Введение

Ковалентная химическая связь между аминокислотами в пептидной или белковой цепи. В органической химии пептидная связь — это амидный тип ковалентной химической связи, соединяющий две последовательные альфа-аминокислоты от C1 (углерод номер один) одной альфа-аминокислоты и N2 (азот номер два) другой вдоль пептидной или белковой цепи. Ее также можно назвать эупептидной связью. В этом типе конденсации две аминокислоты сближаются, при этом не-боковая цепь (C1) карбоксильная группа одной из них приближается к не-боковой цепи (N2) аминогруппе другой. Одна из них теряет атом водорода и атом кислорода из своей карбоксильной группы (COOH), а другая — атом водорода из своей аминогруппы (NH2). Эта реакция приводит к образованию молекулы воды (H2O) и двух аминокислот, соединенных пептидной связью (−CO−NH−). Две соединенные аминокислоты называются дипептидом. Амидная связь синтезируется, когда карбоксильная группа одной молекулы аминокислоты реагирует с аминогруппой другой молекулы аминокислоты, что приводит к высвобождению молекулы воды (H2O), следовательно, процесс является реакцией дегидратационного синтеза. Формирование пептидной связи требует затрат энергии, которая в организмах получается из АТФ. Пептиды и белки представляют собой цепи аминокислот, соединенных пептидными связями (и иногда несколькими изопептидными связями). Организмы используют ферменты для производства нерибосомальных пептидов и рибосомы для производства белков посредством реакций, которые в деталях отличаются от дегидратационного синтеза. Некоторые пептиды, такие как альфа-аманитин, называются рибосомными пептидами, поскольку они производятся рибосомами, но многие являются нерибосомальными пептидами, поскольку они синтезируются специализированными ферментами, а не рибосомами. Например, трипептид глутатион синтезируется в два этапа из свободных аминокислот двумя ферментами: глутамат-цистеин-лигазой (которая образует изопептидную связь, не являющуюся пептидной связью) и глутатион-синтетазой (которая образует пептидную связь).

Деградация

Пептидную связь можно разорвать гидролизом (путем присоединения воды). Гидролиз пептидных связей в воде высвобождает 8–16 кДж/моль (2–4 ккал/моль) энергии Гиббса. Этот процесс протекает крайне медленно, при 25 °C период полураспада составляет от 350 до 600 лет на одну связь. В живых организмах этот процесс обычно катализируется ферментами, известными как пептидазы или протеазы, хотя имеются сообщения о гидролизе пептидных связей, вызванном конформационным напряжением при сворачивании пептида/белка в нативную структуру. Этот неферментативный процесс, таким образом, не ускоряется стабилизацией переходного состояния, а скорее дестабилизацией основного состояния.

Спектра

Длина волны поглощения пептидной связи составляет 190–230 нм, что делает её особенно чувствительной к ультрафиолетовому излучению.

Цис/транс изомеры пептидной группы

Значительная делокализация неподеленной пары электронов на атоме азота придает группе характер частичной двойной связи. Эта частичная двойная связь делает амидную группу планарной, существующей в виде цис- или транс-изомеров. В развернутом состоянии белков пептидные группы могут свободно изомеризоваться и принимать оба изомера; однако, в свернутом состоянии, в каждой позиции реализуется только один изомер (за редкими исключениями). Транс-форма подавляюще предпочтительна в большинстве пептидных связей (соотношение примерно 1000:1 между транс- и цис-формами). Однако, пептидные группы X-Pro обычно имеют соотношение около 30:1, вероятно, потому что симметрия между атомами Cα и Cδ пролина делает цис- и транс-изомеры почти равноэнергетическими, как показано на рисунке ниже. Диэдрический угол, связанный с пептидной группой (определяемый четырьмя атомами Cα–C'–N–Cα), обозначается φ для цис-изомера (синперипланарная конформация) и ψ для транс-изомера (антиперипланарная конформация). Амидные группы могут изомеризоваться вокруг связи C'–N между цис- и транс-формами, хотя и медленно (секунды при комнатной температуре). Переходное состояние требует разрыва частичной двойной связи, поэтому энергия активации составляет примерно 80 кДж/моль (20 ккал/моль). Однако, энергию активации можно снизить (и катализировать изомеризацию) изменениями, благоприятствующими одновязной форме, например, помещением пептидной группы в гидрофобную среду или образованием водородной связи с атомом азота пептидной группы X-Pro. Оба этих механизма снижения энергии активации наблюдаются в пептидилпролил-изомеразах (PPIases) – природных ферментах, катализирующих 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). Ненативная форма некоторых пептидных групп может значительно нарушить конформационное сворачивание, замедляя его или даже предотвращая до достижения нативной формы. Однако, не все пептидные группы оказывают одинаковое влияние на сворачивание; ненативные формы других пептидных групп могут вообще не влиять на него.

Химические реакции

Из-за своей резонансной стабилизации пептидная связь в физиологических условиях относительно инертна, даже в меньшей степени, чем подобные соединения, такие как сложные эфиры. Тем не менее, пептидные связи могут вступать в химические реакции, как правило, посредством атаки электроотрицательного атома на карбонильный углерод, что приводит к разрыву двойной связи карбонила и образованию тетраэдрического интермедиата. Этот механизм лежит в основе протеолиза и, в более широком смысле, реакций N–O ацильного обмена, например, у интеинов. Если функциональная группа, атакующая пептидную связь, является тиолом, гидроксилом или амином, образующаяся молекула может называться циклолом, а точнее – тиациклолом, оксациклолом или азациклолом, соответственно.