Пептидная связь - Peptide bond

Пептидная связь.

А пептидная связь является амид тип ковалентный химическая связь соединение двух последовательных альфа-аминокислоты из C1 (углерод номер один) одной альфа-аминокислоты и N2 (азот номер два) другого, по пептид или же белок цепь.[1]

Его также можно назвать эупептидная связь[1] отделить его от изопептидная связь, другой тип амидной связи между двумя аминокислотами.

Синтез

Образование пептидной связи через реакция дегидратации.

Когда две аминокислоты образуют дипептид через пептидная связь[1] это тип реакция конденсации.[2] При такой конденсации две аминокислоты сближаются, при этом небоковая цепь (C1) карбоновая кислота часть одного приближающегося к небоковой цепи (N2) амино- часть другого. Один теряет водород и кислород из своей карбоксильной группы (COOH), а другой теряет водород из своей аминогруппы (NH2). В результате этой реакции образуется молекула воды (H2O) и две аминокислоты, соединенные пептидной связью (-CO-NH-). Две соединенные аминокислоты называются дипептидом.

Амидная связь синтезируется, когда карбоксильная группа одной молекулы аминокислоты реагирует с аминогруппа молекулы другой аминокислоты, вызывая высвобождение молекулы воды (ЧАС2O), следовательно, процесс дегидратационный синтез реакция.

Конденсация дегидратации двух аминокислоты образовать пептидную связь (красный) с вытеснением воды (синий).

На образование пептидной связи расходуется энергия, которая в организмах происходит от АТФ.[3] Пептиды и белки цепочки аминокислоты удерживаются вместе пептидными связями (а иногда и несколькими изопептидными связями). Использование организмов ферменты производить нерибосомальные пептиды,[4] и рибосомы производить белки посредством реакций, которые в деталях отличаются от синтеза дегидратации.[5]

Некоторые пептиды, например альфа-аманитин, называются рибосомными пептидами, поскольку они сделаны из рибосом,[6] но многие нерибосомальные пептиды 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).[7][8]

Деградация

Пептидная связь может быть разорвана гидролиз (добавление воды). В присутствии воды они разрушаются и выделяют 8–16 килоджоуль /моль (2–4 ккал /моль ) из Энергия Гиббса.[9] Этот процесс очень медленный, с период полураспада при 25 ° C от 350 до 600 лет на облигацию.[10]

У живых организмов процесс обычно протекает катализированный к ферменты известные как пептидазы или протеазы, хотя есть сообщения о гидролизе пептидной связи, вызванном конформационным напряжением, когда пептид / белок сворачивается в нативную структуру.[11] Таким образом, этот неферментативный процесс ускоряется не стабилизацией переходного состояния, а скорее дестабилизацией основного состояния.

Спектры

В длина волны поглощения А для пептидной связи составляет 190–230 нм.[12] (что делает его особенно восприимчивым к УФ радиация).

Цис / транс-изомеры пептидной группы

Значительная делокализация одинокая пара электронов на атоме азота дает группу a частичная двойная связь персонаж. Частичная двойная связь превращает амидную группу планарный, встречающиеся либо в СНГ или же транс-изомеры. 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, как правило, имеют соотношение примерно 30: 1, предположительно из-за симметрии между и атомы пролин делает цис- и транс-изомеры почти равными по энергии (см. рисунок ниже).

Схема изомеризации пептидной связи X-Pro. Схема показывает цис-изомер слева, переходные состояния в центре и транс-изомер справа, с двунаправленными стрелками между каждой парой состояний.
Изомеризация пептидной связи X-Pro. Цис- и транс-изомеры находятся слева и справа, соответственно, разделенные переходными состояниями.

В двугранный угол связанный с пептидной группой (определяется четырьмя атомами ) обозначается ; для цис-изомера (синперипланарный конформация) и для транс-изомера (антиперипланарный конформация). Амидные группы могут изомеризоваться по связи C'-N между цис- и транс-формами, хотя и медленно (20 секунд при комнатной температуре). В переходные состояния требует разрыва частичной двойной связи, чтобы энергия активации составляла примерно 80 килоджоулей / моль (20 ккал / моль). Тем не менее энергия активации может быть понижена (а изомеризация катализированный ) путем изменений, которые благоприятствуют односвязной форме, такими как размещение пептидной группы в гидрофобной среде или передача водородной связи атому азота пептидной группы X-Pro. Оба эти механизма снижения энергии активации наблюдались в пептидилпролилизомеразы (PPIases), которые представляют собой естественные ферменты, катализирующие цис-транс-изомеризацию пептидных связей X-Pro.

Конформационный 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

Благодаря своей резонансной стабилизации пептидная связь относительно инертна в физиологических условиях, даже меньше, чем аналогичные соединения, такие как сложные эфиры. Тем не менее, пептидные связи могут подвергаться химическим реакциям, обычно через атаку электроотрицательный атом на карбонил углерод, разрывая карбонильную двойную связь и образуя тетраэдрический промежуточный продукт. Это путь, по которому протеолиз и, в более общем смысле, в реакциях обмена ацила N-O, таких как реакции интеины. Когда функциональная группа, атакующая пептидную связь, представляет собой тиол, гидроксил или же амин, полученную молекулу можно назвать циклол или, более конкретно, тиациклол, оксациклол или азациклол соответственно.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов. Рекомендации 1983». Европейский журнал биохимии. 138 (1): 9–37. 1984. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1984.tb07877.x. ISSN  0014-2956. PMID  6692818.
  2. ^ Мюллер, П (1994-01-01). «Глоссарий терминов, используемых в физической органической химии (Рекомендации IUPAC 1994)». Чистая и прикладная химия. 66 (5): 1077–1184. Дои:10.1351 / pac199466051077. ISSN  1365-3075.
  3. ^ Уотсон Дж., Хопкинс Н., Робертс Дж., Агетсингер Стейтц Дж., Вайнер А. (1987) [1965]. Молекулярная биология гена (твердый переплет) (Четвертое изд.). Менло-Парк, Калифорния: Издательство Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc. стр.168. ISBN  978-0805396140.
  4. ^ Миллер BR, Гулик AM (2016). «Структурная биология нерибосомальных пептидных синтетаз». Методы молекулярной биологии. 1401: 3–29. Дои:10.1007/978-1-4939-3375-4_1. ISBN  978-1-4939-3373-0. ЧВК  4760355. PMID  26831698.
  5. ^ Гриффитс AJ, Миллер JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (2000). Синтез белка. Введение в генетический анализ (7-е изд.). Нью-Йорк: У. Х. Фриман. ISBN  978-0716735205.
  6. ^ Уолтон JD, Халлен-Адамс HE, Луо Х (2010). «Рибосомный биосинтез циклических пептидных токсинов грибов мухомора». Биополимеры. 94 (5): 659–64. Дои:10.1002 / bip.21416. ЧВК  4001729. PMID  20564017.
  7. ^ Wu G, Fang YZ, Yang S, Lupton JR, Turner ND (март 2004 г.). «Метаболизм глутатиона и его значение для здоровья». Журнал питания. 134 (3): 489–92. Дои:10.1093 / jn / 134.3.489. PMID  14988435.
  8. ^ Мейстер А. (ноябрь 1988 г.). «Метаболизм глутатиона и его селективная модификация». Журнал биологической химии. 263 (33): 17205–8. PMID  3053703.
  9. ^ Мартин РБ (декабрь 1998 г.). «Свободные энергии и равновесия гидролиза и образования пептидной связи». Биополимеры. 45 (5): 351–353. Дои:10.1002 / (SICI) 1097-0282 (19980415) 45: 5 <351 :: AID-BIP3> 3.0.CO; 2-K.
  10. ^ Радзичка А., Вольфенден Р. (1996-01-01). "Скорости некаталитического гидролиза пептидных связей в нейтральном растворе и переходное состояние сродства протеаз". Журнал Американского химического общества. 118 (26): 6105–6109. Дои:10.1021 / ja954077c. ISSN  0002-7863.
  11. ^ Сандберг А., Йоханссон Д. Г., Макао Б., Хард Т. (апрель 2008 г.). «Автопротеолиз домена SEA, ускоренный конформационным напряжением: энергетические аспекты». Журнал молекулярной биологии. 377 (4): 1117–29. Дои:10.1016 / j.jmb.2008.01.051. PMID  18308334.
  12. ^ Гольдфарб А.Р., Сайдель Л.Дж., Мосович Э. (ноябрь 1951 г.). «Спектры поглощения белков в ультрафиолете». Журнал биологической химии. 193 (1): 397–404. PMID  14907727.