Peptide și proteine

Peptidele sunt lanțuri de aminoacizi uniți prin legături $-\mathrm{CO}-\mathrm{NH}-$; o dipeptidă are o legătură peptidică, iar o tripeptidă două. Hidroliza acidă sau enzimatică rupe aceste legături și dă aminoacizi. Structura primară este ordinea aminoacizilor. Structura secundară cuprinde $\alpha$-elicea și foaia $\beta$-pliată, stabilizate de legături de hidrogen; structura terțiară este plierea lanțului, iar cea cuaternară asocierea mai multor lanțuri. Căldura, acizii și bazele tari, sărurile metalelor grele, alcoolul și radiațiile denaturează proteinele: distrug organizarea spațială și activitatea biologică, dar păstrează structura primară. Albușul fiert este un exemplu de denaturare.

Legătura peptidică se formează din grupa carboxil a unui aminoacid și grupa amino a altuia. Lanțul se citește de la capătul N-terminal, cu grupa $-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2$ liberă, la capătul C-terminal, cu grupa $-\mathrm{COOH}$ liberă. Resturile primesc sufixul „-il”, iar ultimul păstrează numele aminoacidului: în glicil-alanină glicina este N-terminală, în alanil-glicină alanina este N-terminală. Cele două dipeptide sunt izomere, cu formula ${\mathrm{C}}_5{\mathrm{H}}_{10}{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_3$. Masa molară a unei peptide cu $n$ resturi este suma maselor aminoacizilor minus $(n-1)\cdot 18$. Capetele libere păstrează caracterul amfoter al aminoacizilor.

Exemplu rezolvat 1: o tripeptidă conține glicină, alanină și glicină, în această ordine.

1. Masele molare ale aminoacizilor sunt $75$, $89$ și $75g/mol$.
2. Trei unități formează două legături peptidice și elimină două molecule de apă.
3. Masa molară este $75+89+75-2\cdot 18=203g/mol$.
4. Hidroliza completă a unui mol de tripeptidă consumă $2\mathrm{mol}$ apă și dă $2\mathrm{mol}$ glicină și $1\mathrm{mol}$ alanină.

Exemplu rezolvat 2: hidrolizăm total $29,2$ g glicil-alanină.

1. Dipeptida are $M=75+89-18=146$ g/mol, deci avem $29,2/146=0,20$ mol.
2. Ecuația ${\mathrm{C}}_5{\mathrm{H}}_{10}{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_7\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ consumă $0,20$ mol apă, adică $3,6$ g.
3. Se obțin $0,20\cdot 75=15$ g glicină și $0,20\cdot 89=17,8$ g alanină.
4. Bilanțul de masă este corect: $29,2+3,6=15+17,8=32,8$ g.

Exemplu rezolvat 3: hidroliza bazică a glicilglicinei, cu NaOH în exces.

1. Legătura peptidică se rupe, iar grupele carboxil devin carboxilat: $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{CONHC}{\mathrm{H}}_2\mathrm{COOH}+2NaOH\to 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{COONa}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.
2. Un mol de dipeptidă consumă doi moli de NaOH.
3. Pentru $0,10$ mol dipeptidă se consumă $0,20$ mol NaOH, adică $8$ g.

Structura primară determină toate celelalte niveluri. Insulina are $51$ de resturi, repartizate în două lanțuri de $21$ și $30$ de resturi, legate prin trei punți disulfurice. În structura secundară, legăturile de hidrogen se formează între grupele $\mathrm{C}=\mathrm{O}$ și $\mathrm{N}-\mathrm{H}$ ale legăturilor peptidice. Plierea terțiară mai este susținută de punți disulfurice $-\mathrm{S}-\mathrm{S}-$, formate prin oxidarea a două grupe $-\mathrm{SH}$ din resturi de cisteină, de legături ionice între $-\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}$ și $-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3^{+}$ din radicali și de interacții hidrofobe. Hemoglobina, cu patru lanțuri și câte un hem cu fier în fiecare, ilustrează structura cuaternară.

Denaturarea rupe aceste interacții slabe, nu legăturile peptidice. Proteina își pierde solubilitatea, coagulează și își pierde activitatea biologică; la enzime aceasta înseamnă oprirea catalizei. Prin încălzire denaturarea este ireversibilă: albușul fiert nu revine la starea lichidă. Laptele acru coagulează deoarece acidul scade pH-ul și precipită cazeina, iar alcoolul de $70\%$ dezinfectează deoarece denaturează proteinele microbilor. Hidroliza este altceva: enzimele proteolitice, ca pepsina din stomac, rup legăturile peptidice și eliberează peptide mici, apoi aminoacizi. Hidroliza parțială dă amestecuri de peptide cu lungimi diferite, iar hidroliza totală, catalizată de acizi, de baze sau de enzime, dă numai $\alpha$-aminoacizi. Proteinele rămân amfotere prin capetele libere și prin radicalii acizi sau bazici; la punctul lor izoelectric sunt cel mai puțin solubile. Precipitarea cu soluții concentrate de săruri, de exemplu cu sulfat de amoniu, este reversibilă și nu denaturează proteina.

Reacția biuretului folosește $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ în mediu alcalin și dă violet pentru compușii cu cel puțin două legături peptidice: o tripeptidă reacționează, o dipeptidă nu. Reacția xantoproteică folosește $\mathrm{HN}{\mathrm{O}}_3$ concentrat: nitrarea nucleelor aromatice din proteine produce colorație galbenă. Încălzirea albușului coagulează proteinele prin denaturare; hidroliza necesită ruperea legăturilor peptidice. O peptidă aciclică cu $n$ resturi are $n-1$ legături peptidice, iar hidroliza ei totală consumă $n-1$ molecule de apă.

Problemă numerică. Prin hidroliza totală a $0,10$ mol de tripeptidă aciclică se obțin $7,5$ g glicină, $8,9$ g alanină și $10,5$ g serină (serina are $M=105$ g/mol). Se cer masa tripeptidei, masa de apă consumată și numărul de tripeptide izomere cu această compoziție.

1. Cantitățile sunt $7,5/75=0,10$ mol glicină, $8,9/89=0,10$ mol alanină și $10,5/105=0,10$ mol serină, deci tripeptida conține câte un rest din fiecare.
2. Hidroliza consumă $2\cdot 0,10=0,20$ mol apă, adică $3,6$ g.
3. Masa tripeptidei este $7,5+8,9+10,5-3,6=23,3$ g, adică $M=233$ g/mol.
4. Trei aminoacizi diferiți, fiecare folosit o singură dată, dau $3!=6$ tripeptide izomere.

Complement grupat. Despre peptide și proteine sunt date patru afirmații:

1. glicil-alanina și alanil-glicina sunt același compus;
2. denaturarea păstrează structura primară;
3. glicil-glicina dă reacția biuretului;
4. reacția xantoproteică se datorează nucleelor aromatice.

• A. Numai 1, 2 și 3 sunt corecte
• B. Numai 1 și 3 sunt corecte
• C. Numai 2 și 4 sunt corecte
• D. Numai 4 este corectă
• E. Toate sunt corecte sau toate sunt false

Afirmația 1 este falsă, fiindcă cele două dipeptide sunt izomeri cu secvențe diferite. Afirmația 2 este adevărată: denaturarea modifică structurile superioare, nu secvența. Afirmația 3 este falsă, fiindcă dipeptida are o singură legătură peptidică, iar biuretul cere cel puțin două. Afirmația 4 este adevărată. Răspuns corect: C.

Greșeli frecvente

• Greșit: Denaturarea rupe legăturile peptidice și eliberează aminoacizi.
  Corect: Denaturarea modifică structura spațială; hidroliza rupe legăturile peptidice.
• Greșit: Hidroliza tripeptidei elimină apă.
  Corect: Consumă două molecule de apă pe moleculă.
• Greșit: Glicil-alanina și alanil-glicina sunt același compus.
  Corect: Sunt izomeri, cu secvențe diferite ale resturilor.
• Greșit: Reacția xantoproteică se datorează legăturilor peptidice.
  Corect: Se datorează nucleelor aromatice ale unor resturi; legăturile peptidice dau reacția biuretului.

Înainte și după