Peptydy to organiczne związki chemiczne, które powstają przez połączenie dwóch lub więcej aminokwasów za pomocą wiązania peptydowego. Proces ten nazywany jest kondensacjąkondensacja aminokwasówkondensacją, a w jego wyniku, oprócz peptydu, powstaje również cząsteczka wody. Ogólny schemat kondensacji został zaprezentowany na poniższym rysunku:

R16bd9NZxr9xG

Ogólny schemat kondensacji na przykładzie alaniny i glicyny. Równanie reakcji. Cząsteczka alaniny zbudowana z grupy $\text{CH}$ podstawionej grupą metylową ${\text{CH}}_3$, grupą aminową ${\text{NH}}_2$ oraz grupą karboksylową <math aria‑label="C O O H">COOH. Dodać cząsteczka glicyny zbudowana z grupy metylenowej ${\text{CH}}_2$ połączonej z grupą aminową ${\text{NH}}_2$ oraz z grupą karboksylową <math aria‑label="C O O H">COOH. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka peptydu alaniloglicyny, która to zbudowana jest z grupy metylowej ${\text{CH}}_3$ związanej z grupą $\text{CH}$, która to podstawiona jest grupą aminową ${\text{NH}}_2$ oraz związana z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą $\text{NH}$, która to łączy się z grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ połączoną z grupą karboksylową <math aria‑label="C O O H">COOH Dodać jedna cząsteczka wody. Na schemacie podpisano grupy aminowe oraz grupy karboksylowe zarówno w substratach, jak i w produktach.

Zerwanie wiązania peptydowego

Reakcja odwrotna, w wyniku której dochodzi do zerwania wiązania peptydowego i odtworzenia poszczególnych aminokwasów, nazywana jest hydrolizą. Schemat reakcji został pokazany na poniższej ilustracji:

Rg88ty9FBKorB

Schemat reakcji hydrolizy peptydu na przykładzie alaniloglicyny. Równanie reakcji. Cząsteczka peptydu alaniloglicyny, która to zbudowana jest z grupy metylowej ${\text{CH}}_3$ związanej z grupą $\text{CH}$, która to podstawiona jest grupą aminową ${\text{NH}}_2$ oraz związana z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z grupą $\text{NH}$, która to łączy się z grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ połączoną z grupą karboksylową <math aria‑label="C O O H">COOH Dodać jedna cząsteczka wody. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka alaniny zbudowana z grupy $\text{CH}$ podstawionej grupą metylową ${\text{CH}}_3$, grupą aminową ${\text{NH}}_2$ oraz grupą karboksylową <math aria‑label="C O O H">COOH. Dodać cząsteczka glicyny zbudowana z grupy metylenowej ${\text{CH}}_2$ połączonej z grupą aminową ${\text{NH}}_2$ oraz z grupą karboksylową <math aria‑label="C O O H">COOH. Na schemacie podpisano grupy aminowe oraz grupy karboksylowe zarówno w substratach, jak i w produktach.

Jak łatwo zauważyć, przedstawione powyżej reakcje są reakcjami odwracalnymi, to znaczy, że mogą zachodzić w dwóch różnych kierunkach zgodnie z tym samym równaniem. Równanie reakcji odwracalnej zaznacza się strzałką w obie strony, co zostało przedstawione na poniższym równaniu:

Wiązanie peptydowe

Istotnym wiązaniem, umożliwiającym powstawanie peptydów, jest wiązanie peptydowe. Występuje ono pomiędzy atomem azotu z grupy aminowej ($—{\text{NH}}_2$) a atomem węgla z grupy karboksylowej ($—\text{COOH}$) i zostało zaprezentowane na poniższej ilustracji.

RYc7vJeURaX2x

Ilustracja przedstawiająca równanie reakcji kondensacji pomiędzy dwiema cząsteczkami glicyny. Cząsteczka glicyny zbudowana z grupy metylenowej ${\text{CH}}_2$ połączonej z grupą aminową ${\text{NH}}_2$ oraz z grupą karboksylową <math aria‑label="C O O H">COOH. Dodać cząsteczka cząsteczka glicyny zbudowana z grupy metylenowej ${\text{CH}}_2$ połączonej z grupą aminową ${\text{NH}}_2$ oraz z grupą karboksylową <math aria‑label="C O O H">COOH. Strzałka w prawo, za strzałką cząsteczka dipeptydu glicyloglicyny zbudowanej z grupy ${\text{NH}}_2$ połączonej z grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ związaną z atomem węgla wchodzącym w skład wiązania peptydowego i połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu podstawionym atomem wodoru oraz grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ połączoną z grupą karboksylową $\text{COOH}$. Dodać cząsteczka wody.

Peptydy można podzielić ze względu na ilość aminokwasów, które je budują:

• oligopeptydy – od dwóch do dziesięciu reszt aminokwasowych;

• polipeptydy – od jedenastu do stu reszt aminokwasowych,

• białka – umownie przyjęło się mówić o białkach, gdy cząsteczka składa się z powyżej stu reszt aminokwasowych.

Wzory aminokwasów

Wzory peptydów, na pierwszy rzut oka, wydają się skomplikowanym tworem, ale kiedy poznamy zasady, wg których powstają, wszystko się wyjaśnia. Ważne jest, aby w trakcie tworzenia wzorów peptydów mieć przed oczami tabelę, w której zawarte są wzory aminokwasów białkowych oraz ich skróty. Taką tabelę możesz przeanalizować poniżej:

Dla pierwszego przykładu weźmy najprostszy aminokwas, glicynę, której wzór strukturalny wygląda tak:

R6kzPEaPY0N24

Ilustracja przedstawiająca wzór cząsteczki glicyny zbudowanej z grupy metylenowej ${\text{CH}}_2$ połączonej z grupą aminową ${\text{NH}}_2$ oraz z grupą karboksylową <math aria‑label="C O O H">COOH.

Teraz poddajemy dwie cząsteczki glicyny procesowi kondensacji, w wyniku której, jako produkt, powstaje nam dipeptyd, glicyloglicyna, oraz woda. Równanie tej reakcji zostało przedstawione poniżej:

We wzorze „nowego” dipeptydu można dopatrzeć się części ze „starych” aminokwasów, które uległy kondensacji:

R1J9miWuqMWj2

Ilustracja przedstawiająca wzór cząsteczki glicyloglicyny zbudowanej z grupy ${\text{NH}}_2$ połączonej z grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ związaną z atomem węgla wchodzącym w skład wiązania peptydowego i połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu podstawionym atomem wodoru oraz grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ połączoną z grupą karboksylową $\text{COOH}$. Na żółto zakreślono fragment pochodzący od pierwszej cząsteczki, to jest grupę aminową i metylenową związaną z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu. Drugi fragment zakreślony jest na niebiesko i obejmuje grupę $\text{NH}$ łączącą go z pierwszym fragmentem oraz z grupą metylenową podstawioną grupą karboksylową.

Z „żółtego” aminokwasu zabrano całą grupę hydroksylową $—\text{OH}$, a z aminokwasu „niebieskiego” odebrano jedynie atom wodoru $—\text{H}$ od grupy aminowej ($—{\text{NH}}_2$). Wiązanie powstało między atomem węgla a atomem azotu:

R155Rwpt8QbKV

Ilustracja przedstawiająca wzór cząsteczki glicyloglicyny zbudowanej z grupy ${\text{NH}}_2$ połączonej z grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ związaną z atomem węgla wchodzącym w skład wiązania peptydowego i połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu podstawionym atomem wodoru oraz grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ połączoną z grupą karboksylową $\text{COOH}$. Na ilustracji zaznaczono wiązanie peptydowe, które to obecne jest pomiędzy atomem węgla związanym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu a atomem azotu grupy $\text{NH}$. Zatem łączy grup pochodzące od dwóch różnych cząsteczek aminokwasów.

W ten sposób udało nam się uzbierać części na stworzenie cząsteczki wody, która również jest produktem w reakcji kondensacji, a często się o niej zapomina.

Jak zapisuje się wzory peptydów i jak tworzy się ich nazwy?

Przyjęło się, że wzory peptydów pisze się od N‑końcaN‑koniec peptyduN‑końca do C‑końcaC‑koniec peptyduC‑końca. N‑koniec to ten aminokwas, który ma wolną grupę $—{\text{NH}}_2$ i w wiązanie angażuje grupę $—\text{COOH}$, natomiast C‑koniec to aminokwas z wolną grupą $—\text{COOH}$ i związaną grupą $—\text{NH}$. Patrząc na nasz przykład, oba końce mają się następująco:

R1Iq8I1w1Tcul

Ilustracja przedstawiająca wzór cząsteczki glicyloglicyny zbudowanej z grupy ${\text{NH}}_2$ połączonej z grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ związaną z atomem węgla wchodzącym w skład wiązania peptydowego i połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem azotu podstawionym atomem wodoru oraz grupą metylenową ${\text{CH}}_2$ połączoną z grupą karboksylową $\text{COOH}$. Po lewej stronie struktury zaznaczono grupę aminową pochodzącą od pierwszej cząsteczki aminokwasu i stanowiącą N‑koniec, po prawej stronie zaznaczono grupę karboksylową pochodzącą od drugiej cząsteczki aminokwasu i stanowiącą C‑koniec peptydu.

W nazewnictwie peptydów nazwę określa się od N‑końca do C‑końca. Przyjęło się, aby wzory rysować również w tym kierunku: od N‑końca do C‑końca. Temu aminokwasowi, który angażuje grupę karboksylową $—\text{COOH}$ i jednocześnie ma wolną grupę $—{\text{NH}}_2$ (czyli innymi słowy pierwszy aminokwas od N‑końca), dodaje się końcówkę -ylo lub -ilo. Robi się tak z każdym kolejnym aminokwasem, aż do momentu, gdy zostaje aminokwas z C‑końca, którego nazwa nie zostaje zmieniona. Teraz, żeby móc to przyswoić, poniżej zostały zaprezentowane niektóre nazwy peptydów z wykorzystaniem oznaczeń jednoliterowych aminokwasów:

Ważne jest, aby pamiętać o pisaniu nazw oraz rysowaniu wzorów zawsze w tej kolejności: N‑koniecN‑koniec peptyduN‑koniec $\to$ C‑koniecC‑koniec peptyduC‑koniec. Jest to istotne, ponieważ z kondensacji dwóch różnych aminokwasów mogą powstać tak naprawdę cztery różne produkty. Dla przykładu: kiedy w probówce mamy glicynę i alaninę, mogą powstać cztery dipeptydy – glicyloalanina, alaniloglicyna, glicyloglicyna i alaniloalanina. Również we wzorach widać znaczącą różnicę:

Zrozumienie, w jaki sposób zapisuje się wzory peptydów oraz ich nazwy, wymaga ćwiczeń. Należy pamiętać o kilku ważnych zasadach, które zostały zapisane poniżej:

1. Wzory peptydów rysuje się od N‑końca do C‑końca.

2. Nazwy peptydów pisze się od N‑końca do C‑końca.

3. Do nazw wszystkich aminokwasów, których grupa karboksylowa $—\text{COOH}$ jest zaangażowana w wiązanie peptydowe, dodaje się końcówkę -ylo lub -ilo.

4. Nazwa aminokwasu na C‑końcu pozostaje bez zmian.

Słownik

Bibliografia

Doonan S., Zawadzki Z., Białka i peptydy, Warszawa 2008.

Kłyszejko‑Stefanowicz L., Ćwiczenia z biochemii, Warszawa 2003.

Stryer L., Berg J. M., Tymoczko J. L., Biochemia. Część 1, Moleku;arny wzór zycia, Warszawa 2009, wyd 4.