Caracterización de péptidos. Síntesis y modificaciones de péptidos

Palabras clave: péptido; hidrólisis de péptidos; enlaces peptídicos; modificaciones de péptidos; síntesis de péptidos; …

Palabras clave: péptido; hidrólisis de péptidos; enlaces peptídicos; modificaciones de péptidos; síntesis de péptidos; enlace peptídico; hormonas peptídicas; análogos peptídicos; salazón; amidación; acetilación

Péptidos

Los péptidos son compuestos químicos construidos de manera similar a las proteínas, a partir de aminoácidos. Se forman uniendo dos o más aminoácidos mediante un enlace peptídico como resultado de un proceso de condensación, en el cual, junto con el péptido, también se produce una molécula de agua. (Fig. 1) Son objeto de amplio interés, cumpliendo funciones biológicas importantes. Muchos hormonas y neurotransmisores son, de hecho, péptidos. En el caso de los péptidos endógenos, actúan antimicrobianamente, funcionando como el sistema de defensa del cuerpo. Los péptidos que ocurren de forma natural y sus análogos sintéticos se consideran compuestos atractivos de importancia terapéutica debido a su alto grado de actividad, baja toxicidad y falta de interacción con medicamentos. En la práctica médica, solo unos pocos péptidos encuentran aplicación debido a la inestabilidad biológica y rápida degradación; sin embargo, la síntesis de péptidos permite obtener formas estables. Lo mismo aplica, por ejemplo, en el caso de la síntesis de péptidos a partir de fuentes naturales. Los péptidos ocurren en forma lineal y poseen solo dos extremos específicos. Uno de ellos se llama el extremo amino, donde está presente un aminoácido con un grupo α-amino libre. El otro se llama el extremo carboxilo o extremo C, donde está presente un aminoácido con un grupo α-carboxilo libre.

Nomenclatura peptídica

La nomenclatura peptídica comienza con el nombre del residuo de aminoácido en el extremo N-terminal, seguido por los nombres de los residuos de aminoácidos sucesivos, y termina con el nombre del aminoácido en el extremo C-terminal. La secuencia de aminoácidos se registra usando símbolos de tres letras o de una letra.

Enlace peptídico

El carbono, como resultado de la reacción del grupo α-carboxilo, se une con el nitrógeno del grupo α-amino mediante un enlace simple – un enlace peptídico. Se presume que este enlace se forma en la forma de dos estructuras que permanecen en un equilibrio mutuo específico. El enlace C-N pasa a C=N y viceversa. No es posible la rotación alrededor del eje C=N, lo que significa que el enlace peptídico es lo suficientemente rígido como para poseer las características de un enlace doble. En el caso de un enlace peptídico que involucra el grupo imino de la prolina o hidroxiprolina con el grupo carboxilo de otro aminoácido, se forma una estructura diferente y distinta. En este caso, el nitrógeno se incorpora en la estructura del anillo de pirrolidina; no hay un sustituyente de hidrógeno, lo que significa que no hay posibilidad de rotación respecto a los enlaces formados en presencia de nitrógeno. Los aminoácidos que participan en la formación de un enlace peptídico pierden fragmentos de sus moléculas – específicamente el -OH del grupo carboxilo y el -H del grupo amino. Por eso, los aminoácidos que se encuentran en péptidos y proteínas se llaman residuos de aminoácidos. Los enlaces peptídicos resultantes son estables y su ruptura solo puede ocurrir bajo la acción de bases y ácidos fuertes a temperaturas simultáneamente altas.

Ruptura del enlace peptídico

La ruptura del enlace peptídico ocurre como resultado de una reacción de hidrólisis peptídica, que se basa en la ruptura de los enlaces peptídicos formados y la restauración de los aminoácidos individuales. El agua participa en esta reacción, con sus moléculas descomponiéndose en grupos hidroxilo (-OH) y átomos de hidrógeno (H), que luego se combinan con los enlaces liberados de la sustancia.

Clasificación de los péptidos

La clasificación de los péptidos se establece en función del número de aminoácidos que los componen. En la clasificación general de péptidos, distinguimos:

• Dipeptidos – productos formados por la reacción de dos aminoácidos que conservan el grupo amino libre de un aminoácido y el grupo carboxilo libre del segundo aminoácido;

• Oligopéptidos – péptidos compuestos por varios hasta más de una docena de aminoácidos;

• Polipéptidos – péptidos más largos que contienen varias docenas de residuos de aminoácidos;

• Proteínas – se aceptan cuando una molécula consta de más de cien residuos de aminoácidos.

Espectro de actividad de los péptidos

Los péptidos muestran un amplio espectro de actividad biológica y se utilizan en el tratamiento de infecciones bacterianas, enfermedades virales, enfermedades cardiovasculares, enfermedades del sistema esquelético, enfermedades del sistema nervioso, diabetes y osteoporosis.

Ventajas de los péptidos

• Alta actividad y selectividad
• Amplio rango de objetivos moleculares
• Potencialmente menor toxicidad en comparación con compuestos de bajo peso molecular
• Baja acumulación en tejidos
• Alta diversidad química y biológica
• Detectable a nivel genético
• Síntesis fácil de análogos

Síntesis de péptidos

Dependiendo del péptido que deseemos obtener, necesitamos un método de síntesis adecuado. En una explicación breve, intentaremos presentar la síntesis de péptidos en relación con su tamaño. Para obtener un dipéptido, se debe usar un reactivo que active el grupo carboxilo del aminoácido arilante, o el aminoácido acilante debe convertirse en un anhídrido. Un proceso más laborioso y difícil es la síntesis de péptidos más grandes, que se obtienen a partir de un dipéptido, implicando la eliminación del grupo protector del aminoácido N-terminal y su acilación con el siguiente aminoácido N-protegido. Este proceso es particularmente lento, ya que los pasos mencionados se repiten hasta obtener un péptido con la secuencia planificada. En el caso de obtener péptidos grandes, el método Merrifield es el enfoque más eficiente y sencillo. Este método se realiza en fase sólida. El aminoácido C-terminal se une a un polímero y luego se añaden sucesivamente aminoácidos hasta alcanzar la longitud de cadena deseada.

Péptidos biológicamente activos

Las hormonas peptídicas y las hormonas proteicas están ampliamente presentes en el entorno que nos rodea. Anteriormente se conocían principalmente como formas relativamente inestables. Bajo la influencia de la síntesis, la terapia con péptidos puede elegirse cada vez con más confianza para ser duradera y efectiva según las necesidades del cuerpo. Por eso vale la pena involucrarse de manera hábil y segura con la estimulación hormonal. Teniendo en cuenta algunos péptidos biológicamente activos, podemos poner como ejemplo al glutatión, que como tripéptido con una estructura específica está compuesto por glutamato, cisteína y glicina. El glutamato aparece como el aminoácido N-terminal. La unión del glutamato con la cisteína es, sin embargo, atípica para péptidos y proteínas, porque aquí no está presente el grupo α-carboxilo del glutamato, sino el grupo γ-carboxilo. Por lo tanto, el glutatión existe en una forma reducida y una oxidada, siendo γ-glutamilcisteinilglicina. En la forma reducida posee un grupo sulfhidrilo libre, mientras que en la forma oxidada se desprende un par de átomos de hidrógeno de los grupos -SH. Los átomos de azufre quedan privados de hidrógeno, lo que resulta en la formación de un puente disulfuro. La capacidad del glutatión para modificarse en un estado oxidado o reducido es importante en los procesos de oxidación-reducción.

Otros ejemplos son la oxitocina y la vasopresina, que como nona-péptidos producidos por neuronas hipotalámicas y liberados por la glándula pituitaria posterior, difieren en solo dos aminoácidos. La cisteína aparece en dos posiciones, lo que conduce a la formación de un puente disulfuro. La oxitocina actúa como una hormona que estimula la actividad contráctil del útero. La vasopresina, por otro lado, estimula la reabsorción de agua en los túbulos renales. La vasopresina también juega un papel importante en la regulación de la secreción de la hormona adrenocorticotrópica (ACTH) en situaciones de estrés.

Hormonas peptídicas

Hormona adrenocorticotrópica (ACTH)

La hormona adrenocorticotrópica, como un péptido de 39 aminoácidos, se produce como resultado de la degradación de una molécula precursora mucho más grande: la proopiomelanocortina (POMC). La proopiomelanocortina también sirve como fuente de otros péptidos activos. Dos péptidos están contenidos dentro de la estructura de la ACTH misma. Estos incluyen la hormona α-melanotrópica (α-MSH), que es estructuralmente idéntica a los primeros 13 aminoácidos de la ACTH, y el péptido de la lóbulo intermedio similar a la corticotropina, fragmento 18-39 de la ACTH. La función básica de la ACTH se considera la estimulación de la corteza suprarrenal de tal manera que sea capaz de secretar hormonas esteroides. La hormona adrenocorticotrópica es responsable de regular la actividad a nivel de la zona fasciculada y la zona reticular. Los primeros 18 aminoácidos son responsables de la actividad biológica de la ACTH. La regulación de la ACTH ocurre a través de la hormona liberadora de corticotropina (CRH), una hormona presente en el hipotálamo, que libera corticotropina mediante el cortisol a través de retroalimentación negativa. Esto significa que una deficiencia de cortisol estimula la CRH y la ACTH, mientras que su exceso inhibe la secreción. Al liberar cortisol, se regulan muchas funciones vitales importantes, incluyendo la movilización del cuerpo ante condiciones de estrés, la elevación de la presión arterial y las capacidades antiinflamatorias. La ACTH secretada de forma pulsátil en un ritmo circadiano significa que su concentración más alta se observa en las horas de la mañana cuando esto es más deseable, disminuyendo luego a medida que avanza el día. Un aumento en la secreción de ACTH se observa en estados patológicos como insuficiencia adrenocortical, enfermedad de Cushing o síndrome de Nelson.

Insulina y péptido C

La insulina y el péptido C se secretan continuamente en el páncreas por el cuerpo humano. Durante la producción de insulina, en el proceso de su biosíntesis, se produce el péptido C. Las células pancreáticas producen preproinsulina en la primera etapa, que sufre una modificación posterior mediante el desprendimiento de aminoácidos, lo que conduce a la formación de proinsulina compuesta por dos cadenas A y B conectadas por el péptido C, seguido del desprendimiento de la proinsulina del péptido C, resultando en la forma final. Cuando aparece glucosa en el cuerpo, el páncreas recibe una señal para liberar gránulos que contienen las moléculas almacenadas de insulina y péptido C. El péptido C se retiene en el hígado significativamente más tiempo que la insulina, debido a que no se degrada allí. Su descomposición ocurre principalmente en los riñones. En el caso tanto de la insulina como del péptido C, concentraciones elevadas o excesivamente bajas conducen al desarrollo de diabetes tipo I o II, así como a la enfermedad de Cushing. En el caso del péptido C, las fluctuaciones en la concentración también pueden indicar insuficiencia renal crónica o la presencia de metástasis o recurrencia tumoral local, por lo que mantener normas adecuadas de concentración es tan importante.

Motilina

La motilina es una hormona asociada con los músculos lisos del estómago e intestinos, controlada por fibras del nervio vago. Se sintetiza en células endocrinas. Como hormona peptídica compuesta por 22 aminoácidos ubicados en una secuencia específica, es producida por células del intestino delgado. Producida por células endocrinas M (Mo) del sistema digestivo, participa en la regulación de la motilidad gastrointestinal. La motilina es una hormona importante que participa en la formación de la fase III del complejo motor migratorio (MMC), en la que el estómago y el intestino delgado tienen la tarea de vaciar el estómago de restos innecesarios de alimentos y células epiteliales descamadas mediante la estimulación de movimientos peristálticos. La hormona además influye en el vaciamiento de la vesícula biliar durante el período interdigestivo en la concentración más alta de motilina.

Glucagón

El glucagón es una de las hormonas involucradas en la regulación de la concentración de glucosa; este péptido es secretado por células endocrinas del páncreas. Es un polipéptido compuesto por 29 aminoácidos, producido a partir de un precursor con una estructura de 180 aminoácidos. Los cambios en la concentración de glucosa permiten la secreción de glucagón. La producción de la hormona glucagón ocurre en los islotes pancreáticos, en los que se producen glucagón y polipéptido pancreático relacionado con glicentina (GRPP) a partir del proglucagón. La tarea principal del glucagón es mantener la concentración adecuada de glucosa en el suero durante su descenso entre comidas o durante el esfuerzo físico. Sus reservas en tales situaciones se liberan desde el hígado para proporcionar al cuerpo la protección adecuada. Además, puede participar en la regulación durante la ingesta de alimentos, lo que significa que la sensación de saciedad puede aparecer antes. El glucagón puede potencialmente inhibir la liberación de grelina y también inhibir el peristaltismo intestinal.

Análogos de péptidos

Los análogos de péptidos se definen como compuestos químicos apropiados en los que un átomo es reemplazado por otro en relación con el compuesto original, mientras que la estructura general del péptido permanece sin cambios. Los análogos de péptidos incluyen análogos de estructura helicoidal y análogos de β-giro y β-lámina. En el primer tipo, las hélices son uno de los elementos estructurales clave de los péptidos bioactivos. Estabilizar fragmentos cortos de oligómeros en una conformación helicoidal resulta en un aumento de la actividad. En los análogos de β-giro y β-lámina, se insertan residuos de aminoácidos D o residuos de aminoácidos β, γ, δ. Los análogos de péptidos nos permiten obtener nuevos compuestos peptídicos que serán más estables, encontrarán aplicación en un espectro sintomático más amplio y permitirán resolver de manera innovadora problemas asociados con la acción de las formas pre-análogas existentes.

Salazón de péptidos

El proceso de salazón implica cambiar las cargas de las proteínas. Las cargas de las proteínas son neutralizadas por los aniones y cationes de la sal. Las moléculas de proteína no se atraen entre sí ni forman agregados, y la proteína misma se precipita como resultado de perder su capa de hidratación. El proceso de salazón es reversible. En el proceso inverso, la sal se elimina por diálisis o su concentración se reduce añadiendo agua. Basándonos en nuestros artículos anteriores, se puede afirmar con confianza que la salazón, que condujo a la formación de una forma estable del péptido BPC-157, es un método innovador para asegurar la estabilidad del péptido y, en consecuencia, ampliar la acción biológica de los péptidos.

Acetilación de péptidos

La acetilación implica la unión de radicales acetilo a sustratos, que son compuestos con grupos NH2, OH o SH, con la participación de la enzima N-acetiltransferasa. La fuente del radical acetilo es acetil-CoA. La función principal de las N-acetiltransferasas es facilitar la unión del grupo acetilo con el grupo amino de aminas aromáticas e hidrazinas (reacción de N-acetilación), es decir, la detoxificación de compuestos exógenos potencialmente tóxicos.

Amidación de péptidos

Cuando se rompen los enlaces peptídicos y, en consecuencia, ocurre la fragmentación de la cadena polipeptídica, se forman grupos carbonilo. La oxidación de una molécula de proteína por un radical hidroxilo comienza con la separación de un átomo de hidrógeno en el carbono α de un aminoácido. El radical alquilo resultante reacciona con oxígeno para formar un radical alquilperoxilo que se transforma en un hidroperóxido de alquilo. El radical alcoxi formado a partir de este puede transformarse en un residuo de aminoácido con carbono α hidroxilado o puede conducir a la fragmentación de la cadena polipeptídica. La presencia de un radical alcoxi favorece la fragmentación de la cadena polipeptídica. La escisión del enlace peptídico puede ocurrir a través de las vías de α-amidación o diamidación. El péptido N-terminal formado durante la fragmentación α-amida tiene un grupo amida en su extremo C, mientras que el segundo péptido contiene un derivado N-α-cetoacilo en su extremo N. La fragmentación vía la vía diamida se caracteriza por la formación de un péptido N-terminal que contiene una estructura diamida y un péptido derivado del extremo C de la molécula de proteína que contiene una estructura isocianato en su extremo N.

Bibliografía

1. Murray R. K., Granner D. K., Mayes P. A., Rodwell V. Bioquímica de Harper. 1995; Wydawnictwo Lekarskie PZWL

2. Jakubke H. D., Jeschkeit H. Aminoácidos, péptidos, proteínas. 1982; Państwowe Wydawnictwo Naukowe

3. Kołodziejczak A. Aminoácidos y péptidos. 2006