Peptídeos e aminoácidos para iniciantes: Entendendo o básico

---

O que são peptídeos?

Peptídeos são pequenas cadeias de aminoácidos que compartilham uma composição semelhante à das proteínas. A principal diferença reside em seu comprimento: os peptídeos geralmente consistem de 2 a 100 aminoácidos, embora algumas definições estabeleçam o limite superior em 50 aminoácidos. As proteínas, por outro lado, são geralmente mais longas, consistindo em mais de 100 aminoácidos. Vale ressaltar que a distinção entre peptídeos e proteínas pode ser um tanto arbitrária, com definições variáveis ​​dependendo do contexto.

Imagine os peptídeos como cadeias de “pérolas” com formatos únicos, onde as “pérolas” representam os 20 aminoácidos proteinogênicos comumente encontrados na natureza. Esses aminoácidos podem ser organizados em inúmeras combinações, com a capacidade de se repetirem em qualquer frequência. Por exemplo, no colágeno — uma proteína estrutural essencial na pele, cartilagem e tendões — o aminoácido glicina (Gly) aparece a cada três posições da cadeia: …-Xaa (comumente prolina (Pro))-Yaa-Gly-…

Por que os peptídeos são importantes?

Além de água e gordura, as proteínas compõem quase toda a estrutura do nosso corpo. Apesar dos princípios estruturais semelhantes, as proteínas desempenham uma extraordinária variedade de funções e são essenciais para a nossa alimentação.

Essa diversidade é alcançada por meio de variações no tipo e número de aminoácidos que as compõem, permitindo que peptídeos e proteínas possuam uma vasta gama de propriedades. Muitos peptídeos exibem notável atividade biológica, como os encontrados em hormônios e toxinas. De fato, a maioria dos hormônios são peptídeos de comprimentos variados:

• TRH (Hormona libertadora de tireotrofina): Um tripeptídeo composto por três aminoácidos.
• LHRH (Hormona libertadora de gonadotrofina, GnRH): Um decapeptídeo com 10 aminoácidos.
• Calcitonina: Contém 32 aminoácidos.
• PTH (paratormônio): Composto por 84 aminoácidos, quase se qualificando como uma proteína.
• Insulina: Constituída por duas cadeias peptídicas contendo 30 e 21 aminoácidos, ligadas por pontes dissulfeto.

Tabela 1: Proteínas endógenas e suas funções

Em geral, as hormonas peptídicas são produzidas por células especializadas, liberadas na corrente sanguínea e transportadas até o órgão alvo. As células a serem estimuladas possuem receptores — proteínas especializadas inseridas na membrana celular — que reconhecem e se ligam especificamente as hormonas peptídicas. Esta ligação da hormona aos receptores celulares cria um sinal que desencadeia o efeito biológico desejado.

Os peptídeos são frequentemente classificados com base no seu comprimento:

• Dois aminoácidos = dipeptídeo
• Três aminoácidos = tripeptídeo
• Quatro aminoácidos = tetrapeptídeo
• Cinco aminoácidos = pentapeptídeo etc.
• Alguns (2–20) aminoácidos = oligopeptídeo

Um número enorme de combinações é possível, mesmo para peptídeos curtos. Por exemplo, 3,2 milhões de pentapeptídeos diferentes podem ser formados a partir dos 20 aminoácidos proteinogênicos, sem sequer considerar aminoácidos não proteinogênicos e modificados!

Até mesmo dipeptídeos podem ser biologicamente ativos. Por exemplo, Leu-Trp* e outros dipeptídeos reduzem a pressão arterial, enquanto N-acetil-Asp-Glu (NAAG) é um importante neurotransmissor que medeia a transmissão de sinais entre as células nervosas. Os peptídeos encontrados no corpo são geralmente obtidos por clivagem enzimática de proteínas.

Introdução aos aminoácidos

O que são aminoácidos?

Os aminoácidos mais comuns na natureza são conhecidos como α-aminoácidos. Essas moléculas possuem quatro substituintes diferentes ligados a um átomo de carbono central, denominado átomo α-C:

• Grupo amino (NH₂, abreviado como “H-” no código de três letras).
• Grupo ácido carboxílico (COOH, abreviado como “-OH” no código de três letras).
• Cadeia lateral (R, que varia significativamente e determina as propriedades do aminoácido e, consequentemente, do peptídeo).
• Átomo de hidrogênio (H).

A ligação do átomo α-C a esses quatro grupos distintos confere-lhe propriedades químicas únicas, que desempenham um papel crucial na determinação do comportamento e das características dos aminoácidos e peptídeos (consulte a Figura 1 e a Tabela 2).

Figura 1: Um α-aminoácido, mostrando o átomo de carbono α com quatro substituintes diferentes.

Como as estruturas dos aminoácidos influenciam as propriedades dos peptídeos?

As células sintetizam proteínas usando 20 aminoácidos proteinogênicos, que diferem apenas em sua cadeia lateral (grupo R). Além destes, a natureza fornece outros α-aminoácidos que existem livremente, como subprodutos metabólicos ou como componentes de peptídeos e proteínas. Exemplos incluem:

• Hidroxiprolina (Hyp): Encontrada no colágeno.
• Ornitina (Orn): Detectada na urina.

Alguns aminoácidos, como a norleucina (Nle), foram sintetizados apenas quimicamente. NA indústria, referem-se a estes aminoácidos não proteinogênicos como “aminoácidos incomuns”, embora sejam frequentemente chamados de “aminoácidos não naturais”, independentemente de sua ocorrência natural.

Atividade biológica dos aminoácidos

Os aminoácidos podem apresentar atividade biológica, como:

• O triptofano (Trp) e o ácido glutâmico (Glu) desempenham papéis fundamentais em processos metabólicos.

O grupo R, ou cadeia lateral, define as propriedades únicas dos aminoácidos. Esses grupos podem:

• Ser simples: um átomo de hidrogênio, como na glicina (Gly).
• Incluir outros ácidos: exemplos incluem o ácido aspártico (Asp) e o ácido glutâmico (Glu).
• Conter grupos básicos: arginina (Arg), lisina (Lys) ou histidina (His).
• Conter grupos polares: como a serina (Ser) ou a treonina (Thr).
• Ser hidrocarbonetos apolares: alanina (Ala), fenilalanina (Phe) ou valina (Val).
• Conter enxofre: como na cisteína (Cys) e na metionina (Met).

Além dos α-aminoácidos

A indústria oferece uma ampla gama de aminoácidos além dos α-aminoácidos usados ​​na síntese de peptídeos e proteínas. Isso inclui β-aminoácidos e γ-aminoácidos, nos quais o grupo amino está ligado a um átomo de carbono diferente do carbono α. Essa diversidade permite uma incrível versatilidade no design de peptídeos e proteínas.

Tabela 2: Os grupos funcionais importantes para os aminoácidos

O papel dos aminoácidos L e D

Os quatro substituintes do átomo de carbono α estão dispostos nos vértices de um tetraedro, com o átomo de carbono α no centro. Essa disposição permite que duas formas da molécula de aminoácido existam como imagens especulares, semelhantes às mãos esquerda e direita. Essas formas em imagem especular são chamadas de “estereoisômeros” ou “enantiômeros”.

Importância biológica dos enantiômeros

Embora os enantiômeros tenham propriedades químicas e físicas quase idênticas, seus efeitos biológicos podem diferir significativamente. A forma de uma molécula é crucial para sua interação com alvos biológicos. Um enantiômero pode se ligar efetivamente a um alvo e produzir um efeito positivo, enquanto o outro pode não se ligar ou, em alguns casos, causar um efeito negativo. Em solução, os enantiômeros giram o plano da luz polarizada em direções opostas.

Atividade óptica na natureza

Compostos que exibem esse comportamento são chamados de “opticamente ativos”. A atividade óptica é comum na natureza. Ao contrário da glicina (R = H), cuja imagem e imagem especular são idênticas, todos os aminoácidos proteinogênicos exibem atividade óptica. Da mesma forma, a glicose (um açúcar) e o DNA, juntamente com seus componentes básicos, também rotacionam a luz polarizada plana — uma propriedade frequentemente usada para medir a concentração de soluções de glicose.

Enantiômeros L e D de aminoácidos

Todos os aminoácidos proteinogênicos, exceto a glicina, são enantiômeros L (L, de laevus, latim para “esquerda”), como a L-alanina. Suas imagens especulares, os aminoácidos D (D, de dexter, latim para “direita”), são muito menos comuns na natureza.

L e D referem-se ao arranjo específico dos quatro substituintes ao redor do átomo de carbono α. No entanto, essas designações não indicam a direção da rotação óptica. Para os L-aminoácidos, a rotação pode ser positiva ou negativa, mas será sempre oposta à do seu D-aminoácido correspondente.

Valores de rotação de aminoácidos

O valor de rotação, denotado por [α], é uma propriedade característica frequentemente listada nas Fichas de Dados Analíticos da Bachem para aminoácidos e seus derivados. Este valor também é comumente medido para peptídeos.

Exemplos:

• L-alanina: +14,3°
• D-alanina: −13,9°
• L-triptofano: −31,8°
• D-triptofano: +30,7°

Discrepâncias nos valores absolutos dos enantiômeros L e D estão dentro da faixa de precisão do método.

 

Tabela 3: Abreviações dos aminoácidos proteinogênicos (enantiômeros L, exceto Gly)

Uma mistura 1:1 dos dois enantiômeros é chamada de “racemato”. Nesse caso, as rotações dos enantiômeros l e d se cancelam mutuamente. Na notação de Bachem, a forma l não é explicitamente indicada devido à sua ubiquidade (por exemplo, l-alanina = H-Ala-OH). Apenas a forma d, menos comum (por exemplo, d-alanina = H-d-Ala-OH), e o racemato, representado por dl, são designados como tal.

Entendendo a notação de aminoácidos

Se o nome de um aminoácido for escrito por extenso, a forma enantiomérica geralmente também é mostrada, por exemplo, L-alanina e D-alanina. No caso de um racemato — como é comum em química orgânica — o DL é rotineiramente omitido. Aminoácidos e peptídeos são frequentemente representados por seus códigos de três letras (geralmente as três primeiras letras do nome, veja a Tabela 3).

Além disso, existe também um código de uma letra que às vezes é preferido, especialmente para peptídeos e proteínas mais longos.

Exemplos:

• L-alanina → Ala, l-Ala, H-Ala-OH (3 letras), A (1 letra)
• L-arginina → Arg, l-Arg, H-Arg-OH (3 letras), R (1 letra)

Essa notação significa que se trata da forma L e que os grupos amino e carboxila estão livres.

As abreviações dos 20 aminoácidos proteinogênicos estão listadas na Tabela 3. O código de uma letra é reservado para esses 20 aminoácidos, enquanto para os aminoácidos D, geralmente são usadas letras minúsculas (por exemplo, f = D-Phe). Muitos aminoácidos não proteinogênicos também possuem códigos de três letras estabelecidos, como Hyp (L-trans-hidroxiprolina), Nle (L-norleucina) e Orn (L-ornitina). No entanto, nem todas as abreviações encontradas na literatura são utilizadas pela Bachem. Em alguns casos, o nome completo é preferido, como ácido L-tiazolidina-4-carboxílico (às vezes abreviado como Thz).

O que são derivados de aminoácidos?

Em química orgânica, o termo “derivados” refere-se a compostos derivados de uma molécula original. Derivados de um aminoácido são criados pela modificação do grupo amino, do grupo carboxila ou da cadeia lateral. Se a modificação puder ser revertida sem alterar o próprio aminoácido, ela serve como um “grupo protetor”, protegendo as partes reativas do aminoácido enquanto outras modificações são feitas, como a ligação de outros aminoácidos. Esses derivados protegidos são blocos de construção úteis para a síntese de peptídeos. Por exemplo, alguns derivados protegidos simples de H-Ala-OH incluem:

• • Ac-Ala-OH (grupo amino bloqueado)
  • H-Ala-NH2 (grupo carboxila bloqueado)
  • Fmoc-Ala-OH (grupo amino bloqueado)

O grupo Fmoc pode ser removido seletivamente em condições brandas, tornando-o um grupo protetor adequado para a síntese de peptídeos.

O que são aminoácidos incomuns?

Os α-aminoácidos com funcionalidades incomuns na cadeia lateral e mimetizadores de volta são ferramentas úteis para o design de peptídeos. A Bachem oferece uma gama excepcional de aminoácidos incomuns. A maioria deles está disponível como derivados Nα-protegidos em estoque, para que possam ser inseridos em seu peptídeo sem demora (veja a Tabela 4).

Tabela 4: Exemplos de aminoácidos modificados e incomuns

Fonte: Bachem