Wiązanie peptydowe jest jednym z najważniejszych wiązań występujących w świecie przyrody. Łączy ze sobą poszczególne cząsteczki aminokwasów tworząc struktury peptydów i białek. Ponadto wykazuje wyjątkowe właściwości ze względu na występowanie między innymi form mezomerycznych czy możliwość rotacji grup funkcyjnych wokół wiązania węgiel-azot.
Budowa wiązania peptydowego
Wiązania peptydowe (-CO-NH-) są jednymi z najważniejszych wiązań występujących w przyrodzie. W swojej budowie zawierają atomy węgla, tlenu, azotu i wodoru. Wiązania te powstają w wyniku reakcji kondensacji pomiędzy grupą karboksylową (-COOH), a grupą aminową (-NH2). Reakcja ta najczęściej zachodzi pomiędzy dwoma różnymi lub takimi samymi aminokwasami. Powstającym produktem ubocznym jest cząsteczka wody. Wiązanie peptydowe ulega rozpadowi w wyniku hydrolizy. Zostaje wtedy rozerwane i odtworzeniu ulegają poszczególne aminokwasy. Reakcja hydrolizy przebiega w podwyższonej temperaturze, w środowisku wodnym, a także w obecności stężonych kwasów nieorganicznych lub stężonych zasad.
Wiązania peptydowe są płaskimi wiązaniami ze względu na brak możliwości rotacji wiązania pomiędzy węglem karbonylowym, a atomem azotu. Jednakże wiązanie to wykazuje charakter mezomeryczny, tzn. występują dwie formy mezomeryczne będące skutkiem „przemieszczania się” wiązania podwójnego w wiązaniu peptydowym. W efekcie tego wiązanie węgiel – azot wykazuje częściowo charakter wiązania podwójnego, co wzmacnia jego stabilność chemiczną. Wiązania peptydowe występują w dwóch formach izomerycznych: cis i trans (wiązanie peptydowe w białkach i peptydach częściej przyjmuje formę trans).
Polipeptydy
W zależności od tego ile cząsteczek aminokwasów połączy się ze sobą za pomocą wiązań peptydowych, można rozróżnić:
- dipeptydy – zbudowane z dwóch cząsteczek aminokwasów,
- tripeptydy – połączenie trzech cząsteczek aminokwasów,
- oligopeptydy – posiadają mniej niż 10 reszt aminokwasowych,
- polipeptydy – w swojej strukturze mają od 10 do 100 aminokwasów,
- białka – wielkocząsteczkowe struktury zawierające ponad 100 cząsteczek aminokwasów.
Łączenie się ze sobą więcej niż dwóch cząsteczek aminokwasów prowadzi do powstawania polipeptydów. Dwie cząsteczki aminokwasów łącząc się ze sobą, tworzą wiązanie peptydowe. Połączone już aminokwasy posiadają wolne grupy funkcyjne, które mogą utworzyć kolejne wiązania z innymi cząsteczkami aminokwasów. W ten sposób powstają polipeptydy.
Wykrywanie wiązań peptydowych w reakcji biuretowej
Reakcja biuretowa jest reakcją charakterystyczną umożliwiającą wykrywanie wiązań peptydowych. Za jej pomocą możliwe jest nie tylko wykrycie połączeń peptydowych, ale również ich ilościowe oznaczenie. Jest szczególnie przydatna w przypadku związków chemicznych, w których wiązanie peptydowe znajduje się w bliskiej odległości od siebie. Takie związki to np. peptydy czy białka. W reakcji biuretowej jest możliwe wykrycie co najmniej dwóch wiązań peptydowych. W związku z tym metoda ta jest nieodpowiednia do wykrywania aminokwasów (nie posiadają wiązania peptydowego) lub dipeptydów (posiadają tylko jedno wiązanie peptydowe).
Aby wykryć wiązania peptydowe, należy przede wszystkich stworzyć zasadowe środowisko reakcji poprzez dodanie roztworu silnej zasady (może to być wodorotlenek sodu lub wodorotlenek potasu). Umożliwia to powstanie barwnego kompleksu jonów miedzi (II). Następnie do badanego roztworu dodawany jest siarczan miedzi (II) o intensywnie niebieskim zabarwieniu oraz winian sodowo-potasowy (odpowiada on za utrzymanie odpowiedniej rozpuszczalności całego kompleksu). Wiązania peptydowe z jonami miedzi (II) tworzą barwny kompleks, który można analizować spektrofotometrycznie przy długości fali 546 nm (maksimum absorpcji). Zmiana barwy z niebieskiej na fioletową świadczy o obecności tego wiązania w badanym materiale. Intensywność zabarwienia natomiast jest zależna od ilości wiązań peptydowych.
Aminokwasy, peptydy i białka
Aminokwasy, peptydy i białka mają jeden wspólny mianownik, którym jest wiązanie peptydowe. Wszystkie wymienionych struktury odgrywają niezwykle istotną role w świecie przyrody i prawidłowym funkcjonowaniu naszego organizmu.
Aminokwasy są związkami o stosunkowo skomplikowanej budowie cząsteczki. Z chemicznego punktu widzenia są to związki organiczne, które posiadają przynajmniej po jednej grupie aminowej i karboksylowej. Ich łańcuchy boczne mogą mieć strukturę rozgałęzioną, linową bądź pierścieniową. Cząsteczki aminokwasów łączą się ze sobą tworząc dimery i polimery o różnej długości łańcucha i różnym składzie.
Peptydy to struktury zawierające około 50 aminokwasów (maksymalnie do 100), z tego powodu często są nazywane krótkołańcuchowymi białkami. Biorą udział we wszystkich procesach fizjologicznych, w których spełniają role regulatorów oraz przekaźników. Powstają w efekcie reakcji kondensacji pomiędzy grupą karboksylową i grupą aminową, czyli z utworzeniem wiązania peptydowego. Produktem ubocznym tej reakcji jest cząsteczka wody.
Białka to cząsteczki wielkocząsteczkowe o skomplikowanej budowie. W skład białek wchodzi szereg aminokwasów, które w różnej kolejności są połączone pomiędzy sobą za pomocą wiązań peptydowych. Aminokwasy łączą się w ten sposób w białka, że grupa karboksylowa jednego aminokwasu łączy się z grupą aminową drugiego aminokwasu lub z grupą aminową drugiej cząsteczki tego samego aminokwasu – powstaje wtedy tak zwany dwupeptyd, który posiada wolną grupę aminową i karboksylową. Daje to możliwość dalszego przyłączania kolejnych cząsteczek aminokwasów i tworzenia polipeptydów.