Пептидная связь

Пептидная связь.

Пептидная связь представляет собой амидный тип ковалентной химической связи , соединяющей два последовательных альфа-аминокислоту из C1 ( углерод номер один) одного альфа-аминокислоты и N2 ( азот номер два) другие, вдоль пептидной или белковой цепи. ^[1]

Ее также можно назвать эупептидной связью ^[1], чтобы отделить ее от изопептидной связи , другого типа амидной связи между двумя аминокислотами.

Синтез [ править ]

Образование пептидной связи посредством реакции дегидратации .

Когда две аминокислоты образуют дипептид через пептидную связь , ^[1] это тип реакции конденсации . ^[2] При таком типе конденсации две аминокислоты сближаются, при этом фрагмент карбоновой кислоты, не являющийся боковой цепью (C1), одной из них приближается к фрагменту аминогруппы, не являющейся боковой цепью (N2) другой. Один теряет водород и кислород из своей карбоксильной группы (COOH), а другой теряет водород из своей аминогруппы (NH ₂ ). В результате этой реакции образуется молекула воды (H ₂ O) и две аминокислоты, соединенные пептидной связью (-CO-NH-). Две соединенные аминокислоты называются дипептидом.

Амидная связь синтезируется, когда карбоксильная группа одной молекулы аминокислоты реагирует с аминогруппой другой молекулы аминокислоты, вызывая высвобождение молекулы воды (H ₂ O), следовательно, этот процесс представляет собой реакцию синтеза дегидратации .

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

На образование пептидной связи расходуется энергия, которая в организме происходит от АТФ . ^[3] Пептиды и белки представляют собой цепочки аминокислот, удерживаемые вместе пептидными связями (а иногда и несколькими изопептидными связями). Организмы используют ферменты для получения нерибосомальных пептидов , ^[4] и рибосом для получения белков с помощью реакций , которые отличаются в деталях от синтеза дегидратации. ^[5]

Некоторые пептиды, такие как альфа-аманитин , называются рибосомными пептидами, поскольку они производятся рибосомами ^[6], но многие из них не являются рибосомными 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 глутатионсинтетазой (образует пептидную связь). ^[7]^[8]

Деградация [ править ]

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

В живых организмах, процесс , как правило , катализируемый с помощью ферментов , известных как пептидазы или протеаза , хотя имеются сообщения о гидролизе пептидной связи , вызванные конформационным штаммом в качестве пептида / белка сворачивается в нативную структуру. ^[11] Этот неферментативный процесс, таким образом, ускоряется не стабилизацией переходного состояния, а скорее дестабилизацией основного состояния.

Спектры [ править ]

Длина волны поглощения А для пептидной связи составляет 190–230 нм ^[12] (что делает ее особенно чувствительной к УФ- излучению).

Цис / транс-изомеры пептидной группы [ править ]

Значительная делокализация неподеленной пары электронов на атоме азота придает группе характер частичной двойной связи . Частичная двойная связь делает амидную группу плоской , находящейся в цис- или 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 атомами и $\mathrm {C^{\alpha }}$ $\mathrm {C^{\delta }}$ пролин 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, разделенные переходными состояниями.

Двугранный угол , связанный с пептидной группы (определяемой четырьмя атомами ) обозначается ; для цис-изомера ( синперипланарная конформация) и для транс-изомера ( антиперипланарная 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, чтобы парциальное двойную связь быть нарушена, так что энергия активации составляет примерно 80 кДж / моль (20 ккал / моль). Однако можно снизить энергию активации (и катализировать изомеризацию $C^{\alpha }-C^{\prime }-N-C^{\alpha }$ $\omega$ $\omega =0^{\circ }$ $\omega =180^{\circ }$ $\tau \sim$ $\omega =\pm 90^{\circ }$ ) путем изменений, которые благоприятствуют односвязной форме, такими как помещение пептидной группы в гидрофобное окружение или передача водородной связи атому азота пептидной группы X-Pro. Оба эти механизма понижения энергии активации наблюдались в пептидилпролилизомеразах (PPIases), которые являются естественными ферментами, которые катализируют цис-транс-изомеризацию пептидных связей X-Pro.

Конформационное 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 [ править ]

Благодаря 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 посредством атаки электроотрицательного атома на карбонильный углерод , разрыва карбонильной двойной связи и образования тетраэдрического промежуточного соединения. Это путь протеолиза и, в более общем смысле, реакций ацильного обмена NO, таких как реакции интеинов . Когда функциональная группа, атакующая пептидную связь, представляет собой тиол , гидроксил или амин , полученная молекула может быть названациклол или, более конкретно, тиациклол, оксациклол или азациклол соответственно.

См. Также [ править ]

Карта протеолиза

Ссылки [ править ]

^ a b c "Номенклатура и символика аминокислот и пептидов. Рекомендации 1983" . Европейский журнал биохимии . 138 (1): 9–37. 1984. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1984.tb07877.x . ISSN 0014-2956 . PMID 6692818 .
^ Мюллер, Р (1994-01-01). «Глоссарий терминов, используемых в физической органической химии (Рекомендации IUPAC 1994)». Чистая и прикладная химия . 66 (5): 1077–1184. DOI : 10,1351 / pac199466051077 . ISSN 1365-3075 .
^ Уотсон Дж, Хопкинс Н, Робертс Дж, Agetsinger Steitz Дж, Веинер А (1987) [1965]. Молекулярная биология гена (твердый переплет) (четвертое изд.). Менло-Парк, Калифорния: Издательство Benjamin / Cummings Publishing Company, Inc. стр. 168 . ISBN 978-0805396140.
^ Миллер BR, Гулик AM (2016). «Структурная биология нерибосомальных пептидных синтетаз» . Методы молекулярной биологии . 1401 : 3–29. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-3375-4_1 . ISBN 978-1-4939-3373-0. PMC 4760355 . PMID 26831698 .
^ Гриффитс AJ, Miller JH, Suzuki DT, Левонтин RC, Gelbart WM (2000). Синтез белка . Введение в генетический анализ (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0716735205.
^ Walton JD, Галлен-Адамс HE, Ли H (2010). «Рибосомный биосинтез циклических пептидных токсинов грибов Amanita» . Биополимеры . 94 (5): 659–64. DOI : 10.1002 / bip.21416 . PMC 4001729 . PMID 20564017 .
↑ 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. DOI : 10.1093 / JN / 134.3.489 . PMID 14988435 .
Перейти ↑ Meister A (ноябрь 1988 г.). «Метаболизм глутатиона и его селективная модификация» . Журнал биологической химии . 263 (33): 17205–8. PMID 3053703 .
^ Мартин РБ (декабрь 1998 г.). «Свободные энергии и равновесия гидролиза и образования пептидной связи». Биополимеры . 45 (5): 351–353. DOI : 10.1002 / (SICI) 1097-0282 (19980415) 45: 5 <351 :: AID-BIP3> 3.0.CO; 2-K .
^ Radzicka А, Вулфенден R (1996-01-01). «Скорости некаталитического гидролиза пептидных связей в нейтральном растворе и переходное состояние сродства протеаз». Журнал Американского химического общества . 118 (26): 6105–6109. DOI : 10.1021 / ja954077c . ISSN 0002-7863 .
^ Сандберг A, Johansson DG, Macao B, HARD T (апрель 2008). «Автопротеолиз домена SEA, ускоренный конформационным напряжением: энергетические аспекты». Журнал молекулярной биологии . 377 (4): 1117–29. DOI : 10.1016 / j.jmb.2008.01.051 . PMID 18308334 .
↑ Goldfarb AR, Saidel LJ, Mosovich E (ноябрь 1951 г.). «Ультрафиолетовые спектры поглощения белков» . Журнал биологической химии . 193 (1): 397–404. PMID 14907727 .

[:0-1] "Номенклатура и символика аминокислот и пептидов. Рекомендации 1983" . Европейский журнал биохимии . 138 (1): 9–37. 1984. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1984.tb07877.x . ISSN 0014-2956 . PMID 6692818 .

[2] Мюллер, Р (1994-01-01). «Глоссарий терминов, используемых в физической органической химии (Рекомендации IUPAC 1994)». Чистая и прикладная химия . 66 (5): 1077–1184. DOI : 10,1351 / pac199466051077 . ISSN 1365-3075 .

[3] Уотсон Дж, Хопкинс Н, Робертс Дж, Agetsinger Steitz Дж, Веинер 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. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-3375-4_1 . ISBN 978-1-4939-3373-0. PMC 4760355 . PMID 26831698 .

[5] Гриффитс AJ, Miller JH, Suzuki DT, Левонтин RC, Gelbart WM (2000). Синтез белка . Введение в генетический анализ (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0716735205.

[6] Walton JD, Галлен-Адамс HE, Ли H (2010). «Рибосомный биосинтез циклических пептидных токсинов грибов Amanita» . Биополимеры . 94 (5): 659–64. DOI : 10.1002 / bip.21416 . PMC 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. DOI : 10.1093 / JN / 134.3.489 . PMID 14988435 .

[8] Перейти ↑ Meister A (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. DOI : 10.1002 / (SICI) 1097-0282 (19980415) 45: 5 <351 :: AID-BIP3> 3.0.CO; 2-K .

[10] Radzicka А, Вулфенден R (1996-01-01). «Скорости некаталитического гидролиза пептидных связей в нейтральном растворе и переходное состояние сродства протеаз». Журнал Американского химического общества . 118 (26): 6105–6109. DOI : 10.1021 / ja954077c . ISSN 0002-7863 .

[pmid18308334-11] Сандберг A, Johansson DG, Macao B, HARD T (апрель 2008). «Автопротеолиз домена SEA, ускоренный конформационным напряжением: энергетические аспекты». Журнал молекулярной биологии . 377 (4): 1117–29. DOI : 10.1016 / j.jmb.2008.01.051 . PMID 18308334 .

[pmid14907727-12] Goldfarb AR, Saidel LJ, Mosovich E (ноябрь 1951 г.). «Ультрафиолетовые спектры поглощения белков» . Журнал биологической химии . 193 (1): 397–404. PMID 14907727 .

[1]