Wiązanie peptydowe - Peptide bond

Wiązanie peptydowe.

Wiązanie peptydowe jest amid typu kowalencyjnego wiązania chemicznego łączącego dwa kolejne a-aminokwasy z C1 ( węgiel jeden numer) jednej alfa-aminowej kwasu i N2 ( azot numer dwa) innego, wzdłuż peptydu lub białka łańcucha.

Można go również nazwać wiązaniem eupeptydowym, aby oddzielić je od wiązania izopeptydowego , innego typu wiązania amidowego między dwoma aminokwasami.

Synteza

Tworzenie wiązań peptydowych poprzez reakcję odwodnienia .

Kiedy dwa aminokwasy tworzą dipeptyd poprzez wiązanie peptydowe , jest to rodzaj reakcji kondensacji . W tego rodzaju kondensacji dwa aminokwasy zbliżają się do siebie, przy czym reszta kwasu karboksylowego nie będąca łańcuchem bocznym (C1) jednego zbliża się do ugrupowania aminowego nie będącego łańcuchem bocznym (N2) drugiego. Traci się wodoru i tlenu z jego grupą karboksylową (COOH), a drugi traci wodoru z jej grupy aminowej (NH 2 ). W wyniku tej reakcji powstaje cząsteczka wody (H 2 O) i dwa aminokwasy połączone wiązaniem peptydowym (-CO-NH-). Dwa połączone aminokwasy nazywane są dipeptydami.

Wiązanie amidowe jest syntetyzowane, gdy grupa karboksylowa jednej cząsteczki aminokwasu reaguje z grupą aminową drugiej cząsteczki aminokwasu, powodując uwolnienie cząsteczki wody (H 2 O), stąd proces ten jest reakcją syntezy odwodnienia .

Kondensacja dehydratacyjna dwóch aminokwasów w celu utworzenia wiązania peptydowego (kolor czerwony) z wydaleniem wody (kolor niebieski).

Tworzenie wiązania peptydowego pochłania energię, która w organizmach pochodzi z ATP . Peptydy i białka to łańcuchy aminokwasów utrzymywane razem przez wiązania peptydowe (a czasami przez kilka wiązań izopeptydowych). Organizmy wykorzystują enzymy do produkcji peptydów nieryboosomalnych , a rybosomy do produkcji białek poprzez reakcje, które różnią się szczegółami od syntezy odwadniającej.

Niektóre peptydy, takie jak alfa-amanityna , nazywane są peptydami rybosomalnymi, ponieważ są wytwarzane przez rybosomy, ale wiele z nich to peptydy nieryboosomalne, ponieważ są syntetyzowane przez wyspecjalizowane enzymy, a nie przez rybosomy. Na przykład tripeptyd glutation jest syntetyzowany w dwóch etapach z wolnych aminokwasów przez dwa enzymy: ligazę glutaminianowo-cysteinową (tworzy wiązanie izopeptydowe, które nie jest wiązaniem peptydowym) i syntetazę glutationu (tworzy wiązanie peptydowe).

Degradacja

Wiązanie peptydowe można zerwać przez hydrolizę (dodanie wody). W obecności wody rozpadną się i uwolnią 8–16 kilodżuli / mol (2–4 kcal / mol ) energii Gibbsa . Ten proces jest niezwykle powolny, a okres półtrwania w 25 ° C wynosi od 350 do 600 lat na wiązanie.

W organizmach żywych proces jest normalnie katalizowany przez enzymy znane jako peptydazy lub proteazy , chociaż istnieją doniesienia o hydrolizie wiązania peptydowego spowodowanej przez odkształcenie konformacyjne, gdy peptyd / białko fałduje się do struktury natywnej. Ten nieenzymatyczny proces nie jest zatem przyspieszany przez stabilizację stanu przejściowego, ale raczej przez destabilizację stanu podstawowego.

Spectra

Długość fali absorpcji wiązania peptydowego wynosi 190–230 nm (co czyni go szczególnie podatnym na promieniowanie UV ).

Izomery cis / trans grupy peptydów

Znacząca delokalizacja samotnej pary elektronów na atomie azotu nadaje grupie charakter częściowego wiązania podwójnego . Częściowe wiązanie podwójne sprawia, że ​​grupa amidowa jest planarna , występująca w izomerach cis lub trans . W stanie rozwiniętym białek, grupy peptydowe mogą swobodnie izomeryzować i przyjmować oba izomery; jednak w stanie złożonym tylko jeden izomer jest przyjmowany w każdej pozycji (z rzadkimi wyjątkami). Forma trans jest preferowana przeważnie w większości wiązań peptydowych (w przybliżeniu stosunek 1000: 1 w populacjach trans: cis). Jednakże grupy X-Pro peptydy mają tendencję do w przybliżeniu 30: 1 stosunek, przypuszczalnie dlatego, że symetria między i atomów, z proliny sprawia, że izomery cis i trans prawie równych wartości energii (patrz rysunek poniżej).

Schemat izomeryzacji wiązania peptydowego X-Pro.  Diagram pokazuje izomer cis po lewej stronie, stany przejściowe w środku i izomer trans po prawej, z dwukierunkowymi strzałkami między każdą parą stanów.
Izomeryzacja wiązania peptydowego X-Pro. Izomery cis i trans znajdują się odpowiednio po lewej i po prawej stronie, oddzielone stanami przejściowymi.

Dwuścienny kąt związany z grupą peptydów (określone przez cztery atomy ) nazywana ; dla izomeru cis ( konformacja synperiplanarna ) i dla izomeru trans ( konformacja antypłaszczyznowa ). Grupy amidowe mogą izomeryzować wokół wiązania C'-N między formami cis i trans, aczkolwiek powoli ( 20 sekund w temperaturze pokojowej). Stany przejściowe wymagają zerwania częściowego wiązania podwójnego, tak aby energia aktywacji wynosiła w przybliżeniu 80 kilodżuli / mol (20 kcal / mol). Jednak energia aktywacji może zostać obniżona (i katalizowana izomeryzacja ) przez zmiany, które sprzyjają postaci z wiązaniami pojedynczymi, takie jak umieszczenie grupy peptydowej w środowisku hydrofobowym lub oddanie wiązania wodorowego do atomu azotu grupy peptydowej X-Pro . Oba te mechanizmy obniżania energii aktywacji zaobserwowano w izomerazach peptydylowo-prolilowych (PPIaz), które są naturalnie występującymi enzymami katalizującymi izomeryzację cis-trans wiązań peptydowych X-Pro.

Pofałdowanie białek konformacyjnych jest zwykle znacznie szybsze (zwykle 10–100 ms) niż izomeryzacja cis-trans (10–100 s). Nienaturalny izomer niektórych grup peptydów może znacząco zakłócić fałdowanie konformacyjne, spowalniając je lub uniemożliwiając nawet jego wystąpienie, aż do osiągnięcia natywnego izomeru. Jednak nie wszystkie grupy peptydów mają taki sam wpływ na fałdowanie; nie rodzime izomery innych grup peptydów mogą w ogóle nie wpływać na fałdowanie.

Reakcje chemiczne

Dzięki stabilizacji rezonansu wiązanie peptydowe jest stosunkowo niereaktywne w warunkach fizjologicznych, nawet mniej niż podobne związki, takie jak estry . Niemniej jednak wiązania peptydowe mogą ulegać reakcjom chemicznym, zwykle poprzez atak atomu elektroujemnego na węgiel karbonylowy , zerwanie podwójnego wiązania karbonylowego i utworzenie tetraedrycznego związku pośredniego. Jest to ścieżka, którą stosuje się w proteolizie i, bardziej ogólnie, w reakcjach wymiany acylowej NO, takich jak w przypadku intein . Gdy grupą funkcyjną atakującą wiązanie peptydowe jest grupa tiolowa , hydroksylowa lub amina , otrzymana cząsteczka może być nazwana odpowiednio cyklolem lub dokładniej tiacyklolem, oksacyklolem lub azacyklolem.

Zobacz też

Bibliografia