Características de los péptidos. Síntesis y modificaciones peptídicas

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

Péptidos

Los péptidos son compuestos químicos construidos de manera similar a las proteínas, a partir de aminoácidos. Se forman mediante la unión de dos o más aminoácidos a través de un enlace peptídico como resultado de un proceso de condensación, donde además del péptido, se genera una molécula de agua. (Fig.1) Son objeto de amplio interés, desempeñando funciones biológicas importantes. Muchos hormonas y neurotransmisores son precisamente péptidos. En el caso de los péptidos endógenos, actúan contra microorganismos, funcionando como un sistema de defensa del organismo. Los péptidos que ocurren naturalmente y sus análogos sintéticos son considerados compuestos atractivos con importancia terapéutica debido a su alta actividad, baja toxicidad y ausencia de interacciones con medicamentos. En la práctica médica, solo unos pocos péptidos se utilizan debido a su inestabilidad biológica y rápida degradación, sin embargo, la síntesis de péptidos permite obtener formas estables. De manera similar ocurre, por ejemplo, con la síntesis de péptidos a partir de fuentes naturales. Los péptidos existen en forma lineal, con solo dos extremos específicos. Uno de ellos se llama extremo amino, donde se encuentra un aminoácido con un grupo α-amino libre. El otro se denomina extremo carboxilo o extremo C, donde se encuentra un aminoácido con un grupo α-carboxilo libre.

Nomenclatura de péptidos

La nomenclatura de los péptidos comienza con el nombre del residuo del aminoácido en el extremo N, luego se enumeran los nombres de los residuos de aminoácidos siguientes y termina con el nombre del aminoácido en el extremo C. La secuencia de aminoácidos se escribe usando símbolos de tres letras o de una letra.

Enlace peptídico

El carbono, como resultado de la reacción del grupo α-carboxilo, se une al nitrógeno del grupo α-amino mediante un enlace simple, el enlace peptídico. Se considera que este enlace existe en forma de dos estructuras que permanecen en un equilibrio mutuo definido. El enlace C-N se convierte en C=N y viceversa. La rotación alrededor del eje C=N no es posible, por lo que el enlace peptídico es lo suficientemente rígido como para tener características de un enlace doble. En el caso del 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 separada. En este caso, el nitrógeno está incorporado en la estructura del anillo de pirrolidina, no hay un sustituyente de hidrógeno, por lo que no hay posibilidad de rotación alrededor de los enlaces que se forman en presencia de nitrógeno. Los aminoácidos que participan en la formación del enlace peptídico pierden fragmentos de moléculas. Estos son moléculas -OH del grupo carboxilo y -H del grupo amino. Por eso, los aminoácidos que se encuentran en péptidos y proteínas se llaman residuos de aminoácidos. Los enlaces peptídicos formados son estables y su ruptura solo puede ocurrir bajo la acción de bases y ácidos fuertes a temperaturas elevadas.

  Ruptura del enlace peptídico

La ruptura del enlace peptídico ocurre como resultado de la reacción de hidrólisis del péptido, que consiste en romper los enlaces peptídicos formados y regenerar los aminoácidos individuales. En esta reacción participa el agua, cuyas moléculas se descomponen en grupos hidroxilo (-OH) y átomos de hidrógeno (H), que luego se unen a los enlaces liberados de la sustancia.

  Clasificación de péptidos

La clasificación de los péptidos se establece según la cantidad de aminoácidos que los componen. En la clasificación general de péptidos distinguimos:

• Dipeptidos: productos que se forman por la reacción de dos aminoácidos manteniendo un grupo amino libre en uno de los aminoácidos y un grupo carboxilo libre en el otro;

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

• Polipéptidos: péptidos más largos que contienen varias decenas de residuos de aminoácidos;

• Proteínas: se considera así cuando la 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 del sistema circulatorio, sistema óseo, 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
• Posibilidad de descubrimiento a nivel genético
• Fácil síntesis de análogos

Síntesis de péptidos

Dependiendo del péptido que deseamos obtener, necesitamos el método adecuado para su síntesis. En una breve explicación intentaremos presentar la síntesis de péptidos en relación con su tamaño. Para obtener un dipeptido se debe usar un reactivo que active el grupo carboxilo del aminoácido acilante o convertir el aminoácido acilante en un anhídrido. El proceso es más laborioso y difícil en el caso de péptidos más grandes, que se obtienen a partir del dipeptido, donde se elimina la protección del grupo amino del aminoácido N-terminal y se acila con otro aminoácido N-protegido. Este proceso es especialmente laborioso porque estas acciones se repiten hasta obtener el péptido con la secuencia planificada. Para obtener péptidos grandes, el método de Merrifield es el más efectivo y sencillo. Este método se realiza en fase sólida. El aminoácido C-terminal se fija a un polímero y luego se añade el siguiente aminoácido, hasta alcanzar la longitud deseada de la cadena.

Péptidos biológicamente activos

Las hormonas peptídicas y las hormonas proteicas son comunes en nuestro entorno. Anteriormente se conocían en su mayoría como formas poco estables. Gracias a la síntesis, cada vez es más posible seleccionar terapias peptídicas que sean duraderas y efectivas según las necesidades del organismo. Por eso vale la pena manejar con habilidad y seguridad la estimulación hormonal. Considerando algunos péptidos biológicamente activos, podemos citar el glutatión, que siendo un tripeptido con estructura específica está formado por glutamato, cisteína y glicina. El glutamato aparece como aminoácido N-terminal. La unión del glutamato con la cisteína es atípica para péptidos y proteínas, porque no está presente el grupo α-carboxilo del glutamato sino el grupo γ-carboxilo. Por lo tanto, el glutatión existe en forma reducida y oxidada, siendo γ-glutamilcisteinilglicina. En forma reducida tiene un grupo sulfhidrilo libre y en forma oxidada se desprende un par de átomos de hidrógeno de los grupos –SH. Los átomos de azufre quedan sin hidrógeno, lo que resulta en la formación de un puente disulfuro. La capacidad modificadora del glutatión en estado oxidado o reducido es importante en procesos redox.

También son ejemplos la oxitocina y la vasopresina, que siendo nano-péptidos producidos por neuronas del hipotálamo y liberados por la hipófisis posterior, difieren solo en dos aminoácidos. La cisteína está en dos posiciones, lo que conduce a la formación de un puente disulfuro. La oxitocina actúa como hormona que estimula las contracciones uterinas. La vasopresina estimula la reabsorción de agua en los túbulos renales. Además, la vasopresina 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, un péptido de 39 aminoácidos, se forma por la degradación de una molécula precursora mucho mayor llamada proopiomelanocortina (POMC). La proopiomelanocortina también es fuente de otros péptidos activos. Dos péptidos están contenidos en la estructura del ACTH. Estos son la hormona α-melanotropina (α-MSH), que es idéntica en estructura a los primeros 13 aminoácidos del ACTH, y el péptido de la parte intermedia de la hipófisis similar a la corticotropina, fragmento 18-39 del ACTH. La función principal del ACTH es estimular la corteza suprarrenal para que pueda secretar hormonas esteroides. La hormona adrenocorticotrópica regula la actividad en las capas fasciculada y reticular. La actividad biológica del ACTH depende de los primeros 18 aminoácidos. La regulación del ACTH se realiza mediante la corticoliberina (CRH), una hormona del hipotálamo que libera corticotropina, y el cortisol mediante retroalimentación negativa. Esto significa que la deficiencia de cortisol estimula la liberación de CRH y ACTH, mientras que su exceso inhibe esta secreción. Así, la liberación de cortisol regula muchas funciones vitales, como la movilización del organismo en condiciones de estrés, el aumento de la presión arterial y las capacidades antiinflamatorias. El ACTH se secreta de forma pulsátil con ritmo circadiano, alcanzando su concentración máxima en la mañana, cuando es más necesaria, y disminuyendo a lo largo del día. El aumento de la secreción de ACTH se observa en enfermedades como insuficiencia suprarrenal, enfermedad de Cushing o síndrome de Nelson.

Insulina y péptido C

La insulina y el péptido C se secretan continuamente en el páncreas humano. Durante la producción de insulina, en su biosíntesis, se produce el péptido C. Las células pancreáticas producen inicialmente preproinsulina, que se modifica eliminando aminoácidos para formar proinsulina, compuesta por las cadenas A y B unidas por el péptido C. Luego, el péptido C se separa de la proinsulina, formando la forma final. Cuando aparece glucosa en el organismo, el páncreas recibe la señal para liberar gránulos con insulina y péptido C almacenados. El péptido C se mantiene en el hígado mucho más tiempo que la insulina, ya que no se degrada allí. Su degradación ocurre principalmente en los riñones. Tanto niveles elevados como bajos de insulina y péptido C pueden conducir al desarrollo de diabetes tipo I o II, así como a la enfermedad de Cushing. Las fluctuaciones en los niveles de péptido C también pueden indicar insuficiencia renal crónica o presencia de metástasis o recurrencia local de tumores, por lo que es muy importante mantener sus niveles dentro de los rangos normales.

Motilina

La motilina es una hormona relacionada con los músculos lisos del estómago e intestinos, controlada por fibras del nervio vago. Se sintetiza en células endocrinas. Como hormona peptídica, formada por 22 aminoácidos en una secuencia específica, es producida por células del intestino delgado. Producida por células endocrinas del sistema digestivo M (Mo), participa en la regulación de la motilidad gastrointestinal. La motilina es una hormona importante en la generación 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 alimentarios innecesarios y células epiteliales descamadas, estimulando los movimientos peristálticos. Además, la hormona influye en el vaciado de la vesícula biliar durante el período interdigestivo, cuando la concentración de motilina es máxima.

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, derivado de un precursor de 180 aminoácidos. Los cambios en la concentración de glucosa permiten la secreción de glucagón. La producción de glucagón ocurre en los islotes pancreáticos, donde del proglucagón se forman glucagón y el polipéptido pancreático dependiente de glicentina (GRPP). La función principal del glucagón es mantener la concentración adecuada de glucosa en suero durante su descenso entre comidas o durante el ejercicio físico. En estas situaciones, sus reservas se liberan desde el hígado para proteger al organismo. Además, puede participar en la regulación durante la ingesta de alimentos, haciendo que la sensación de saciedad aparezca antes. El glucagón también puede inhibir la liberación de grelina y la motilidad intestinal.

Análogos de péptidos

Los análogos de péptidos son compuestos químicos en los que un átomo es reemplazado por otro en relación con el compuesto original. La estructura general del péptido permanece sin cambios. Entre los análogos peptídicos se incluyen análogos con estructura helicoidal y análogos de pliegues β y láminas β. En los primeros, las hélices son uno de los elementos estructurales clave de los péptidos bioactivos. La estabilización de fragmentos cortos de oligómeros en conformación helicoidal aumenta la actividad. En los análogos de pliegues β y láminas β se insertan residuos de D-aminoácidos o aminoácidos β, γ, δ. Los análogos peptídicos permiten obtener nuevos compuestos peptídicos más estables, que pueden aplicarse en un espectro más amplio de síntomas y permiten soluciones innovadoras a problemas relacionados con la acción de las formas previas a los análogos.

Salinización de péptidos

El proceso de salinización consiste en cambiar las cargas proteicas. Las cargas de la proteína se neutralizan mediante aniones y cationes de sales. Las moléculas de proteína no se atraen ni forman agregados, y la proteína se precipita debido a la pérdida de la capa de agua. El proceso de salinización es reversible. En el proceso inverso, la sal se elimina por diálisis o se reduce su concentración añadiendo agua. Basándonos en nuestros artículos anteriores, podemos afirmar que la salinización que condujo a la formación de una forma estable del péptido BPC-157 es un método innovador para garantizar la estabilidad peptídica y, por lo tanto, ampliar la acción biológica de los péptidos.

Acetilación de péptidos

La acetilación consiste en la unión de grupos acetilo a sustratos que son compuestos con grupos NH2, OH o SH, con la participación de la enzima N-acetiltransferasa. La fuente del grupo acetilo es el acetil-CoA. La función principal de las N-acetiltransferasas es facilitar la unión del grupo acetilo con el grupo amino de aminoácidos aromáticos 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, se fragmenta la cadena polipeptídica, se forman grupos carbonilo. La oxidación de la molécula proteica por radicales hidroxilo comienza con la separación de un átomo de hidrógeno en el carbono α del aminoácido. El radical alquilo que se forma reacciona con oxígeno formando un radical peróxido de alquilo que se convierte en hidroperóxido de alquilo. El radical alcoxi que se forma puede transformarse en un residuo aminoácido hidroxilado en el carbono α o puede provocar la fragmentación de la cadena polipeptídica. La presencia del radical alcoxi favorece la fragmentación de la cadena polipeptídica. La ruptura del enlace peptídico puede ocurrir por amidación α o diamidación. Durante la fragmentación α-amidación, el péptido N-terminal tiene un grupo amida en el extremo C, mientras que el otro péptido contiene en el extremo N un derivado N-α-ketoacilo. La fragmentación por diamidación se caracteriza por la formación de un péptido N-terminal con estructura diamida y un péptido proveniente del extremo C de la proteína con estructura isocianato en el extremo N.

  Bibliografía 1.Murray R. K., Granner D. K., Mayes P. A., Rodwell V, Bioquímica de Harper. 1995; Editorial Médica PZWL

2.Jakubke H. D., Jeschkeit H, Aminoácidos, péptidos y proteínas. 1982; Editorial Estatal Científica

3.Kołodziejczak A, Aminoácidos y péptidos. 2006