Peptidele

Peptidele

Caracterizare generala

Peptidele si polipeptidele sunt poliprotide inferioare, care se obtin prin condensarea unui numar relativ mic de aminoacizi (2 - 100).

Clasificare

Formarea peptidelor are loc prin condensarea intermoleculara a aminoacizilor la nivelul gruparilor - COOH si - NH₂ , cu aparitia legaturilor peptidice - CO - NH - . De exemplu, o dipeptida poate sa se obtina din doua molecule ale aceluiasi aminoacid sau a doi aminoacizi diferiti.

Treptidele rezultate sunt izomere. Numarul de izomeri posibili ai unei peptide creste cu numarul aminoacizilor participanti la reactia de sinteza. Astfel din doi aminoacizi: glicocol si alanina se pot forma doua dipeptide izomere: glicil - alanina si alanil - glicina.

Acestea au o structura diferita, deci si proprietati diferite. Din 4 amonoacizi pot rezulta 24 tetrapeptide izomere, din 6 aminoacizi se obtin 720 hexapeptide izomere, etc.

In orice peptida aminoacizii terminali poseda fie o grupare - NH₂ libera (aminoacid N - terminal), fie o grupare - COOH libera (aminoacid C - terminal).

In mod conventional la reprezentarea grafica a unui lant polipeptidic, primul aminoacid este purtatorul gruparii - NH₂ libere, iar ultimul aminoacid este purtatorul gruparii - COOH libere.

Nomenclatura chimica a peptidelor consta in indicarea succesiva a denumirii fiecarui aminoacid cu adaugarea sufixului "il", cu exceptia ultimului aminoacid (C - terminal) care are o denumire neschimbata. Spre exemplu o tetrapeptida cu structura:

H₂N - Ala - Glu - His - Lis - COOH

Se va denumi: alanil - glutamil - histidil - lizina.

Clasificarea peptidelor se poate face in diferite moduri si anume:

a)     in functie de numarul aminoacizilor participanti:

oligopeptide (continand intre 2-9 resturi de aminoacizi);

polipeptide (continand intre 10-100 resturi de aminoacizi).

b)     in functie de felul aminoacizilor:

homopeptide (formate din acelasi aminoacid);

heteropeptide (formate din aminoacizi diferiti).

c)     in functie de modul de aranjare a aminoacizilor in catena:

peptide liniare;

peptide ramificate;

peptide semiciclice;

peptide ciclice.

Proprietatile peptidelor

Peptidele si polipeptidele cu masa moleculara mica sunt substante incolore, cristaline, usor solubile in apa, primele formeaza solutii reale, iar ultimele dispersii coloidale. Spre deosebire de proteine, ele nu coaguleaza prin incalzire, insa pot precipita la adaugare de saruri.

Prezinta caracter amfoter, la fel ca si aminoacizii.

Fiind poliprotide, peptidele hidrolizeaza in mediu acid sau enzimatic, rezultand aminoacizii constituenti. De exemplu:

+2 H₂O

Alanil - glicil - tirozina Alanina + glicocol + tirozina

Peptidele si polipeptidele prezinta reactiile de culoare ale aminoacizilor si o parte din reactiile de culoare ale proteinelor. Una dintre cele mai importante este reactie care are loc in prezenta sarurilor cuprice in mediu alcalin (reactia biuretului), cand se obtine o coloratie violeta. Aceasta reactie, care evidentiaza legaturile peptidice, este utilizata pentru identificarea si dozarea peptidelor si proteinelor.

Peptide si polipeptide naturale

Peptidele naturale sunt sintetizate de catre plante, animale si microorganisme si ele indeplinesc in organismele vii si celule cele mai variate roluri:

componente structurale ale tesuturilor;

hormoni;

factori de eliberare ai hormonilor;

antibiotice;

toxine;

inhibitori de enzime.

Prezinta importanta din punct de vedere biochimic urmatoarele peptide: carnozina, anserina si glutationul.

Carnozina si anserina sunt dipeptide izolate din muschii animalelor. Carnozina este formata din histidina si β - alanina si se gaseste in muschii animalelor. Anserina este un analog structural al carnozinei, fiind constituita din N - metil - histidina si β - alanina, ea se gaseste in muschii pasarilor.

Aceste dipeptide cu actiune hipotensiva, stimuleaza secretia glandelor si au un rol activ in transportul acidului fosforic. Carnozinfosfatul este donor de grupari fosfat in contractia musculara.

Glutationul este una dintre cele mai importante peptide prezenta in regnul vegetal si animal. In cantitati mai mari se afla in ficat (170 mg %) si in splina (100 mg %).

Din punct de vedere chimic este o tripeptida formata din resturi de glicocol, cisteina si acid glutamic.

Glutationul este usor dehidrogenat si transformat in diglutation:

Datorita acestei proprietati, glutationul joaca un rol important in procesele metabolice de oxido-reducere. De asemenea este activator a numeroase enzime si hormoni si este o substanta antitoxica.

In unele procese biochimice, glutationul redus actioneaza ca o coenzima, fiind donator de hidrogen in reactiile de oxido-reducere:

enzima

A + 2 G - SH AH₂ + G - S - S - G

Glutationul actioneaza ca antioxidant, intervenind in protejarea anumitor substante contra oxidarii (acid ascorbic, adrenalina, hemoglobina).

In regnul animal se gasesc o serie de oligo- si polipeptide cu rol de hormoni: ocitocina, vasopresina, angiotensina I, bradikinina, hormonii pancreatici (insulina si glucagonul) si hormonii hipofizari.

Originea peptidelor in organismul animal:

din biosinteza din aminoacizi, prin care se formeaza peptide cu rol biologic;

fiind intermediari in biosinteza sau degradarea macromoleculelor proteice.

Peptidele au masa moleculara M ≈ 10.000 kDa si se deosebesc de protide prin numarul aminoacizilor; trec prin membranele semipermeabile; nu precipita sub actiunea acidului tricloracetic Cl₃C - COOH.

Desi se cunosc multe peptide libere cu rol biologic activ, nu se poate preciza daca provin numai prin scindarea metabolica a protidelor. Faptul ca multe peptide sau protide cu activitate hormonala sau enzimatica provin din scindarea unor structuri proteice mai complexe (enzime din zimogeni, hormoni tisulari ce provin din precursori ai plasmei sanguine: angiotensina, bradikinina) constituie un indiciu in favoarea acestei presupuneri.

Sinteza peptidelor poate fi chimica sau enzimatica.

Sinteza chimica se bazeaza pe activarea prealabila a gruparilor carboxil sau amino. Azi se foloseste sinteza pe suport de polimer din aminoacizi. Cu ajutorul enzimelor proteolitice (pepsina, tripsina, chimotripsina) se realizeaza sinteza unor secvente polipeptidice cu pH=4-8 si este mult diferit de pH-ul de hidroliza (pH=1-2). Pentru sinteza pot fi utilizate amestecuri de aminoacizi sau peptide cu catene variabile ca lungime. Prin aceasta metoda, numita reactia plasteinei, se obtine insulina si angiotensina.

Polipeptide biologic active

Acestea sunt: hormoni, antibiotice, peptide analgezice.

Antibiotice peptidice Indiferent de structura, ele inhiba activitatea microorganismelor prin mecanisme apropiate. Specificitatea de actiune este foarte ridicata si orice schimb ionic afecteaza toate proprietatile biologice. Multe antibiotice peptidice au resturi lipidice si aminoacizi neobisnuiti gasiti in protidele din plante si animale (ex. -lizina). Ultimele teorii, dar neconfirmate, arata ca prezenta lor este raspunzatoare de activitatea biologica a antibioticelor. Numeroase antibiotice sunt peptide mici, ce contin intre 2 (penicilina) si 15 (gramicidina) resturi de aminoacizi.

Alte antibiotice contin mai multe unitati peptidice, astfel incat se poate ajunge la 14.000 kDa. Desi se cunosc mai mult de 200 antibiotice cu structura peptidica, structura precisa este cunoscuta pentru un numar de 75, iar sinteza se realizeaza pentru 15.

- Grupa actinomycinei. Sunt antibiotice active la bacteriile gram pozitive in concentratii foarte mici. Prin hidroliza lor acida se formeaza NH₃, CO₂, aminoacizi si o grupare cromoforica cu structura ciclica, asemanatoare cu structura melaninei. Prima sinteza de antibiotice din aceasta clasa s-a realizat in 1964.

- Grupa bacitracinei. S-a obtinut pe culturi de Bacillus licheniformis. S-a separat din mediul de cultura cu ajutorul normal-butanolului. Bacitracina a fost separata in 10 componente: A, A', B, C,.. Din hidroliza lor s-au obtinut aminoacizi. Aceste 10 componente difera prin spectrele in UV. Bacitracina este activa fata de bacteria gram pozitiva si activitatea ei este inhibata de cloramfenicol.

Grupa gramicidinei contine antibiotice ciclice separate din Bacillus brevis. Gramicidinele (A, B, C) difera prin catenele de aminoacizi, au in molecula 19 aminoacizi si o catena liniara. Cea mai cunoscuta este gramicidina S care are in molecula 10 aminoacizi si este sensibila la bacteriile gram pozitive. Sinteza gramicidinei S reprezinta prima sinteza a unui antibiotic ciclic peptidic.

- Grupa polimyxinei. Face parte din antibioticele polipeptidice sintetizate de Bacillus polimyxa. Se deosebesc intre ele prin unele resturi de aminoacizi si prin natura acidului gras.

Bacteriofagele - alternative in obtinerea antibioticelor

Aproximativ jumatate din productia mondiala de antibiotice este reprezentata de antibioticele de uz animal. Anumite antibiotice utilizate in industria cresterii animalelor au impart direct asupra omului. Astfel s-a demonstrat faptul ca anumite antibiotice administrate unor animale bolnave pot fi ragasite in carne sau alte produse de origine animala consumate de om avand un efect nociv asupra staraa de sanatate a acestuia. Este unul din motivele care au dus la aparitia unor terapii alternative - ata cum este terapia prin intermediul bacteriofagilor.

Utilizarea bacteriofagilor nu este limitata doar la uzul medical uman si veterinar. Exista aplicatii si in agricultura in cazul in care apar diverse infectii bacteriene. De exemplu in cazul culturilor de citrice infectate cu Xanthomonas citri se utilizeaza administrarea uinor antibiotice. Aceste insa pe langa efectul benefic asupra plantelor au marele dezavantaj ca afecteaza si flora microbiana din sol. Inlocuirea acestor antiobiotice cu diverse bacteriofage poate insemna un pas inainte in agricultura de tip ecologic.

In ultimii ani, terapia cu bacteriofage a trezit interesul medicilor din tarile slab dezvoltate sau in curs de dezvoltare din zone cum ar fi Africa. Conform unor statistici prezentate de Organizatia Mondiala a Sanatatii in aceste tari, bolile parazitare si infectioase sunt responsabile de moartea a peste 20 de milioane de persoane pe an. In fiecare an aproximativ 8 milioane de copii sub varsta de 5 ani mor daorita unor infectii acute ale cailor respiratorii (datorate unor bacterii cum sunt Streptococcus pneumonia, Haemophilus influenza tip B) sau datorita unor afectiuni ale tractului intestinal datorate infectiilor cu Shigella sp., Vibrio cholera si diverse tipuri de E.coli. In special in Africa, disenteria cauzata de Shigella dysenteria apare in mod frecvent. Pana in anii 1970 aceste boli erau tratae cu ajutorul antibioticelor de sinteza. Incepand insa cu anii 1990 s-a observat aparitia unor mari epidemii datorate unor tulpii rezistente la toate tipurile de antibiotice administrate pana atunci ceea ce a impus aparitia acestei alternative, a terapiei prin intermediul bacteriofagelor ("phage" therapy").

Cauza mortalitatii care apare in cazul unor accidente prin arsuri (in primele zile) este datorata in principal infectiei cu  Pseudomonas aerginosa, infectie ce poate fi combatuta prin intermediul aplicatiilor externe de bacteriofage.

Hormoni polipeptidici Sunt catene liniare de -aminoacizi care contin legaturi peptidice alaturi de care apar legaturi disulfidice, care determina aparitia unor punti intre catene sau formarea unor inele ciclice. Actioneaza foarte diferit. Efectele lor fiziologice nu pot fi explicate printr-un singur mecanism. Astfel transportul ionilor Na⁺, K⁺, Ca²⁺ si a diferitelor molecule mici (glucoza) prin membranele celulare este influentat de numarul hormonilor ceea ce duce la spasmofilie (lipsa de Ca, Mg). Sinteza primului hormon polipeptidic s-a facut in 1954 pentru ocitocina.

Hormonii polipeptidici sunt:

- Hormonii hipofiziari

a) hormonii hipofizei anterioare: STH contine intre 200-400 aminoacizi; hormonii

glandulatropi sunt TSH, ACTH; hormonii gonadotropi (LH, LTH, FSH);

b) hormonii hipofizei posterioare (neurohipofizei): ocitocina, vasopresina;

c) hormonii hipointermediare: intermedina.

- Hormonii pancreatici

a) insulina - hormon hipoglicemiant, stimuleaza patrunderea glucozei din sange

in celule si biosinteza proteinelor;

glucagonul - hormon hiperglicemiant, stimuleaza gluconeogeneza, are actiune

lipolitica.

- Hormoni tisulari

a) bradikininele - formeaza tisulari peptidici care nu sunt secretati de glande.

Angiotensinele si bradikininele sunt hiper- si hipotensivi, sunt formate prin

scindarea proteinelor plasmatice. Actioneaza asupra muschilor netezi si au

proprietati vasodilatatoare;

b) hormonii tractului intestinal - gastrina secretata de mucoasa gastrica si

secretina, secretata de mucoasa intestinala. Gastrina stimuleaza secretia

HCl si a pepsinei, iar secretina stimuleaza secretia care ajunge in

duoden si de acolo in pancreas.

Peptide analgezice (morfine endogene). Senzatia dureroasa este transmisa de neuronii maduvei spinarii prin intermediul substantelor peptidice (polipeptida hipotensiva). Inhibarea ei duce la oprirea stimulului dureros. Aceasta functie revine unor peptide endogene numite endorfine (substante opoide, peptide endogene, neuropeptide).

Receptorii de opiacee se gasesc localizati pe structura membranei lipoproteice, de care se fixeaza stereospecific peptidele endogene dar si antagonistii specifici ai opiaceelor, producand efectele lor farmacodinamice, comportamentale si efecte vegetative specifice. In 1975 se izoleaza din creier doua polipeptide, numite encefaline, iar ulterior se descopera alte peptide endogene: endorfinele din hipofiza, anodinina din plasma sanguina, sau din lapte s-a izolat caremorfina.

Encefalinele sunt pentapeptide care difera prin aminoacidul terminal: metionin encefaline si izoleucin encefaline. Endorfinele au masa moleculara mult mai mare decat encefalinele.

Peptide cu actiune toxica (toxine)

- Faloidina actioneaza rapid, se gaseste in ciuperci si din punct de vedere chimic sunt peptide biciclice;

- Amanitrina (se gaseste in ciuperci);

- Peptidele vaccin;

- Unele insecticide si ierbicide.