Les vingt acides aminés se caractérisent tous par un carbone alpha central lié de manière covalente à un groupe carboxyle, à un groupe amine, à un atome d'hydrogène et à un groupe R’ variable. Bien que les liaisons peptidiques ne se situent pas nécessairement entre deux acides aminés, la plupart du temps, lorsqu'on en parle, c'est dans ce contexte.

Mécanisme de formation de la liaison peptidique

Une liaison peptidique se forme lorsque le acide carboxylique Le groupe (R-C[O]OH) d'un acide aminé réagit avec le groupe amine (R-NH₂) d'un autre. La molécule obtenue est un amide comportant une liaison C–N (R-C(O)-NH-R). Cette réaction de condensation donne naissance à un dipeptide et entraîne la libération d’une molécule d’eau : un groupe hydroxyle (OH) provenant du groupe carboxyle et un atome d’hydrogène provenant de l’amine sont libérés, le groupe carboxyle libérant un hydroxyde et l’amine libérant un atome d’hydrogène. En biologie, ce processus est généralement appelé « synthèse par déshydratation », car il consiste à construire une structure d’ordre supérieur au prix d’une perte d’eau.

Liaison peptidique : plane et rigide

Bien qu'elle soit représentée sous la forme d'une simple liaison, la liaison peptidique présente certaines caractéristiques d'une double liaison, ce qui lui confère une structure plane bien définie. L'oxygène du groupe carbonyle possède une charge partiellement négative (-0,28) et constitue un bon accepteur de liaison hydrogène, tandis que l'azote de l'amide est partiellement positif (+0,28) et constitue un bon donneur de liaison hydrogène.

Cela signifie que la liaison peptidique (les liaisons C=O et N-H) se situe entièrement dans un même plan. La liaison entre le carbone carbonyle et l’azote présentant un caractère partiel de double liaison, la rotation autour de cette liaison est limitée (88 kJ/mol d’énergie sont nécessaires pour la faire tourner). Par conséquent, l’unité peptidique est une structure plane et rigide, et la rotation au sein du squelette peptidique est limitée aux liaisons impliquant un atome de carbone :

Il existe deux conformations possibles de la liaison peptidique plane : dans la configuration trans, les atomes Cα se trouvent de part et d'autre de la liaison peptidique, tandis que dans la configuration cis, ils se trouvent du même côté de la liaison peptidique.

Dans les peptides d'origine naturelle, la plupart des liaisons peptidiques se présentent sous la configuration trans. Cependant, des formes cis peuvent apparaître dans les liaisons peptidiques qui précèdent un résidu proline. Dans ces cas-là, la forme cis est plus stable que d'habitude, car la chaîne latérale de la proline offre moins d'encombrement. Pour la plupart des peptides, la forme cis est environ 1 000 fois moins stable que la forme trans.

Rupture d'une liaison peptidique

Il est intéressant de noter que l'équilibre de cette réaction penche du côté de l'hydrolyse plutôt que de la synthèse. Par conséquent, la biosynthèse d'une liaison peptidique nécessite un apport d'énergie libre. Il peut donc paraître contre-intuitif d’apprendre que les liaisons peptidiques sont assez stables sur le plan cinétique : la durée de vie d’une liaison peptidique en solution aqueuse est d’environ 1 000 ans. Il est extrêmement difficile de rompre une liaison peptidique sans enzyme ; ce processus est donc généralement médié par une enzyme appelée protéase, telle que subtilisine, qui est souvent ajouté aux lessives pour éliminer de nombreux contaminants protéiques.

La capacité à rompre de manière prévisible les liaisons peptidiques revêt une importance capitale dans de nombreux domaines de recherche. Par exemple, les conjugués anticorps-médicaments suscitent actuellement un vif intérêt ; ceux-ci associent des fragments d’anticorps à des composés pharmacologiquement actifs afin, notamment, de cibler spécifiquement les tumeurs cancéreuses.

Absorbance d'une liaison peptidique

L'absorbance des liaisons peptidiques, qui se situe principalement dans le domaine UV, entre environ 190 et 230 nm, est essentielle pour l'étude des protéines et des peptides par spectroscopie UV. Cette absorbance est liée aux transitions électroniques au sein des chromophores amides de la liaison peptidique, en particulier aux transitions n→π* et π→π*. La sensibilité à l’environnement local permet à la spectroscopie UV de détecter les changements conformationnels des protéines, ce qui en fait un outil précieux pour l’étude de la dynamique de repliement et de la dénaturation. L“” absorbance à 280 nm » est couramment utilisée pour estimer les concentrations en peptides et en protéines, en s’appuyant sur les contributions des résidus d’acides aminés aromatiques. En substance, l’absorbance des liaisons peptidiques fournit des informations sur la structure, la conformation et la concentration de ces biomolécules.

Les liaisons peptidiques en biologie

Les liaisons peptidiques se forment au sein des ribosomes au cours d’un processus appelé « traduction » pour former des polypeptides, qui subissent ensuite divers traitements et modifications moléculaires, avant de se replier en une structure tridimensionnelle que l’on appelle une protéine. Les protéines peuvent compter aussi peu que quarante-quatre acides aminés, ou jusqu’à trente-cinq mille. Une erreur dans le processus de traduction peut entraîner un mauvais repliement de la protéine et, par conséquent, une maladie. Il est extrêmement important de comprendre les forces physiques qui régissent une liaison peptidique, car cela permet aux scientifiques de concevoir des modèles prédictifs précis des structures tridimensionnelles des protéines.