptidos y proteínas
Comprender los niveles de estructura es esencial para interpretar cómo podría comportarse un péptido en solución o cuando interactúa con objetivos biológicos.
Estructura primaria
La estructura primaria es la secuencia lineal de aminoácidos desde el extremo N hasta el extremo C. La estructura primaria codifica toda la información necesaria para que un péptido o proteína se pliegue en estructuras de orden superior, aunque dicho plegamiento también está fuertemente influenciado por el entorno, el disolvente y los enlaces.
Estructura secundaria
La estructura secundaria se refiere a conformaciones regulares y locales de la cadena principal, estabilizadas principalmente por enlaces de hidrógeno. Las estructuras secundarias más comunes son:
- Hélices alfa: bobinas dextrógiras en las que se forman enlaces de hidrógeno de la cadena principal entre cada cuarto residuo.
- Láminas beta: hebras extendidas que se alinean una al lado de la otra y forman enlaces de hidrógeno entre hebras.
- Giros y bucles: curvas que conectan hélices y láminas y que a menudo contienen glicina o prolina.
Muchos péptidos sintéticos cortos permanecen mayoritariamente desordenados en solución, pero algunos están diseñados para adoptar hélices estables o estructuras beta, especialmente en entornos de membrana o en presencia de socios de unión específicos.
Estructura terciaria
La estructura terciaria es la disposición tridimensional completa de una sola cadena polipeptídica, incluyendo cómo se empaquetan las hélices, láminas y bucles. En proteínas de mayor tamaño, la estructura terciaria está altamente organizada y a menudo se estabiliza mediante interacciones hidrofóbicas, enlaces de hidrógeno, puentes salinos y, a veces, enlaces disulfuro.
Los péptidos cortos también pueden adoptar estructuras terciarias definidas, especialmente los péptidos cíclicos y los péptidos constreñidos por enlaces disulfuro o enlaces no naturales. Estas restricciones estructurales se utilizan a menudo para mejorar la estabilidad y la especificidad de unión en péptidos de investigación .
1.5 Péptidos vs. proteínas: ¿dónde está el límite?
No existe una frontera universal y estricta entre un «péptido» y una «proteína». La distinción es más práctica que absoluta, y cada campo puede establecer la línea en puntos ligeramente distintos.
Definiciones de trabajo comunes:
- Las cadenas muy cortas (de 2 a 10 aminoácidos) suelen denominarse dipéptidos, tripéptidos o péptidos cortos.
- Las cadenas de hasta aproximadamente 20 a 30 aminoácidos generalmente se consideran péptidos.
- Las cadenas de más de 30 a 50 aminoácidos suelen empezar a denominarse proteínas pequeñas o polipéptidos.
- Las moléculas grandes y plegadas con múltiples elementos y dominios de estructura secundaria casi siempre se denominan proteínas.
En la práctica, el término "péptido" se utiliza a menudo para secuencias que:
- Son fabricados sintéticamente.
- Son relativamente cortos y fáciles de manejar en síntesis en fase sólida.
- Se utilizan como herramientas, sondas o segmentos derivados de proteínas más grandes.
El concepto clave no es la etiqueta, sino la secuencia, el tamaño, la estructura y las propiedades fisicoquímicas. Un péptido de 25 aminoácidos puede comportarse de forma muy diferente a una proteína de 120 aminoácidos, incluso si ambos se dirigen al mismo receptor.
1.6 Péptidos lineales vs. cíclicos
La mayoría de los péptidos son lineales: los extremos N-terminal y C-terminal están libres, y la cadena puede adoptar diversas conformaciones en solución. Sin embargo, los péptidos también pueden ciclarse, formando una estructura de anillo mediante la unión del extremo N-terminal al C-terminal o mediante la unión de cadenas laterales (por ejemplo, entre dos cisteínas).
La ciclización tiene varios efectos importantes:
- Restringe la flexibilidad conformacional, lo que a menudo conduce a una mejor afinidad de unión y especificidad para ciertos objetivos.
- Puede proteger el péptido de las enzimas proteolíticas, mejorando la estabilidad.
- Puede alterar la solubilidad y la forma en que el péptido interactúa con las membranas o los receptores.
Los péptidos cíclicos se utilizan ampliamente en la investigación como modelos restringidos de bucles de proteínas, como inhibidores de interacciones proteína-proteína y como puntos de partida para diseñar moléculas basadas en péptidos más estables.
1.7 Clasificación de péptidos basada en el tamaño
Otra forma útil de analizar los péptidos es simplemente por su longitud. Si bien los límites son aproximados, se suele utilizar la siguiente clasificación:
| Clase | Longitud típica (aminoácidos) | Descripción de ejemplo | Características principales |
|---|---|---|---|
| Dipéptido | 2 | Dos aminoácidos unidos por un único enlace peptídico. | Extremadamente pequeño, utilizado para estudiar propiedades básicas de enlace y transporte. |
| Tripéptido | 3 | Tres aminoácidos, a menudo utilizados en estudios de transporte y metabolismo. | Aún es muy pequeño, pero comienza a aparecer un comportamiento dependiente de la secuencia. |
| Oligopéptido | 4 - 20 | Péptidos cortos con estructura secundaria limitada. | Comunes en la investigación como ligandos de receptores, sustratos enzimáticos y sondas. |
| Polipéptido | 20 - 50+ | Cadenas más largas que pueden adoptar estructuras secundarias estables. | A menudo se comportan más como proteínas pequeñas y pueden requerir condiciones de plegamiento cuidadosas. |
| Proteína | Generalmente > 50 | Grande, a menudo doblado en formas tridimensionales complejas. | Puede contener múltiples dominios, cofactores y amplias funciones reguladoras. |
Estas categorías son directrices, no reglas estrictas. En la ciencia y la fabricación de péptidos, las preguntas prácticas suelen ser:
- ¿Puede esta secuencia sintetizarse eficientemente y purificarse hasta alcanzar una alta pureza?
- ¿Permanecerá estable y soluble en condiciones realistas de almacenamiento y uso?
- ¿Su longitud y composición respaldan las interacciones deseadas en los modelos de investigación?
1.8 Resumen del Capítulo 1
En este capítulo tenemos:
- Se definió qué son los péptidos y cómo se relacionan con las proteínas.
- Revisé los 20 aminoácidos estándar y por qué son importantes sus cadenas laterales.
- Explicó la química y la direccionalidad de los enlaces peptídicos.
- Introdujo los conceptos de estructura primaria, secundaria y terciaria.
- Se discutió la distinción práctica entre péptidos y proteínas.
- Se compararon péptidos lineales y cíclicos y cómo la ciclización cambia el comportamiento.
- Se describen clases comunes basadas en la longitud, desde dipéptidos hasta proteínas.
Estos fundamentos sientan las bases para los siguientes capítulos, donde profundizaremos en cómo se sintetizan, purifican, prueban, almacenan y utilizan los péptidos en la investigación. El capítulo 2 comenzará con la síntesis de péptidos en fase sólida y la química que posibilita la fabricación moderna de péptidos a gran escala.
