Da Peptide Information 
21 aprile 2025
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Cos'è un legame peptidico
Un legame peptidico è il legame covalente ammidico che collega i residui amminoacidici all'interno dei peptidi e delle proteine. In un α-peptide convenzionale, si forma tra il carbonio carbonilico derivato dal gruppo α-carbossilico di un amminoacido e l'azoto derivato dal gruppo α-amminico del residuo successivo.
In termini strutturali, il legame peptidico è rappresentato come:
–C(=O)–NH–
I legami peptidici ripetuti creano la spina dorsale di una catena peptidica, che si estende dal terminale N al C. terminale Le catene laterali degli amminoacidi sporgono da questa spina dorsale e contribuiscono a molte delle differenze chimiche tra le singole sequenze peptidiche.
La IUPAC descrive i peptidi come ammidi formate da due o più molecole di acido amminocarbossilico attraverso un legame covalente tra il carbonio carbonilico di un residuo e l'azoto di un altro.
Il legame peptidico non è chimicamente equivalente a un normale legame singolo C–N che ruota liberamente. La risonanza tra il gruppo carbonilico e l'azoto ammidico conferisce al legame C – N il carattere parziale di doppio legame. Di conseguenza, la rotazione attorno al legame peptidico C–N è limitata e gli atomi che compongono il gruppo peptidico tendono ad adottare una disposizione approssimativamente planare.
Questa caratteristica strutturale apparentemente semplice ha importanti conseguenze sulla conformazione del peptide. Poiché la rotazione attorno al legame peptidico stesso è limitata, gran parte della flessibilità conformazionale di uno scheletro peptidico deriva invece dalla rotazione attorno ai vicini N–Cα e Cα–C′ . legami
Formazione di legami peptidici nei sistemi biologici
Nella sintesi proteica biologica, i legami peptidici si formano nel centro peptidil-transferasi del ribosoma.
Durante la traduzione, un amminoacil-tRNA che trasporta l'amminoacido successivo entra nel sito ribosomiale A, mentre la catena peptidica in crescita è attaccata a un tRNA nel sito P. Il gruppo α-amminico libero dell'amminoacil-tRNA in arrivo attacca il carbonio carbonilico del legame estere che collega il peptide in crescita al tRNA del sito P.
La catena peptidica in crescita viene quindi trasferita all'amminoacido trasportato dal tRNA del sito A, allungando la catena di un residuo. Il ribosoma poi si trasloca, permettendo al ciclo di allungamento di continuare.
Questa reazione è descritta più accuratamente come aminolisi di un estere attivato o reazione di trasferimento acilico piuttosto che come semplice condensazione di disidratazione tra due amminoacidi liberi. Il centro peptidil-transferasi ribosomiale è costituito principalmente da RNA ribosomiale conservato e posiziona i substrati reagenti nella geometria richiesta per un'efficiente formazione del legame peptidico.
Un’altra distinzione importante riguarda l’uso dell’energia. L'idrolisi del GTP partecipa a processi come il rilascio dell'amminoacil-tRNA, la correzione di bozze e la traslocazione ribosomiale, ma la formazione del legame peptidico in sé non è semplicemente 'alimentata dal GTP'. L'amminoacido è già stato attivato chimicamente attraverso l'attaccamento al tRNA prima che raggiunga il ribosoma.
La direzione della sintesi del peptide rimane altamente ordinata: la catena in crescita è assemblata dal terminale N al terminale C , secondo le informazioni di sequenza codificate dall'mRNA.
I legami peptidici possono anche formarsi in condizioni di laboratorio controllate.
Nella moderna chimica dei peptidi, uno degli approcci più utilizzati è la sintesi peptidica in fase solida (SPPS) . Piuttosto che fare affidamento sulla reazione spontanea di due amminoacidi non attivati, la sintesi peptidica utilizza derivati di amminoacidi protetti e attivati chimicamente in modo che la formazione del legame possa avvenire selettivamente e in una sequenza controllata.
Durante la SPPS, il peptide in crescita rimane attaccato ad una resina solida. Un ciclo tipico prevede la rimozione di un gruppo protettivo temporaneo, l'attivazione e l'accoppiamento dell'amminoacido successivo, il lavaggio e la ripetizione del processo fino all'assemblaggio della sequenza desiderata.
Dopo l'assemblaggio della catena, il peptide viene generalmente separato dalla resina, i gruppi protettivi rimanenti vengono rimossi e il materiale grezzo procede alla purificazione e alla caratterizzazione analitica.
Questa chimica controllata è importante perché gli amminoacidi contengono più gruppi funzionali potenzialmente reattivi. Le strategie del gruppo protettivo e l'attivazione selettiva consentono la formazione del legame peptidico desiderato riducendo al contempo le reazioni collaterali indesiderate.
Il carattere parziale di doppio legame del legame peptidico C–N rende il gruppo peptidico relativamente rigido e approssimativamente planare.
L'angolo di torsione attorno al legame peptidico C–N è indicato con ω (omega) . La maggior parte dei legami peptidici adotta la configurazione trans , in cui ω è vicino a 180°. Una frazione molto più piccola adotta la configurazione cis , in cui ω è prossimo a 0°.
I legami peptidici cis sono generalmente rari, sebbene si verifichino più frequentemente quando il residuo successivo è prolina. La differenza energetica tra le conformazioni cis e trans è minore per i legami peptidici Xaa-Pro rispetto alla maggior parte delle altre combinazioni di residui.
Questo punto è importante perché il concetto originale a volte è eccessivamente semplificato. Il legame peptidico non elimina la rotazione attraverso l'intera spina dorsale.
Invece, il legame peptidico C–N è relativamente vincolato, mentre due legami principali adiacenti forniscono gran parte della libertà conformazionale:
φ (phi) descrive la rotazione attorno al legame N – Cα.
ψ (psi) descrive la rotazione attorno al legame carbonilico Cα–C′.
Diverse combinazioni di angoli φ e ψ consentono alle catene peptidiche di adottare conformazioni associate ad eliche α, strutture β, curve, catene estese e altre disposizioni strutturali.
Legame idrogeno e struttura peptidica
La struttura peptidica contiene sia donatori che accettori di legami idrogeno.
L'ossigeno carbonilico di un legame peptidico convenzionale può agire come un accettore di legame idrogeno, mentre un gruppo ammidico N – H può agire come donatore di legame idrogeno quando tale idrogeno è presente.
Queste interazioni contribuiscono in modo importante all'organizzazione delle strutture peptidiche e proteiche. I modelli regolari di legami idrogeno sono particolarmente importanti per stabilizzare le disposizioni strutturali secondarie come le eliche α e i fogli β.
Tuttavia, la conformazione peptidica non dovrebbe essere attribuita solo al legame idrogeno. Le interazioni della catena laterale, le forze elettrostatiche, gli effetti idrofobici, le condizioni dei solventi, la temperatura, il pH, la forza ionica e le interazioni con altre molecole possono tutti influenzare le strutture osservate sperimentalmente.
La struttura peptidica assorbe fortemente la radiazione ultravioletta nella regione dell'UV lontano a causa delle transizioni elettroniche associate al gruppo ammidico.
Questa proprietà è utile nell'analisi dei peptidi. Ad esempio, le lunghezze d'onda vicine a 214 nm sono comunemente utilizzate per rilevare componenti contenenti peptidi durante l'HPLC in fase inversa perché la struttura peptidica contribuisce con una forte assorbanza in questa regione.
Tuttavia, questo non deve essere confuso con le misurazioni dell'assorbanza intorno a 280 nm . L'assorbanza vicino a 280 nm dipende in gran parte dai residui di amminoacidi aromatici come triptofano e tirosina piuttosto che dal legame peptidico stesso.
Per questo motivo, la lunghezza d'onda e il metodo quantitativo più appropriati dipendono dalla sequenza peptidica, dalla tecnica analitica, dalla fase mobile, dalla concentrazione e dallo scopo della misurazione.
Questa distinzione è più accurata rispetto al considerare l'assorbanza di 210–230 nm come un metodo universale per determinare la 'concentrazione proteica'.
I legami peptidici sono cineticamente stabili in molte condizioni acquose ordinarie e generalmente non subiscono una rapida idrolisi spontanea a pH neutro.
Tuttavia, possono essere scissi in condizioni chimiche sufficientemente forti o attraverso reazioni catalizzate da enzimi.
Le proteasi e le peptidasi accelerano l'idrolisi del legame peptidico con vari gradi di specificità di substrato e sequenza. Nei sistemi biologici, la proteolisi controllata è coinvolta in processi che vanno dalla maturazione delle proteine al ricambio proteico e alla regolazione delle vie di segnalazione.
Dal punto di vista del laboratorio, la stabilità del legame peptidico può essere influenzata anche dal pH, dalla temperatura, dalla composizione del solvente, dalla sequenza, dai gruppi funzionali vicini e dalle condizioni di conservazione.
Per questo motivo, l'integrità chimica non può essere dedotta esclusivamente dalla presenza di legami peptidici; il comportamento dell'intera sequenza peptidica deve essere valutato nelle relative condizioni sperimentali.
I legami peptidici forniscono la struttura covalente continua che consente alle sequenze di amminoacidi di esistere come peptidi e proteine definiti.
La loro combinazione di stabilità chimica e geometria ristretta è particolarmente importante. Il legame deve rimanere sufficientemente stabile per mantenere l'integrità della sequenza pur essendo capace di scissione controllata da parte di enzimi o in condizioni chimiche definite.
Nei sistemi biologici, la scissione selettiva dei legami peptidici consente alle proteine e ai peptidi di essere processati, attivati, inattivati, riciclati o degradati. La specificità di queste reazioni dipende principalmente dall'enzima coinvolto e dall'ambiente molecolare che circonda il sito di scissione.
Ciò rende la chimica del legame peptidico fondamentale non solo per la struttura del peptide ma anche per lo studio della proteolisi, del riconoscimento molecolare, del ricambio proteico, della specificità degli enzimi e di molte altre aree della ricerca biochimica.
Comprendere la chimica del legame peptidico è importante nella sintesi peptidica, nell'analisi strutturale, nella chimica analitica e nella ricerca biochimica.
Nella chimica dei peptidi sintetici, la formazione controllata del legame ammidico è la reazione centrale utilizzata per assemblare sequenze di amminoacidi definite.
Nella ricerca strutturale, la planarità del legame peptidico e gli angoli torsionali della spina dorsale aiutano a spiegare le conformazioni accessibili a una catena peptidica.
Nella ricerca analitica, l'assorbanza del legame peptidico può supportare il rilevamento cromatografico, mentre tecniche come la spettrometria di massa forniscono informazioni complementari sulla massa molecolare e sull'identità correlata alla sequenza.
La scissione selettiva del legame peptidico viene utilizzata anche nei flussi di lavoro proteomici e biochimici. Le proteasi con preferenze di scissione definite possono generare frammenti che vengono successivamente esaminati mediante metodi cromatografici o spettrometrici di massa.
Storicamente, la degradazione di Edman ha fornito un metodo per l'analisi sequenziale degli amminoacidi dall'estremità N di un peptide o di una proteina. La moderna caratterizzazione dei peptidi si basa sempre più sulla spettrometria di massa e su tecniche analitiche complementari, sebbene la chimica di Edman rimanga scientificamente importante.
Gli studi sugli analoghi dei legami peptidici e sui legami ammidici modificati contribuiscono anche alla ricerca sui meccanismi enzimatici, sulla stabilità dei peptidi, sulla conformazione molecolare e sulla chimica peptidomimetica.
Il legame peptidico appare apparentemente semplice: un gruppo carbonilico collegato all'azoto.
Tuttavia la sua risonanza, planarità, proprietà di legame idrogeno, stabilità chimica e reattività controllata determinano collettivamente gran parte del comportamento strutturale dei peptidi.
Una chiara comprensione dei legami peptidici fornisce quindi le basi per lo studio della sintesi, della purificazione, della conformazione, della stabilità, della scissione enzimatica e della caratterizzazione analitica dei peptidi.
Per i ricercatori di laboratorio, il legame peptidico non è semplicemente la connessione tra amminoacidi. È una delle caratteristiche chimiche centrali che determina come sono costruite le catene peptidiche, come adottano la struttura e come si comportano in condizioni sperimentali.
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