Liga ligação peptídica

Constituem exemplos as ligações pepticlicas emque participem o grupo ,8-carboxilo do ácido as-pártico, o grupo y-carboxilo do ácido glutâmico,o grupo s-amína da lisina e tanto o grupo carbo-xilo como o grupo amina da ,8-alanina.Na 71glutationa, p. ex., também denominaday-glutamilcisteinilglicina, a ligação peptídicaestabelecida entre os resíduos de ácido glu-tãmico e de cisteína é uma L. l., por ser ogrupo y-carboxilo (e não o a-carboxilo) doácido glutâmico que participa na ligação.A formação de L. l. desempenha um papelfundamental na via proteolítica mediada pela71ubiquitina. Nesta via, uma molécula de ubiqui-tina é ligada à proteína-substrato por meio deuma L. l., que se estabelece entre o grupo a--carboxilo do resíduo de glicina do terminal Cda ubiquitina (glicina 76) e o grupo s-amínade um resíduo de lisina da proteína aceitadora.A formação de cadeias multiubiquitiniladas ésubsequentemente conseguida pelo estabeleci-mento de L. l. adicionais entre o grupo carbo-xilo do resíduo de glicina do terminal C demoléculas de ubiquitina e o grupo s-amína doresíduo de lisina 48 de outra molécula de ubi-quitina. Como a ubiquitina contém sete resíduos delisina, a L. l. poder -se-á estabelecer com outrosresíduos de lisina além do 48 (e. g. lisina 63,lisina 29 ou lisina 11). O estabelecimento destasligações é catalisado por um sistema multienzi-mático de ubiquitinilação, composto por váriostipos de enzimas. Este processo permite a sín-tese de conjugados ubiquitina-proteína de mas-sa molecular elevada, intermediários essenciaisdo mecanismo responsável pelo catabolismode muitas proteínas nas células eucariotas.As enzimas que catalisam a quebra (i. é, a hídró-lise) de L. l. recebem a designação genérica deisopeptidases. Têm recebido especial atenção asisopeptidases que estão envolvidas no funcio-

Formação de um dipéptido a partir de doisaminoácidos. A - Dois aminoâcidos; B - Dipéptidocontendo uma ligação peptídica. R representa a cadeia

lateral dos aminoácidos

Amínoácido Aminoácido

B

Terminalamina

tR

~MOléCUlade água

1155

namento da via proteolítica dependente da ubi-quitina. Estas enzimas, também denominadas hi-drolases do terminal C da ubiquitina, participamna regeneração de moléculas livres e reutilizá-veis de ubiquitina, após a proteólise da proteína--substrato dos conjugados de ubiquitina-proteínade massa molecular elevada pelo 71proteassoma26s. A isopeptidase T actua preferencialmentenas ligações ubiquitina-lisina 48-ubiquitina de ca-deias multiubiquitiniladas. Uma outra actividadede hidrolase do terminal C da ubiquitina estáassociada ao proteassoma 26s e quebra a L. l.formada entre uma ubiquitina e um resíduo delisina da proteína-substrato.Tem também sido detectada a presença de L. l.nos polimeros de fibrina e na lã. Estas ligaçõesnão são clivadas pelas proteases digestivas doorganismo humano, mas apenas pelas bacté-rias presentes no intestino grosso. Por este mo-tivo, a presença de L. l. nas proteínas da dietaalimentar reduz o seu valor nutritivo.

R. BOAVIDA FERRElRA

ligação peptídica - BIOQ. É assim denomi-nada qualquer ligação covalente do tipo amida

O

II(-C-N-)

IH

que se estabelece entre dois aminoácidos ouresíduos de aminoácidos. Esta designação incluinão só a 7Iligação eupeptidica, formada entreo grupo a-amina de um aminoácido e o grupoa-carboxilo de outro aminoácido, como tambéma 7Iligação isopeptidica, estabelecida entre umgrupo amina de um aminoácido e um grupocarboxilo de outro aminoácido, um dos quais,pelo menos, não se encontra ligado directamen-te ao carbono a. O termo -lígação peptídíca- é,no entanto, comummente utilizado como sinó-nimo de ligação eupeptídica. A característica fun-damental dos aminoácidos, que permite a suapolimerização para formar os 71péptidos e as71proteínas, é a de possuírem dois grupos quí-micos na sua estrutura, nomeadamente um grupoa-amina e um grupo a-carboxilo. Estes grupospodem reagir «cabeça-com-pés», com eliminaçãode uma molécula de água, e formar uma liga-ção covalente do tipo amida que, no caso dospéptidos e proteínas, é denominada «ligação pep-tidica-. Aliás, do ponto de vista químico, asproteínas podem ser basicamente consideradascomo polímeros lineares de aminoácidos ligados-cabeça-corn-pés-, de grupo a-carboxilo paragrupo a-amina, pela formação de L. P.Devido à libertação da molécula de água, queocorre cada vez que se forma uma L. P., é fre-quente designar a porção restante da moléculado aminoácido por resíduo de aminoácido.É possível ligar um número qualquer de amí-noácidos, por L. P. sucessivas, de modo a for-mar um oligómero ou polímero linear, denomi-nado, respectivamente, oligopéptido (di, tri, tetra,perita, etc.) ou polipéptido. Os oligopéptidos,bem como os polipéptidos, têm duas extremi-dades distintas: a extremidade N ou terminalamina, que possui um grupo a-amina livre, e a

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extremidade C ou terminal carboxilo, que pos-sui um grupo a-carboxilo livre. O esqueletocentral de um péptido ou proteína consiste,pois, numa sequência repetida de

O

11--N-C" - C--

I IH R

.em que N representa o azoto amídico, Ca oátomo de carbono a do aminoácido, R a cadeialateral e C o carbono do carbonilo, o qual, porsua vez, está ligado ao azoto amídico do próxi-mo aminoácido. É de notar que o oxigénio dogrupo carbonilo e o hidrogénio do azoto amí-dico se encontram numa disposição trans umem relação ao outro, o que é favorecido doponto de vista termodinâmico por ocasionarmenores restrições de natureza espacial. As pro-priedades da L. P., elucidadas nos anos 30 e 40por Linus Pauling e Robert Corey, são larga-mente determinadas pela ressonância entre opar de electrões 2p do azoto amida e o grupocarbonilo adjacente.

-C"

ligação peptídica Liga

nância máxima de - 85 kl.mol") tem c. 40% decarácter de dupla ligação. A L. P. tem, por isso,um carácter parcial de dupla ligação, devido à

formação de uma orbital p envolvendo três áto-mos: os átomos de C e O do grupo carbonilo eo átomo de N do grupo amídico. As quatroconsequências principais do carácter parcial dedupla ligação da L. P. são:1. O grupo imina (-NH-) da L. P. não tem ten-dência significativa para se ionizar ou protonarnuma gama de valores de pH de ° a 14.2. A L. P. é planar, i. é, todos os seis átomosda L. P. (os dois carbonos a dos dois aminoá-cidos adjacentes, o C e o O do grupo carboniloe o N e o H do grupo imina) são complanares.3. A L. P. é relativamente rígida, i. é, existe umarestrição relativamente elevada à rotação, a tem-peraturas fisiológicas, que é de c. 75 kl.mol'. Paraos péptidos e proteínas, esta barreira é suficien-temente elevada para impedir a rotação à tem-peratura ambiente. Este aspecto é de extremaimportância no que diz respeito à conformaçãotridimensional das cadeias polipeptídicas, desem-penhando um papel fundamental na determina-ção da estrutura das proteínas por limitar o núme-ro de conformações possíveis dos polipéptidos.

-C" H" 0/

_ /C-N"00 C"

Estru turas contribuintes

2

Híbrido de ressonância

Uma das estruturas contribuintes para a ligaçãoC-N é uma ligação covalente simples, em quenão há sobreposição entre o par de electrões2p do azoto e o carbono do grupo carbonilo(estrutura contribuinte 1). Nesta estrutura, os áto-mos C e N são planares e estão hibridados emSp2, enquanto que os átomos C e O do grupocarbonilo estão unidos por uma ligação p. Naestrutura contribuinte 2, tanto o C do grupocarbonilo como o N do grupo amida estão hi-bridados em sp' e, por isso, ambos são planares.Consequentemente, todos os seis átomos repre-sentados estão no mesmo plano; a ligação C=Né dupla por ambos os átomos participarem naformação de uma ligação p, deixando um parde electrões livres no oxigénio. A estrutura realda L. P. é um híbrido de ressonância (estrutura3), formado a partir das estruturas contribuintes1 e 2. O comprimento da ligação carbono car-bonilo-azoto (Co-N) da L. P. (estrutura 3) temum valor de 0,1325 nm, intermédio entre ocomprimento da ligação covalente simples Co-Nda estrutura contribuinte 1 (0,1487 nm) e ocomprimento da ligação covalente dupla Co=Nda estrutura contribuinte 2 (0,127 nm). O híbri-do de ressonância (com uma energia de resso-

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4. Como o oxigénio é mais electronegativo queo azoto, o azoto amídico apresenta uma cargaeléctrica líquida positiva de 0,28 e o oxigéniodo grupo carbonilo uma carga eléctrica liquidanegativa equivalente. A presença destas cargaseléctricas parciais confere um carácter dipolarpermanente à L. P. (71Hélice.)Deste modo, as rotações permitidas numa ca-deia peptídica são as que envolvem rotaçõesem torno das ligações covalentes simples queligam cada átomo de carbono a aos grupospeptídicos planares adjacentes, como indicadona figo seguinte.Deste modo, cada carbono a constitui o pontode ligação de dois planos definidos por duasL. P. adjacentes. O ângulo em torno da ligaçãoCa-N é designado pela letra grega phi (<I» eaquele em torno da ligação Ca-Co é referidopela letra grega psi (1jI). A maioria dos valorespossíveis de <I>e ljI são termodinamicamenteproibidos devido a restrições de natureza espa-cial. O biofísico G. N. Ramachandran e colabo-radores propuseram, em Madras, Índia, o traça-do de um diagrama (que ficou conhecido porgráfico de Rarnachandran), em que se repre-sentam os valores de <I>em função dos valoresde 1jI, para ilustrar a distribuição dos valorespermitidos para os ângulos numa proteína oufamília de proteínas. Os pares de valores favo-ráveis para os dois ângulos concentram-se tipi-camente em poucas regiões do gráfico. A maiorparte da área do gráfico de Ramachandran en-contra-se vazia, representando valores dos ângu-los para os quais as conformações são termodi-namicamente impossíveis ou raras devido àscorrespondentes distâncias entre átomos ou gru-

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Liga ligação peptídica

Terminal carboxílo

Representação de um dipéptido, ilustrando as rotaçõespermitidas em tomo das ligações covalentes simples

que unem os átomos de carbono a aos planoscontendo a ligação peptídica

pos de átomos serem demasiadamente peque-nas. Aminoácidos com cadeias laterais volumosastêm menos pares de valores de <I>e ljI permiti-dos, ao contrário do que acontece com a glici-na. A prolina tem um <I>restringido a valoresde _600 a -77' devido à restrição imposta na liga-ção N-Ca pela sua cadeia lateral particular.O esqueleto de uma cadeia polipeptídica podeentão ser visualizado como uma série de pla-nos rígidos separados por grupos metileno(-CHR-), contendo o carbono a (que é tetraé-drico):

Configuração trans dos átomos de carbono

Configuração eis dos átomos de carbono

mesmo lado da L. P., o que origina restriçõesde natureza espacial entre as cadeias laterais Rmais volumosas - a configuração eis é, porisso, c. 8 kl.mol' menos estável do que a con-figuração trans. Por este motivo, a configuraçãotrans é a configuração que predomina nas ca-deias peptídicas. Há uma excepção importantea esta generalização: L. P. envolvendo a prolinapodem ser igualmente eis ou trans, porque anatureza espacial do anel hidropirrólico da pro-

H

Ácido aspârtíco

Representação de uma cadeia polipeptídica

Em cada L. P., os átomos de carbono a podemexistirem duas configurações possíveis: eis outrans. .Na configuração trans, os dois carbonos a comas suas cadeias laterais R estão longe um dooutro, em lados opostos da L. P. Na configura-ção eis, eles estão próximos um do outro, do

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lina elimina as vantagens de estabilidade daconfiguração trans. Os dipéptidos cíclicos 2,5--dioxopiperazinas e a poliprolina contêm exclu-sivamente L. P. na configuração eis. Existe mesmouma enzima, a peptidilprolil isomerase, tambémdenominada peptidilprolina cis-trans isomerase(EC 5.2.1.8.), que catalisa a isomerização eis-

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-trans de L. P. aminoácido X-prolina, não sódurante o enrolamento de proteínas como emproteínas na forma nativa.A síntese de um dipéptido a partir de dois ami-noácidos, i. é, a formação de uma L. P., é umprocesso endergónico, que ocorre com umavariação de energia livre padrão da ordem de~GOI = +10 kl.mol'. Por este motivo, o equilí-brio desta reacção em solução aquosa favorece,do ponto de vista termodinâmico, a reacção dehidrólise da L. P. Por isso, os polipéptidos sãoprontamente hidrolisados na presença de catali-sadores apropriados. Um método geral que clivatodas as L. P. consiste em aquecer (frequente-mente a 105°-110°C), durante c. 24 horas, o pép-tido dissolvido num ácido mineral forte (normal-mente HCI 6M). Uma catálise mais específica éfomecida pelas enzimas proteolíticas peptidasese 71proteases. A tabela seguinte indica, comoexemplos, algumas proteases, bem como a suaespecificidade preferencial.

ligação de persulfureto Liga

dada por uma enzima. Nas células, o catabolis-mo das proteínas, que decorre com a hidrólisedas L. P. que ligam os aminoácidos sucessivosnas cadeias polipeptídicas, recebe a designaçãode proteólise. Uma outra reacção de hidrólisede L. P. específicas, mas de natureza não-enzí-mática, envolve o reagente brometo cianogénico(BrC '" N), o qual cliva especificamente ao la-do do grupo carboxilo de resíduos de metionina.

R. BOA VIDA FERREIRA

ligação de persulfureto - BIOQ. Tambémdenominada ligação bissulfeto, ligação dissulfídri-ca ou ponte de bissulfeto. É uma ligação cova-lente do tipo -5-5- que se forma entre doisátomos de enxofre de péptidos ou proteínas,pela oxidação de dois grupos sulfidrilo de duasmoléculas ou resíduos de cisteína. O estabele-cimento de uma destas ligações entre dois resí-duos de cisteína de uma proteína forma umaminoácido raro das proteínas, a 71cistina:

R O R O

(11 12

11TerminalN··· --N-C--C-N-C--C--' "TerminalC

J J r Á Á

Enzima Especificidade preferencial

Algumas enzimas proteolíticas

Fonte

Tripsina (EC 3.4.21.4) RI - Lys, Arg Aparelho digestivo de animais e

muitas outras fontesQuimotripsina (EC 3.4.21.1) R, ~ Tyr, Phe, Leu, Ile, Vai, Trp, e His a Idem

pH elevadoPepsina (EC 3.4.23.1-4) R, - Phe, Leu e muitos outros Idem, mas confinada ao estômago,

em que o ph é baixoTrombina (EC 3.4.21.5) RI ~ Arg Sangue - envolvida na coagulação

Papaína (EC 3.4.22.2) RI ~ Arg, Lys, Phe-X Látex da papaía

Bromelaína (EC 3.4.22.32-33) R, ~ Lys, Ala, Tyr, Gly Ananás

Termolisina (EC 3.4.2427) R2 - mesmo resíduos que a quimotripsina Bacillus tbermoproteolyticusSubtilisina (EC 3.4.21.62) Baixo nível de especificidade Bactérias diversas

Carboxipeptidase A (EC 3.4.17.1) R2 ~ resíduo de aminoácido do terminal C Aparelho digestivo de animais

A formação de um dipéptido e de uma molé-cula de água a partir de dois aminoácidos é,como vimos, uma reacção química endergónica,

. que requer o consumo de 4 a 16 kl.mol", de-pendendo dos aminoácidos considerados. O va-lor de ~GO/ decresce progresssivamente à me-dida que os aminoácidos vão sendo adicionadosà cadeia polipeptídica, atingindo valores de~G'" --: 2 kl.mol' para polipéptidos muito gran-des. Este baixo valor reflecte a tendência dosgrupos terminais ionizados -NH3• e -COO-favorecerem a hidrólise das L. P. adjacentes. Asproteínas são, por isso, teoricamente instáveis,podendo sofrer hidrólise espontânea se con-siderarmos períodos de tempo suficientementelongos. Contudo, nas condições que se obser-vam nas células, estas reacções espontâneasocorrem de modo demasiado lento, na ausên-cia de enzimas apropriadas, para terem qualquerefeito significativo no metabolismo celular. Poroutras palavras, uma vez sintetizada, uma pro-teína mantém-se estável a menos que seja degra-

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NH,I -HOOC - CH -CH -5H + H5- CH2 - CH -COOHI 2

NH2

Cisteína

Oxidação l~ ~2H

Cisteína

H2

IHOOC-CH-CH2 -S-S-CH2-CH -COOH

INH2

Cistina

As L. P. não dirigem nem comandam o enrola-mento espontâneo e termodinâmico das pro-teínas. Contudo, uma vez adquirida a estrutura

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