Referencia de aminoácidos para la investigación con péptidos
Una referencia de los 20 aminoácidos estándar, con sus códigos de tres letras y de una letra, la química de sus cadenas laterales y sus agrupaciones, además de los residuos no estándar que aparecen con más frecuencia en los péptidos de investigación, como Aib, norleucina, isómeros D, piroglutamato y ornitina.
Por qué importa la química de los residuos
Todos los aminoácidos de un péptido comparten la misma unidad de esqueleto: un grupo amino, un carbono alfa central y un grupo carboxilo. Lo que difiere es la cadena lateral unida al carbono alfa, y son las cadenas laterales las que confieren a una secuencia su carga, hidrofobicidad, reactividad y tendencia a plegarse o agregarse. Por eso, leer una secuencia residuo a residuo es la forma más rápida de anticipar cómo se comportará un péptido en solución y en el análisis.
La química de las cadenas laterales también determina los riesgos prácticos. Algunos residuos se oxidan, otros se desamidan, otros forman enlaces disulfuro y otros dificultan la disolución de una secuencia. El analizador de secuencias resume la composición, la carga y la hidrofobicidad de una secuencia, y las secciones siguientes explican qué hay detrás de esas cifras.
Los 20 aminoácidos estándar
A continuación se enumeran los aminoácidos codificados ribosómicamente con sus códigos de tres letras y de una letra y una breve descripción de la cadena lateral. Todos excepto la glicina son quirales y, en las proteínas, aparecen como isómero L. Otros dos residuos, la selenocisteína (Sec, U) y la pirrolisina (Pyl, O), están codificados genéticamente en algunos organismos, pero son raros en los péptidos de investigación.
- Ala (A): pequeño, hidrofóbico, apolar; una cadena lateral metilo que favorece las hélices
- Arg (R): básico, con carga positiva a pH fisiológico; grupo guanidinio, fuertemente hidrofílico
- Asn (N): amida polar sin carga; propenso a la desamidación, especialmente antes de Gly o Ser
- Asp (D): ácido, con carga negativa a pH neutro; propenso a la formación de aspartimida
- Cys (C): tiol polar; forma enlaces disulfuro y se oxida con facilidad
- Gln (Q): amida polar sin carga; puede desamidarse lentamente y ciclarse a piroglutamato en el extremo N-terminal
- Glu (E): ácido, con carga negativa a pH neutro; cadena lateral de ácido carboxílico
- Gly (G): sin cadena lateral, aquiral; muy flexible, común en los giros
- His (H): cadena lateral de imidazol, solo parcialmente cargada cerca del pH neutro; se une a metales como el cobre y el zinc
- Ile (I): hidrofóbico, alifático ramificado; favorece la estructura de lámina beta
- Leu (L): hidrofóbico, alifático ramificado; común en hélices y núcleos hidrofóbicos
- Lys (K): básico, con carga positiva a pH fisiológico; amina primaria utilizada para conjugación y lipidación
- Met (M): tioéter hidrofóbico; se oxida al sulfóxido (+16 Da)
- Phe (F): aromático hidrofóbico; aporta poca absorbancia UV a 280 nm
- Pro (P): amina secundaria cíclica; rígido, rompe las hélices e introduce acodamientos
- Ser (S): hidroxilo polar pequeño; sitio de fosforilación en biología
- Thr (T): hidroxilo polar, ramificado en beta; sitio de fosforilación y glicosilación
- Trp (W): indol aromático hidrofóbico grande; fuerte absorbente UV a 280 nm y sensible a la luz
- Tyr (Y): fenol aromático, ligeramente polar; absorbe a 280 nm y puede fosforilarse o yodarse
- Val (V): hidrofóbico, alifático ramificado en beta; favorece la estructura de lámina beta
Agrupación según la química de la cadena lateral
Los libros de texto agrupan los residuos estándar de maneras ligeramente distintas, pero la agrupación práctica más útil sigue la carga y la polaridad. Estos grupos se corresponden directamente con la solubilidad, la retención en HPLC de fase reversa y la susceptibilidad a determinadas reacciones de degradación.
Algunos residuos encajan en más de un grupo. La tirosina es aromática, pero también lo bastante polar como para situarse en la superficie de las proteínas; la histidina es aromática e ionizable; la glicina y la prolina suelen considerarse aparte porque sus efectos sobre la flexibilidad del esqueleto pesan más que la química de su cadena lateral. La cisteína se comporta como un residuo hidrofóbico en algunas escalas y como un grupo polar reactivo en otras.
- Alifáticos hidrofóbicos: Ala, Val, Leu, Ile, Met
- Aromáticos: Phe, Tyr, Trp y, en algunos esquemas, His
- Polares sin carga: Ser, Thr, Asn, Gln, Cys
- Ácidos (negativos a pH neutro): Asp, Glu
- Básicos (positivos a pH neutro): Lys, Arg y His cuando está protonada
- Especiales por su conformación: Gly (flexible) y Pro (rígida)
Grupos ionizables y carga neta
La carga neta a un pH dado proviene de la amina N-terminal libre, del carboxilo C-terminal libre y de las cadenas laterales ionizables de Asp, Glu, His, Cys, Tyr, Lys y Arg. A pH neutro, Asp y Glu están prácticamente desprotonados por completo y son negativos, Lys y Arg están completamente protonados y son positivos, y la histidina está parcialmente protonada. La cisteína y la tirosina son en gran medida neutras a pH neutro y solo se vuelven negativas en condiciones básicas.
Cada grupo tiene un pKa característico, pero los valores publicados difieren entre conjuntos de referencia y se desplazan según el entorno local en un péptido. Por eso las cargas netas y los puntos isoeléctricos calculados son estimaciones y no valores exactos. Las modificaciones terminales también importan: la acetilación N-terminal elimina una carga positiva y la amidación C-terminal elimina una negativa. La guía de solubilidad según la secuencia muestra cómo estas estimaciones orientan la elección del disolvente.
Residuos con implicaciones para la manipulación
Un puñado de residuos explica la mayoría de los problemas de estabilidad. La metionina, la cisteína y el triptófano se oxidan; la asparagina y, más lentamente, la glutamina se desamidan; el ácido aspártico forma aspartimida y hace que los enlaces Asp-Pro sean lábiles en medio ácido; y una glutamina o un glutamato N-terminal pueden ciclarse a piroglutamato. Los tramos de Val, Ile, Leu, Phe y Tyr aumentan el riesgo de agregación en lámina beta, que se trata en agregación de péptidos.
La composición también afecta el análisis. Solo Trp y Tyr, y en pequeña medida la cistina, absorben de forma útil a 280 nm, por lo que los péptidos que no los contienen no pueden cuantificarse por A280. Los residuos básicos se unen a contraiones, lo que reduce el contenido neto de péptido. La histidina, la cisteína y la amina N-terminal coordinan iones metálicos, algo fundamental en los péptidos de cobre como GHK-Cu. Consulte almacenamiento y estabilidad de péptidos para conocer la química de la degradación con más detalle.
Residuos no estándar comunes
Los péptidos sintéticos y naturales suelen contener residuos ajenos a los veinte estándar. Se introducen para resistir a las proteasas, fijar una conformación, eliminar una cadena lateral propensa a la oxidación o imitar una modificación postraduccional natural. Cada uno tiene su propia masa, por lo que las pruebas de identidad deben usar la estructura modificada.
- Aib (ácido alfa-aminoisobutírico): un carbono alfa con dos grupos metilo; aquiral, favorece fuertemente los giros helicoidales y bloquea la escisión por algunas peptidasas, como en la posición 2 de la semaglutida
- Nle (norleucina): una cadena lateral no ramificada de cuatro carbonos, aproximadamente isostérica con la metionina pero que no puede oxidarse; se utiliza en PT-141 y en el melanotan II
- D-aminoácidos: formas especulares de los residuos estándar, escritas con el prefijo D-; cambian la geometría del esqueleto y resisten muchas proteasas, como en la triptorelina; consulte D-aminoácidos y péptidos retro-inversos
- pGlu (piroglutamato): una lactama cíclica formada a partir de Gln o Glu N-terminal; elimina la amina N-terminal libre y se encuentra en hormonas naturales como la hormona liberadora de gonadotropina, base de la gonadorelina
- Orn (ornitina): un residuo básico con una cadena lateral un metileno más corta que la de la lisina; no está codificada ribosómicamente, pero es común en péptidos antimicrobianos y cíclicos
- Otros: sarcosina (N-metilglicina), hidroxiprolina, citrulina y 2-naftilalanina (2-Nal), esta última presente en la ipamorelina
Cómo usar esta referencia
Al revisar una secuencia nueva, un repaso rápido de sus residuos responde varias preguntas prácticas a la vez: si el péptido es ácido, básico o neutro; si es probable que se disuelva en agua; qué vías de degradación cabe esperar; si puede cuantificarse por absorbancia UV; y si un certificado de análisis debería mencionar modificaciones como la amidación o residuos no estándar.
La notación de estos residuos y modificaciones se trata en nomenclatura y modificaciones de péptidos. Para un cálculo completo de la masa, la carga y la hidrofobicidad, introduzca la secuencia en el analizador de secuencias, especificando cuidadosamente cualquier residuo no estándar y los grupos terminales para que los valores calculados describan la molécula real.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre los códigos de aminoácidos de tres letras y de una letra?
Son dos notaciones para los mismos residuos. Los códigos de tres letras, como Gly-His-Lys, son más fáciles de leer y representan las modificaciones con claridad, mientras que los de una letra, como GHK, son compactos y estándar en las bases de datos y herramientas de secuencias. Ambos se escriben del extremo N-terminal al C-terminal. Los residuos no estándar suelen requerir abreviaturas de tres letras o entre corchetes.
¿Qué aminoácidos hacen que un péptido sea hidrofóbico?
La leucina, la isoleucina, la valina, la fenilalanina, la metionina, el triptófano y, en menor medida, la alanina y la tirosina son los que más contribuyen a la hidrofobicidad. Una secuencia rica en estos residuos y con poca carga neta probablemente será poco soluble en agua y propensa a la agregación. Las escalas de hidrofobicidad como GRAVY resumen la tendencia global en una sola cifra.
¿Por qué los péptidos de investigación contienen aminoácidos no estándar?
Los residuos no estándar se introducen para modificar propiedades relevantes en los sistemas experimentales: resistencia a las proteasas, una conformación preferida, eliminación de una cadena lateral propensa a la oxidación o imitación de una modificación natural. Entre los ejemplos figuran Aib, norleucina, D-aminoácidos y piroglutamato. Cada uno modifica la fórmula molecular, por lo que los datos analíticos deben coincidir con la secuencia modificada.
Compuestos mencionados
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