Пептидная связь

редактировать

Пептидная связь.

A пептидная связь - это амид типа ковалентного химическая связь, связывающая две последовательные альфа-аминокислоты из C1 (углерод номер один) одной альфа-аминокислоты и N2 (азот номер два) другого, вдоль цепочки пептида или белка.

Его также можно назвать эупептидной связью, чтобы разделить его от изопептидной связи, амидной связи другого типа между двумя аминокислотами.

Содержание

1 Синтез
2 Деградация
3 Спектры
4 Цис / транс-изомеры пептидной группы
5 Химические реакции
6 См. Также
7 Ссылки

Синтез

Образование пептидной связи посредством реакции дегидратации.

Когда две аминокислоты образуют дипептид через пептидную связь, это тип реакции конденсации. В этом виде конденсации две аминокислоты приближаются друг к другу, причем не- боковая цепь (C1) карбоновая кислота фрагмент одной из них приближается к не- боковой цепи (C1) карбоновой кислоты части одной из них. боковая цепь (N2) амино фрагмент другого. Один теряет водород и кислород из своей карбоксильной группы (COOH), а другой теряет водород из своей аминогруппы (NH 2). Эта реакция дает молекулу воды (H 2 O) и две аминокислоты, соединенные пептидной связью (-CO-NH-). Две соединенные аминокислоты называются дипептидом.

Амидная связь синтезируется, когда карбоксильная группа молекулы одной аминокислоты реагирует с аминогруппой молекулы другой аминокислоты, вызывая высвобождение молекулы воды (H2O), следовательно, процесс представляет собой реакцию синтеза дегидратации.

Конденсация при дегидратации двух аминокислот с образованием пептидной связи (красный) с вытеснением воды (синий).

Образование пептидной связи потребляет энергию, которая в организмах получено из ATP. Пептиды и белки представляют собой цепи из аминокислот, удерживаемых вместе пептидными связями (а иногда и несколькими изопептидными связями). Организмы используют ферменты для производства нерибосомных пептидов и рибосомы для производства белков посредством реакций, которые в деталях отличаются от синтеза дегидратации.

Некоторые пептиды, такие как альфа-аманитин, называются рибосомными пептидами, поскольку они производятся рибосомами, но многие из них являются нерибосомными пептидами, поскольку они синтезируются специализированными ферментами, а не рибосомами. Например, трипептид глутатион синтезируется в два этапа из свободных аминокислот двумя ферментами: глутамат-цистеинлигаза (образует изопептидную связь, которая не является пептидной связью) и глутатионсинтетаза (образует пептидную связь).

Деградация

Пептидная связь может быть разорвана гидролизом (добавлением воды). В присутствии воды они разлагаются и выделяют 8–16 килоджоуль / моль (2–4 ккал / моль ) Энергия Гиббса. Этот процесс очень медленный: период полураспада при 25 ° C составляет от 350 до 600 лет на одну связь.

В живых организмах этот процесс обычно катализируется ферментами, известными как пептидазы или протеазы, хотя есть сообщения о гидролизе пептидных связей, вызванном конформационным штаммом, когда пептид / белок складывается в нативную структуру. Таким образом, этот неферментативный процесс ускоряется не стабилизацией переходного состояния, а скорее дестабилизацией основного состояния.

Спектры

Длина волны поглощения A для пептидной связи составляет 190-230 нм (что делает его особенно чувствительным к УФ излучению).

Цис / транс-изомеры пептидной группы

Значительная делокализация неподеленной пары электронов на атоме азота дает группе частичную двойную связь персонаж. Частичная двойная связь делает амидную группу планарной, находящейся либо в цис, либо в транс-изомерах. В развернутом состоянии белков пептидные группы могут изомеризоваться и принимать оба изомера; однако в свернутом состоянии только один изомер принимается в каждом положении (за редкими исключениями). Транс-форма предпочтительна по большинству пептидных связей (соотношение примерно 1000: 1 в транс: цис-популяциях). Однако пептидные группы X-Pro обычно имеют соотношение примерно 30: 1, предположительно из-за симметрии между $C α {\ displaystyle \ mathrm {C ^ {\ alpha}}}$ $\mathrm{C^{\alpha}}$ и $C δ {\ displaystyle \ mathrm {C ^ {\ delta}}}$ ${\ mathrm {C ^ { {\ delta}}}}$ атомов пролина делает цис- и транс-изомеры почти равными по энергии (см. Рисунок ниже).

Изомеризация пептидной связи X-Pro. Цис- и транс-изомеры находятся слева и справа, соответственно, разделены переходными состояниями.

двугранный угол, связанный с пептидной группой (определяемый четырьмя атомами $C α - C ′ - N - C α {\ displaystyle C ^ {\ alpha} -C ^ {\ prime} -NC ^ {\ alpha}}$ $C ^ { {\ alpha}} - C ^ {{\ prime}} - NC ^ {{\ alpha}}$ ) обозначается $ω {\ displaystyle \ omega}$ $\ omega$ ; $ω = 0 ∘ {\ displaystyle \ omega = 0 ^ {\ circ}}$ $\ omega = 0 ^ {{\ circ}}$ для цис-изомера (синперипланарная конформация) и $ω = 180 ∘ {\ displaystyle \ omega = 180 ^ {\ circ}}$ $\ omega = 180 ^ {{\ circ} }$ для транс-изомера (антиперипланарная конформация). Амидные группы могут изомеризоваться по связи C'-N между цис- и транс-формами, хотя и медленно ( $τ ∼ {\ displaystyle \ tau \ sim}$ $\ tau \ sim$ 20 секунд при комнатной температуре). переходные состояния $ω = ± 90 ∘ {\ displaystyle \ omega = \ pm 90 ^ {\ circ}}$ $\ omega = \ pm 90 ^ {{\ circ}}$ требует разрыва частичной двойной связи, чтобы энергия активации составляет примерно 80 килоджоуль / моль (20 ккал / моль). Однако энергия активации может быть снижена (и изомеризация катализируется ) посредством изменений, которые благоприятствуют односвязной форме, например, помещением пептидной группы в гидрофобную среду или отдачей водорода. связь с атомом азота пептидной группы X-Pro. Оба этих механизма снижения энергии активации наблюдались в пептидилпролилизомеразах (PPIases), которые представляют собой встречающиеся в природе ферменты, которые катализируют цис-транс-изомеризацию пептидных связей X-Pro.

Конформационная сворачивание белка обычно происходит намного быстрее (обычно 10–100 мс), чем цис-транс-изомеризация (10–100 с). Ненативный изомер некоторых пептидных групп может значительно нарушить конформационную укладку, либо замедляя ее, либо предотвращая ее даже до тех пор, пока не будет достигнут нативный изомер. Однако не все пептидные группы одинаково влияют на фолдинг; неродные изомеры других пептидных групп могут вообще не влиять на фолдинг.

Химические реакции

Из-за своей резонансной стабилизации пептидная связь относительно инертна в физиологических условиях, даже в меньшей степени, чем аналогичные соединения, такие как сложные эфиры. Тем не менее, пептидные связи могут подвергаться химическим реакциям, обычно через атаку электроотрицательного атома на карбонил углерод, разрывая карбонильную двойную связь и образуя тетраэдрический промежуточный продукт.. Это путь, которым следуют в протеолизе и, в более общем плане, в реакциях обмена N-O ацилом, таких как реакции интеинов. Когда функциональная группа, атакующая пептидную связь, представляет собой тиол, гидроксил или амин, полученная молекула может быть названа циклолом или, более конкретно, тиациклол, оксациклол или азациклол соответственно.

См. Также

Карта протеолиза