Peptiidsidemed: määratlus, esinemine ja bioloogiline tähtsus

Peptiidside on kovalentne amiidside, mis ühendab aminohappejääke peptiidides ja valkudes. Need sidemed moodustavad peptiidahelate pideva molekulaarskeleti, säilitades aminohapete kindla järjestuse ja võimaldades samal ajal kogu ahelal võtta erinevaid kolmemõõtmelisi struktuure.

Peptiidsidemed on üks struktuuri põhielemente peptiidid. Nende keemiliste omaduste mõistmine aitab selgitada, kuidas üksikud aminohapped võivad moodustada suuremaid molekule, millel on täpselt kindlaksmääratud järjestus ja struktuur.

Kuigi põhimõiste on suhteliselt lihtne, on peptiidsideme keemial mõned olulised omadused. Amidrühma elektronid on paigutatud nii, et süsinik-lämmastiku side meenutab osaliselt kaksiksidet. See piirab vaba pöörlemise võimalust peptiidsideme ümber, kuid ei muuda kogu peptiidi ega valku jäigaks molekuliks. Muud sidemed skelettis säilitavad suurema pöörlemisvabaduse, tänu millele võivad peptiidahelad painuda ja kortsuda.

Peptiidsidemeid saab analüüsida mitmest erinevast teaduslikust vaatenurgast. Keemikud uurivad nende elektronstruktuuri ja geomeetriat. Molekulaarbioloogid analüüsivad, kuidas ribosomid ja muud bioloogilised süsteemid neid moodustavad. Struktuuribioloogid uurivad, kuidas nende sidemete geomeetria mõjutab valkude struktuuri. Biokeemikud uurivad aga, kuidas ensüümid peptiidsidemeid selektiivselt lõhustavad valkude töötlemise ja lagundamise käigus.

Need eristused aitavad mõista, kuidas valgud suudavad üheaegselt säilitada kindlat aminohapete järjestust, võtta endale keerukaid struktuure, tekkida kontrollitud bioloogilistes protsessides ning seejärel läbida töötlemist või lagunemist. Elektronstruktuuri, peptiidide geomeetria, ribosomaalse katalüüsi, valkude sünteesi ja ensümaatilise hüdrolüüsi uuringud annavad neid protsesse käsitlevat teavet, mis täiendab üksteist. [1] [2] [3]

Mis on peptiidside?

Peptiidsideme keemiline määratlus

Peptiidside on amiidsidega ühe aminohappe karboksüülrühma päritolu rühma ja teise aminohappe amino rühma päritolu rühma vahel. Tüüpilises valgu skelettis ühendatakse karbonüülrühma süsiniku aatom ja järgmise aminohappe jäägi lämmastiku aatom.

Kõige sagedamini esitatud lõik on järgmine:

–C(=O)–NH–

C=O-fragment on karbonylrühmaga, samas kui C–N-side on just see side, mida tavaliselt silmas peetakse, kui räägitakse konkreetselt peptiidsidest. Need aatomid ja nende vahetu ümbrus moodustavad kokku niinimetatud peptiidirühm või amiidrühm.

See eristus on oluline, kuna peptiidirühma täielik struktuurivalem sisaldab mitut erinevat sidet. Süsiniku ja hapniku vaheline side ei ole see, mis ühendab kahte aminohappejääki. Seda funktsiooni täidab süsiniku ja lämmastiku vaheline amidside.

Kui üks aminohape ühendatakse teisega, moodustub ühe jäägiga seotud karbonüülrühma süsiniku aatom ja järgmise jäägiga seotud lämmastiku aatom vahel kovalentne side. Selle skeemi kordamine viib tüüpilise peptiidahela skeleti tekkeni.

Elektronistruktuuri uuringud analüüsivad muu hulgas vaba lämmastiku elektronpaari vastastikmõju naabruses asuva karbonüülrühmaga, mis aitab selgitada, miks see side erineb tavalisest, vabalt pöörlevast süsiniku ja lämmastiku vahelisest ühekordsest sidemest. [1]

Miks on peptiidside kovalentne side?

Peptiidside on kovalentne, sest ühendatud aatomid jagavad omavahel elektrone.

See ei ole iooniline vastasmõju kahe eraldi laetud aminohappe vahel ega vesiniksideme, mis hoiab kokku käänulise ahela erinevaid osi.

Just kovalentne side tagab aminohappejada keemilise järjepidevuse. Aminohappejäägid jäävad sama ahela osadeks seni, kuni keemiline reaktsioon muudab nende ühendusviisi.

See eristus muutub eriti oluliseks, kui räägitakse valkude kokkukerimisest ja laienemisest. Peptiidahel võib painuda, muuta oma konformatsiooni, kaotada osa oma struktuuri stabiliseerivaid vastasmõjusid ja isegi märkimisväärselt lahti rulluda, ilma et oleks vaja katkestada peptiidsidemeid, mis säilitavad selle esialgse järjestuse.

Kovalentsus ei tähenda aga, et see oleks hävimatu.

Ensüümid ja sobivad keemilised tingimused võivad põhjustada peptiidsidemete lõhustumist. Selline lõhustumine on aga keemiline reaktsioon, mis muudab aatomite ühendusviisi, mitte aga üksnes molekuli kuju muutumisega.

Ühe aspartüülproteinaasi struktuuriuuringud näitavad, kuidas ensüüm suudab peptiidsidet ja veemolekuli sisaldavat substraati hüdrolüüsiks olulisel viisil korraldada. [4]

Kaksikside osaline iseloom ja resonants

Peptiidilist C–N-sidet kujutatakse valemites sageli ühe joonena, kuid tegelik elektronide jaotus on palju keerulisem.

Lämmastiku aatomi vaba elektronpaar võib osaleda karbonylrühma naabruses asuvas elektronkonfiguratsioonis. Elektronide delokaliseerumise tulemusena omandab C–N-side kaksiksideme osaline iseloom.

Seda nähtust seletatakse sageli resonantsstruktuuride abil.

Resonantsstruktuurid on alternatiivsed viisid sama molekuli elektronide jaotuse kujutamiseks. Neid ei tohiks tõlgendada kui eraldiseisvaid molekulivorme, mis muutuvad üksteiseks kiiresti.

Samamoodi ei tähenda kahevalentse sideme osaline iseloom seda, et peptiidside oleks teatud protsendi ajast tavaline ühevalentne side ja ülejäänud aja jooksul tavaline kahevalentne side.

Tegelik elektronstruktuur tuleneb elektronide delokaliseerumisest kogu amiidgrupi piires.

Fedorov analüüsis arvutuslikus uuringus resonantsi rolli peptiidsideme järgu määramisel. Konkreetsed arvulised väärtused sõltuvad kasutatud elektronstruktuuri analüüsimeetodist. Üldise arusaamise seisukohalt on aga kõige olulisem järeldus, et lämmastiku ja karbonüülrühma elektronkonfiguratsioonide vaheline vastasmõju on vastutav osa C–N-sideme ebatüüpiliste omaduste eest. [1]

Miks on pöörlemine peptiidsideme ümber piiratud?

Kaksiksideme osaline iseloom toob kaasa olulise struktuurilise tagajärje: pöörlemine C–N-amiidsideme ümber on piiratum kui pöörlemine tüüpilise süsinik–lämmastiku üheksisideme ümber.

See ei tähenda siiski, et valgud ei saaks painuda ega kortsuda.

Peptiidskelett sisaldab ka muid sidemeid, mille ümber on võimalik pöörlemine. Seega koosneb valgu ahel korduvatest, suhteliselt jäikadest peptiidirühmadest, mis on ühendatud teiste skeleti sidemete kaudu, millele on omane suurem konformatsiooniline elastsus.

Nende piirangute ja rotatsioonivõimaluste kombinatsioon aitab kaasa peptiidide ja valkude kolmemõõtmeliste struktuuride tohutule mitmekesisusele.

Ligikaudne tasapinnalisus ei tähenda täiesti tasapinnalist struktuuri

Elektronide ümberpaiknemine soodustab peptiidirühma ligikaudselt tasapinnalise geomeetria puhul ja piirab pöörlemist C–N-amiidsideme ümber.

Tegelikud molekulaarstruktuurid võivad siiski ideaalsest matemaatilisest tasandist veidi erineda.

Improta ja tema kolleegid ühendasid kvantmehaanilised arvutused peptiidide ja valkude kristallstruktuuride analüüsiga. Tulemused näitasid väikeseid, süstemaatilisi kõrvalekaldeid, mis sõltusid skeleti kohalikust geomeetriast. [2]

Seetõttu on õige väita, et peptiidirühmad on ligikaudu tasane, samas oleks liiga lihtsustatud väita, et iga peptiidside igas peptiidis või valgus on täiesti tasane.

See on hea näide erinevusest kasuliku haridusmudeli ja tegelike molekulaarstruktuuride üksikasjalikuma käitumise vahel.

Kus esinevad peptiidsidemed?

Peptiidide ja valkude struktuuris

Peptiidsidemed esinevad naabruses asuvate aminohappejääkide vahel tüüpilistes peptiid- ja valgu ahelates.

Koos neid ümbritsevate aatomitega moodustavad nad korduva molekuli skelett. Aminohapete külgahelad ulatuvad sellest skelettist välja ja annavad üksikutele jääkidele täiendavaid keemilisi omadusi.

Valgu võib moodustada üks peptiidahel või mitu ahelat, mis on ühendatud suuremaks molekulaarkompleksiks. Igal neist on oma skelettstruktuur.

Erinevad ahelad võivad ühineda mittekovalentsete vastasmõjude või täiendavate kovalentsete sidemete kaudu. Selliseid ühendusi ei tohiks automaatselt liigitada peptiidsidemeteks.

Veiste pankrease trüpsiini inhibiitori (BPTI) keemiline süntees illustreerib hästi erinevust peptiidiraami moodustumise ja täiendavate disulfiidsildade tekkimise vahel. Teadlased said esmalt lineaarset materjali, seejärel viisid läbi selle oksüdeerimise ja iseloomustasid seda. Seega eraldab uuring ahela struktuuri hilisemast struktuurilisest korraldusest. [5]

Peptiidsidemed määravad esmase järjestuse järjepidevuse

Aminohapete jääkide järjestust peptiidis või valgus nimetatakse selle esmane struktuur.

Peptiidsidemed tagavad selle järjestuse säilitamiseks vajaliku kovalentse järjepidevuse.

Näiteks järgmine jada:

Ala–Gly–Ser

sisaldab samu kolme liiki aminohappeid kui:

Ser–Gly–Ala

Need ei ole siiski samad peptiidijadad.

Iga jäägi asukoht peptiidsidemete suhtes on erinev.

Seetõttu ei piisa proovis leiduvate aminohapete nimekirjast üksi peptiidi identifitseerimiseks. Vaja on teada ka nende järjestust ja ühendusviisi.

Lineaarsetes ja tsüklilistes peptiidides

Tüüpiline avatud peptiidahel on kahe otsaga, mida nimetatakse N-lõpp i C-lõpp.

N-ots vastab peptiidiraami ühele otsale, C-ots aga teisele. Peptiidijärjestusi kirjutatakse tavaliselt N-otsast C-otsa suunas.

Head-to-tail-tüüpi tsükliline peptiid, st ahela otste ühendamisega suletud, sisaldab täiendavat skeletisidet, mis moodustab rõnga.

Kuid mitte kõik tsüklilised peptiidid ei moodusta ringi samal viisil. Ring võib tekkida ka külgahela osalusel ning mõned molekulid sisaldavad rohkem kui üht tüüpi ristseost.

Mõiste tsükliline Seega kirjeldab see molekuli struktuuri omadust, mitte üht universaalset viisi selle ühendamiseks.

Kalata B1 on konkreetne näide peptiidist, mille tsükliline skelett on kinnitatud muu hulgas ensümaatilise lagundamise uuringute, järjestuse analüüsi ja molekulaarstruktuuri abil. Molekul sisaldab ka disulfiidsidemeid. Need täiendavad väävel-väävel-sidemed erinevad keemiliselt amidsidemetest, mis ühendavad jääke peptiidi skelettis. [6]

Peptiidsidemed ja isopeptiidsidemed

Tüüpilises valgu skelettis ühendavad peptiidsidemed peamised amiinirühmad ja karboksüülrühmadest tulenevad rühmad.

Amidside, mille tekkimisel osaleb aminohappe külgahela funktsionaalrühm, mida nimetatakse sageli isopeptiidne side.

Seega on kõige olulisem põhimõte kindlaks teha, millised aatomid on tegelikult omavahel ühendatud.

Amiidsideme olemasolu iseenesest ei tähenda automaatselt, et see asub tüüpilises peptiidiraamistikus. Samal ajal ei ole iga peptiidis või valgus esinev ristside amidside – disulfiidsillad ja muud kovalentsed modifikatsioonid on keemiliselt teistsugused.

Algajatele on kõige kasulikumaks lähtepunktiks tavalised peptiidsidemed, mis esinevad molekuli skelettis. Spetsiifilisemaid sidemeid võib seejärel käsitleda molekulaarse struktuuri erinevate variantidena.

Kui palju peptiidsidemeid on ahelas?

Üksik avatud, hargnemata ahel, mis sisaldab n aminohappejäägil on skeletis n − 1 peptiidsidet.

See tähendab, et:

• dipeptiidil on 2 jääki ja 1 peptiidside;
• tripeptiidil on 3 aminohapet ja 2 peptiidsidet;
• tetrapeptiidil on 4 aminohapet ja 3 peptiidsidet;
• pentapeptiidil on 5 aminohapet ja 4 peptiidsidet;
• 10 jääki sisaldaval avatud ahelal on 9 peptiidsidet.

See seos tuleneb otseselt molekuli ühendamise viisist: iga järgmine jääk pikendab olemasolevat ahelat ühe täiendava skeletisideme võrra.

Sellega vastav tsükliline „head-to-tail“-tüüpi ahel sisaldab n peptiidsidet skeletis, kuna täiendav side sulgeb ringi.

Need eeldused on siiski olulised. Hargnemised, ebatüüpilised külgahelate ühendused, mitme ahela esinemine, isopeptiidsidemed või amidiühenditest erinevad skeleti osad nõuavad põhjalikumat analüüsi.

Jääkide arv üksi ei pruugi seetõttu alati piisata, et määrata kindlaks kõik kompleksses peptiidis või valgus esinevad kovalentsed sidemed.

Kuidas peptiidsidemed ühendavad aminohappeid?

Vabadest aminohapetest aminohappejääkideni

Vaba aminohape ja sellega vastav peptiidis leiduv jääk on omavahel seotud, kuid ei kirjeldagi täpselt sama keemilist seisundit.

Kui aminohape liidetakse peptiidiga, osalevad selle funktsionaalrühmad ahela moodustavates sidemetes.

Näiteks glütsiini ja alaniini ühendamine ühes järjestuses viib tekkeni glütsüülalaniinid. Järjestuse pööramine toob kaasa alanüloglütsiinid.

Aminohapete liigid on samad, kuid nende asend ja keemiline keskkond erinevad.

See näitab, miks peptiidijada sisaldab rohkem teavet kui lihtsalt selle koostisosade loetelu.

Sidemeid saab uurida otseselt. Stachelhaus ja tema kolleegid analüüsisid mitte-ribosomaalse peptiidisünteesisüsteemi komponente ning näitasid, et katalüütilises kohas asuva jäägi muutmine takistas uuritavat kondensatsioonireaktsiooni. Seega seob eksperiment konkreetse peptiiditoote tekkimise konkreetse molekulaarse masinavärgi toimimisega. [7]

Kondensatsiooni võrrand on reaktsioonide bilansi mudel

Keemia alusteadmiste raames kirjeldatakse peptiidi tekkimist sageli järgmise võrrandiga:

aminohape + aminohape → dipeptiid + vesi

Võrrand näitab koostise erinevust vabade lähteosakeste ja ühinenud saaduse vahel.

See on kasulik substraatide ja saaduse vahelise keemilise seose mõistmiseks.

Seda ei tohiks siiski tõlgendada kui elusrakus toimuvat täielikku valgusünteesi mehhanismi.

Vabad aminohapped ei asetu vees lihtsalt üksteise kõrvale, ei vabasta spontaanselt veemolekule ega moodusta iseenesest kindlat valgu järjestust.

Bioloogiline süntees nõuab aktiveeritud substraate, korrastatud molekulaarmehhanismi, järjestust määravat teavet ning energiat nõudvaid ettevalmistusprotsesse.

Seega on oluline teha vahet üldine keemiline võrrand a reaktsioonimehhanism.

Võrrand kirjeldab alg- ja lõppkoostist. Mehhanism selgitab reaktsioonini viivaid tegelikke molekulaarseid etappe ja vaheprodukte.

Ribosomidega seotud eksperimendid uurivad just selliseid mehhanistlikke üksikasju, mitte ei piirdu ainult tuntud kondensatsioonivõrrandi taasesitamisega. [3]

Kuidas ribosom moodustab peptiidsidemeid?

Translatsiooni käigus on transfeer-RNA, st tRNA, transportivad aminohappeid ja kasvavat peptiidahelat ribosomi piires.

Äsja lisatud aminohappe aminorühm reageerib olemasoleva, tRNA-ga seotud ahela aktiveeritud otsaga, mille tulemusena kandub kasvav peptiid üle uue tRNA-ga seotud jäägile.

Peptiidahelat pikendatakse tavaliselt poolelt C-ots.

Aminohapete aktiveerimine ja nende seondumine tRNA-ga on energiast sõltuvad protsessid. Seetõttu oleks liiga lihtsustatud kirjeldada iga ribosomaalset peptiidsidet kui vahetult kahe vaba aminohappe vahel tekkivat sidet või kui ribosomi poolt toimuva lihtsat „vee eemaldamist”.

Weinger ja tema kolleegid muutsid tRNA substraadi keemilist rühma ning täheldasid peptiidsidemete tekke märkimisväärset vähenemist, ilma et substraadi seondumine oleks vastavalt vähenenud. See tulemus andis tõendeid selle kohta, et substraadi poolt toetatud katalüüs, kus reaktsiooni kulgemises osalevad substraatide enda keemilised omadused. [3]

Seega viitab eksperiment tRNA keemilise koostise mehhanistlikule rollile, mitte ainult selle funktsioonile passiivse kandjana.

Peptiidsidemete moodustumisel on kindel suund

Valkude süntees on suunatud protsess.

Kuna kasvav ahel pikeneb C-otsa poolt, areneb järjestus kindlas suunas.

See on seotud üldise tavaga kirjutada peptiidide ja valkude järjestusi alates N-otsast C-otsani.

Suund ei ole siiski pelgalt märkimisviis. Järjestuse pööramine toob tavaliselt kaasa teise molekuli tekkimise, kuna iga jääk asub sel juhul teiste ahela elementide suhtes teisel positsioonil.

Muud viisid sarnaste sidemete loomiseks

Peptiidsidemeid võib tekkida ka väljaspool ribosomi.

Spetsialiseeritud mitte-ribosomaalsed ensüümsüsteemid sünteesivad teatavaid peptide, samas kui laboratoorses peptiidide sünteesis kasutatakse aktiveeritud komponente ja kontrollitud ühendamisreaktsioone.

Need reaktsiooniteed erinevad üksteisest struktuuri, substraatide, reaktsioonitingimuste ja katalüütiliste mehhanismide poolest.

Neid ei tohiks pidada identseteks protsessideks ainult sellepärast, et lõpptooted sisaldavad amiidsidemeid.

Uuringud mittesünteetilise sidemete moodustumise kohta ning BPTI keemiline süntees on näited sellistest erinevatest tootmismeetoditest. [7] [5]

Ka valmistamisviis iseenesest ei määra, kas tegemist on peptiidiga või valguga. Keemiline süntees võib viia looduslikult esineva peptiidi või valgu vastava aine saamiseni, tingimusel et selle järjestus ja muud olulised struktuurilised omadused on õigesti kindlaks määratud.

Peptiidsidemed ja muud sidemed valkudes

Skeletisidemed ja kortsumist põhjustavad mõjud

Peptiidsidemed hoiavad aminohapete jada kokku.

Muud vastastikmõjud aitavad aga kindlaks teha, kuidas see järjestus paigutub kolmemõõtmelises ruumis või kuidas üksikud peptiidahelad omavahel vastastikmõjusid tekitavad.

Vesiniksidemed tekivad vastavate vesinikudoonorite ja -aktseptorite vahel. Peptiidiraamistiku piires võivad karbonüülrühmade hapnikuaatomid toimida aktseptoritena, samas kui paljud amidirühmade N–H-sidemed võivad olla doonorid.

Amidi lämmastikku ei peeta tavaliselt vesiniksideme aktseptoriks, kuna selle vaba elektronpaar osaleb amidirühma elektronkonfiguratsioonis.

Erilist tähelepanu väärivad ka proliini sisaldavad peptiidirühmad, kuna sel juhul puudub skeleti lämmastikul tüüpiline vesinik N–H.

Peptiidsidet sisaldav rühm võib seega osaleda vesiniksidemete moodustumises, kuid peptiidside ja vesiniksidemed on erinevad sidemed.

Üks neist ühendab aminohappejääke kovalentselt. Teine osaleb molekuli sees või molekulidevahelistes vastasmõjudes.

Lühikese, kortsus peptiidi CLN025 uuringutes analüüsiti struktuuri, mida stabiliseerivad muu hulgas vesiniksidemed ja muud molekulisiseseid vastasmõjusid. See näitab, et kortsumine võib toimuda ilma uue skelettjärjestuse tekketa. [8]

Disulfiidsillad ühendavad väävlit sisaldavaid külgahelaid

Disulfiidsillad on kovalentsed väävel–väävel-sidemed, mis tekivad enamasti tsüsteiini külgahelate vahel.

Need võivad ühendada sama peptiidahela kaugele jäävaid osi või erinevaid ahelaid.

Need ei ole peptiidsidemed ega esine kõigis valkudes.

Disulfiidsilla tekkimine või katkemine võib oluliselt muuta molekuli ruumilist struktuuri, ilma et oleks vaja lõigata läbi selle peptiidskeletti.

BPTI sünteesi käsitlevas uuringus valmistati looduslik jada ning analoogid, mis olid kavandatud disulfiidsildade moodustumise võime muutmiseks. Loodusliku järjestusega materjali võrreldi loodusliku BPTI-ga analüütiliste ja funktsionaalsete meetodite abil. Artikli kokkuvõte ei kinnitanud kõiki analoogidega seotud struktuurilisi tagajärgi, mistõttu ei tohiks esitatud erinevusi käsitada täielikult kindlakstehtud tulemustena. [5]

Ioonilised ja hüdrofoobsed vastasmõjud

Laetud rühmad võivad üksteist tõmmata või tõrjuda, mõjutades sellega molekuli ruumilist struktuuri.

Mittepolaarsed piirkonnad suhtlevad aga veekeskkonnaga viisil, mis võib soodustada nende peitumist struktuuri sisemuses, assotsiatsioonis või agregatsioonis. Seda nähtust käsitletakse sageli kontekstis hüdrofoobne toime.

Need vastasmõjud võivad olla valkude kokkukerimisel äärmiselt olulised, kuid hüdrofoobne vastasmõju ei ole aminohapete vahel uus kovalentne side.

Seetõttu on vale nimetada kõiki valku stabiliseerivaid jõude peptiidsidemeteks.

Erinevad vastastikmõju tüübid võivad reageerida erinevalt temperatuurile, lahustile, happesusele, ioonilistele tingimustele ja muudele keskkonnamuutustele. Selle kindlakstegemine, milline sideme või vastastikmõju tüüp muutub, võimaldab eksperimendi tulemust täpsemalt mõista.

Denaturatsioon ei ole sama mis hüdrolüüs

Denaturatsioon muudab valgu tüüpilist struktuurilist korraldust.

See võib häirida molekulide kokkukerimist või ühendumist, jättes samal ajal enamiku või kõik peptiidsidemed puutumatuks.

Hüdrolüüs muudab aga keemilisi sidemeid, lõhustades nõrga sideme veega toimuvas reaktsioonis.

Teatud tingimustel võivad mõlemad protsessid toimuda samas proovis, kuid need ei ole sünonüümid.

Valgu lagunemine ei tähenda seega automaatselt selle muutumist lühemateks peptiidideks või vabadeks aminohapeteks.

See erinevus on nähtav ka struktuuriuuringutes. Termiliselt denatureeritud kollageeni käsitlevates katsetes on tuvastatud erinevad proliiniga seotud peptiidsidemete cis- ja trans-konfiguratsioonid. Skeleti konfiguratsiooni muutus on teistsugune nähtus kui selle keemiline lõhustumine. [9]

Peptiidsidemete teke, omadused ja hüdrolüüs

Stabiilsus sõltub analüüsitava reaktsiooni liigist

Peptiidsidemed on piisavalt püsivad, et hoida koos bioloogilisi ahelaid, kuid samal ajal suudavad organismid neid valikuliselt moodustada ja lagundada.

Selles pole mingit vastuolu.

Reaktsiooni kiirus sõltub muu hulgas järgmistest teguritest: aktiveerimistõkked ja katalüsaatorite olemasolu, samas on see, kas antud reaktsioon on termodünaamiliselt soodne, eraldi küsimus.

Protsess võib olla keemiliselt võimalik, kuid ilma sobiva katalüüsita kulgeb see äärmiselt aeglaselt.

Teisest küljest võib ensüüm teatud reaktsiooni märkimisväärselt kiirendada, pakkudes soodsamat reaktsiooniteed.

Enüüm ei muuda peptiidsidet täiesti teistsuguseks sidemeks. See muudab keemilise reaktsiooni kulgu.

Samuti oleks vale omistada üht universaalset stabiilsusaega kõigile vees leiduvatele peptiidsidemetele, peptiididele või valkudele.

Jada, lokaalne struktuur, sideme kättesaadavus, naabruses asuvad keemilised rühmad, temperatuur, pH, lahuse koostis ja katalüsaatorite olemasolu võivad mõjutada täheldatavat käitumist.

Mida muudab hüdrolüüs?

Hüdrolüüsis kasutatakse vett amidi sideme keemiliseks lõhustamiseks, mille tulemusena tekivad uued karboksüül- ja amiinirühmadest pärinevad lõpprühmad.

Nende täpne iooniline vorm sõltub lahuse ümbritsevatest tingimustest.

Ühe sideme katkemine ahelas ei too automaatselt kaasa vabade aminohapete tekkimist.

Kui pikemas avatud ahelas katkeb sisemine peptiidside, on otsesed saadused tavaliselt kaks lühemat peptiidifragmenti.

Edasised lõhustumisreaktsioonid on vajalikud, et neid fragmente järk-järgult lühendada ja lõpuks vabastada üksikud aminohapped.

Penitsillopepsiini struktuuriuuringutes analüüsiti, kuidas aspartüülproteinaas võib hüdrolüüsi käigus organiseerida vett ja substraadi rühmi. Pakutud reaktsioonimudel põhineb kristallograafilistel vaatlustel ja modelleerimisel. See annab teavet ühe ensümaatilise mehhanismi kohta, kuid ei tõesta, et iga proteaas kasutaks identseid katalüüsimehhanisme. [4]

Hüdrolüüs võib olla selektiivne

Proteaasid ja peptidaasid erinevad üksteisest selle poolest, milliseid sidemeid nad tuvastavad ja millises molekulaarses keskkonnas nad toimivad.

Mõned ensüümid lõikavad ahela sees olevaid sidemeid, teised aga eemaldavad jääke ahela otstest.

Aminohappe järjestus, lokaalne struktuur, kättesaadavus ja ümbritsevad keemilised rühmad võivad mõjutada seda, kas potentsiaalselt haavatav koht tegelikult lõhustub.

Davidson ja Hutton uurisid insuliini eritavate graanulitega seotud ensüümi. Puhastatud preparaat eemaldas proinsuliinist pärinevatest substraatidest aluselised jäägid ning ei põhjustanud kasutatud katses küpsenud insuliini edasist lagunemist. [10]

See näitab, et selektiivne bioloogiline töötlemine, mitte aga kõigi peptiidsidemete juhuslik katkemine.

Selektiivne lõhustumine on bioloogiliselt oluline, kuna suuremaid eelainete molekule saab töötleda kindlates kohtades, mille tulemusena tekivad konkreetsed küpsed saadused juhusliku lagunemise asemel.

Tingimused on olulised: kaks eksperimentaalset näidet

Kenley ja Warne uurisid rekombineeritud inimese interleukiini 11-t spetsiaalselt loodud stressitingimustes, sealhulgas kõrgendatud temperatuuril ja erinevate pH-väärtuste juures.

Happelises keskkonnas tuvastasid nad Asp–Pro lõhustumise kindlas kohas. Tulemused näitavad järjestusest ja tingimustest sõltuvat lagunemist, kuid neid ei tohiks tõlgendada universaalse reeglina, mis kirjeldab kõigi valkude käitumist tüüpilistes bioloogilistes tingimustes. [11]

Teises uuringus jälgiti radiojoodiga märgistatud vasoaktiivse soolepeptiidi lagunemist lahjendatud lahuses, mille pH oli neutraalne. Sarnased, lühemad fragmendid ei näidanud samades katsetingimustes mõõdetavat lagunemist, ning lahuse lisandid mõjutasid tulemust. [12]

Mõlemad uuringud näitavad, miks tuleks peptiidsidemete stabiilsust käsitleda seoses konkreetne molekul, järjestus, keskkond ja katsetingimused, selle asemel et eeldada, et teatud pH-väärtus või temperatuur põhjustab iga peptiidi puhul sama käitumist.

Miks on peptiidsidemed bioloogiliselt olulised?

Peptiidsidemed säilitavad aminohappejääkide järjestuse, mis määrab peptiid- või valgu ahela.

Nende geomeetria piirab ahela võimalikke ruumilisi paigutusi, samas kui peptiidiraamistikus leiduvad karbonüül- ja lämmastikurühmad osalevad molekulaarsetes vastasmõjudes.

Peptiidsidemete kontrollitud moodustamine võimaldab peptiidide ja valkude sünteesi.

Nende sidemete kontrollitud lõhustumine osaleb aga prekursorite töötlemises, seedimises, valkude ringluses, regulatsiooniradades ja molekulide lõplikus lagundamises.

Seega osaleb sama põhiline keemiline sideme tüüp mitmel bioloogilise organiseerituse tasandil.

Selle tekkimine määrab järjekorra järjepidevuse.

Selle elektronstruktuur mõjutab skeleti geomeetriat.

Selles sisalduvad keemilised rühmad osalevad molekulaarsetes vastasmõjudes.

Selle selektiivne lagundamine võimaldab bioloogilistel süsteemidel valke ja peptideid töödelda ja eemaldada.

Need funktsioonid ühendavad molekulaarkeemiat ja bioloogiat. Tõendid pärinevad muu hulgas elektronstruktuuri arvutustest, struktuurimõõtmistest, ensüümiuuringutest, keemilisest sünteesist ja terviklike bioloogiliste süsteemidega läbiviidud katsetest. Igaüks neist meetoditest näitab mehhanismi erinevat elementi ja seda ei tohiks kasutada järelduste tegemiseks, mis ulatuvad kaugemale tegelikult uuritavast protsessist. [2] [3] [10]

Korduma kippuvad küsimused

1. Kas peptiidside on kovalentne?

Jah. Peptiidside on kovalentne amiidside aminohapetest pärinevate rühmade vahel. Süsiniku- ja lämmastikuatom jagavad elektrone, mis tagab peptiidahela keemilise järjepidevuse. Elektronstruktuuri uuringud analüüsivad, kuidas mõjutab seda elektronide jagamist naabruses asuv karbonüülrühm ja kuidas see aitab kaasa amidi sideme iseloomulikele omadustele. Mõiste „kovalentne” ei tähenda siiski, et sidet ei saa katkestada. Sobivates keemilistes tingimustes või ensüümide osalusel võib see hüdrolüüsida. Kõige olulisem on eristada, et peptiidside ühendab jäägid keemiliselt üheks molekuliks, mitte ainult ei põhjusta tõmmet eraldiseisvate molekulide või sama molekuli osade vahel. [1]

2. Miks on peptiidsidestus osaliselt kahevalentne?

Kaksiksideme osaline iseloom tuleneb lämmastiku vaba elektronipaari vastasmõjust naabruses asuva karbonüülrühma elektronkonfiguratsiooniga. Selle tulemusena delokaliseerub elektronitihedus amiidrühma piires. Arvutuslikud uuringud analüüsisid selle nähtuse osatähtsust peptiidsideme ahelas. Selle selgitamiseks kasutatavad resonantsstruktuurid on sama elektronstruktuuri alternatiivsed esitusviisid, mitte eraldiseisvad molekulid, mis üksteiseks muutuvad. Ka sidet järku kirjeldavad arvulised väärtused võivad sõltuda kasutatud analüüsimeetodist. Kõige olulisem struktuuriline tagajärg on pöörlemise piiratus C–N-sideme ümber võrreldes tüüpilise, vabalt pöörleva ühekordse sidemega. [1]

3. Millised aatomid moodustavad peptiidsideme?

Tüüpilises peptiidiskelettis ühendab peptiidside ühe jäägi karbonüülrühma süsiniku aatomi järgmise jäägi lämmastiku aatomiga. Hapnikuaatom jääb karbonüülrühma osaks ega moodusta otsest sidet kahe aminohappejäägi vahel. Elektron- ja struktuuriuuringutes analüüsitakse neid aatomeid seotud amidrühma osadena, eristades samal ajal nende üksikuid sidemeid. Seega on tüüpilise peptiidsideme tuvastamisel struktuurivalemis kasulikuks lähtepunktiks leida C–N-side, mis asub vahetult karbonüülrühma kõrval. [2]

4. Kus asub peptiidside valgu molekulis?

Peptiidsidemed asuvad iga valgu ahela põhikonstruktsioonis ja ühendavad naabruses olevaid aminohappejääke. Need erinevad külgahelate vahelistest ristsidemetest ja eraldiseisvate ahelate vahelistest vastasmõjudest. BPTI keemiline süntees illustreerib seda eristust, eraldades skeleti ehituse hilisemast disulfiidsildade tekkimisest. Valgu täielik kolmemõõtmeline struktuur võib sisaldada mitmesuguseid kovalentseid ja mittekovalentseid vastasmõjusid, seetõttu nõuab peptiidsidemete identifitseerimine aminohapete skeleti jälgimist, mitte molekuli mudelil kujutatud kõigi joonte või ühenduste loendamist. [5]

5. Kas iga amiidside on peptiidside?

Ei. Amidi sidemeid esineb paljudes erinevates orgaanilistes ühendites, samas kui termin „peptiidside” viitab konkreetsetele ühendustele, mis pärinevad aminohapetest peptiidides ja valkudes. Tüüpiline peptiidside skelettis on üks amidiühendite liikidest. Seega ei tohiks aminohappe külgahelat kasutavat amidiühendit automaatselt liigitada tavaliste skelettsidemete hulka. Peptiidide geomeetria uuringud keskenduvad skeletis määratletud amidi rühmale ega käsitle kõiki võimalikke amiide keemiliselt ja struktuuriliselt identsetena. Asjakohane nimetus sõltub osalevatest rühmadest ja nende asukohast molekulis. [2]

6. Kui palju peptiidsidemeid on tripeptiidis?

Tüüpiline avatud, hargnemata tripeptiid sisaldab kaks peptiidsidet, kuna kolme jäägi puhul on vaja kahte ühendust, et moodustada üks pidev avatud ahel. See tuleneb üldisest seosest n − 1 tüüpilise n jääki sisaldava avatud ahela puhul. See on molekuli struktuurist tulenev arvutus, mitte eksperimentaalne tulemus ega teave selle bioloogilise funktsiooni kohta. Vastus on teine, kui täiendav skelettside sulgeb molekuli ringiks. Kõrvalketi sidemeid ja muid kovalentseid sidemeid tuleb aga arvestada eraldi. Enne üldreegli kohaldamist tuleb seega kindlaks määrata analüüsitava molekuli struktuur.

7. Kas tsüklilistel peptiididel on täiendav peptiidside?

Head-to-tail-tüüpi tsükliline peptiidil on üks skelettside rohkem kui vastaval avatud ahelal, kuna täiendav amidside ühendab mõlemat otsa ja sulgeb ringi. Teised tsüklilised peptiidid võivad aga moodustada ringi külgahelate osalusel, mistõttu see reegel ei kehti automaatselt iga tsükliliseks nimetatava molekuli puhul. Kalata B1 uuringud kinnitasid konkreetse juhtumi, kus tsükliline skelett sisaldas lisaks disulfiidsilde. Skeleti sulgemine ringiks ja sidemete moodustamine külgahelate vahel tuleb seega sidemeid loendades ja molekulaarstruktuuri kirjeldades eraldi käsitleda. [6]

8. Kas peptiidsidemed on alati täiesti tasased?

Ei. Peptiidirühmad on ligikaudselt tasapinnalised, kuid ideaalsest geomeetriast on võimalikud mõõdetavad kõrvalekalded. Uuring, milles ühendati kvantmehaanilised arvutused peptiidide ja valkude struktuuriliste andmete analüüsiga, näitas väikeseid moonutusi, mis on seotud skeleti kohaliku paigutusega. Need tähelepanekud täiendavad lihtsustatud õpikupõhist mudelit, kuid ei muuda seda kasutuks. Tasapinnalisus jääb amidirühma elektroneerust tulenevaks oluliseks struktuuriliseks eelistuseks, kuid täpne struktuurianalüüs peaks arvesse võtma konkreetsele molekulile iseloomulikke kohalikke erinevusi. [2]

9. Kas valk võib painuda, kui pöörlemine peptiidsideme ümber on piiratud?

Jah. Valgu skelett sisaldab teisi sidemeid, mille ümber võivad toimuda torsiooninurkade muutused. Piiratud pöörlemine C–N-amiidsideme ümber ei fikseeri seega kogu ahelat. Struktuurianalüüsid eristavad pöördenurki naabersidemete ümber nurgast, mis on seotud peptiidsidemega. Sterilised piirangud, kohalikud keemilised vastasmõjud ning naabruses asuvate jääkide tüüp mõjutavad täiendavalt seda, millised paigutused on energeetiliselt ja füüsiliselt kättesaadavad. Valgud ei ole seega ei jäigad vardad ega ka täiesti vabalt pöörlevatest elementidest koosnevad ahelad. Nende struktuur tuleneb skeleti piiratud ja suhteliselt elastlike vabadusastmete kombinatsioonist. [2]

10. Mis on cis- ja trans-peptiidsidemed?

Mõisted „cis” ja „trans” kirjeldavad peptiidsideme mõlemal pool asuvate rühmade erinevat ruumilist paigutust. Tüüpilistes valkude skelettides domineerib trans-konfiguratsioon. Erilist tähelepanu väärivad proliiniga seotud peptiidsidemed, kuna nende puhul esineb cis-konfiguratsioon sagedamini kui paljude teiste jääkide kombinatsioonide korral. Termiliselt laienenud kollageeni NMR-uuringutes tuvastati mõlemad konfiguratsioonid. Need tulemused puudutavad siiski konkreetset valku kindlates katsetingimustes ja neid ei tohiks tõlgendada universaalsete protsendimääradena, mis kehtivad kõigi peptiidide ja valkude kohta. Terminid „cis“ ja „trans“ kirjeldavad peptiidsideme geomeetriat, mitte erinevaid keemiliste sidemete tüüpe. [9]

11. Kas peptiidsideme tekkimisel vabaneb alati vahetult vesi?

Ei. Tuntud võrrand, mis kirjeldab vee vabanemist, kirjeldab vabade funktsionaalsete rühmade vahelist kondensatsiooni üldist seost, kuid ei kajasta iga tegelikku peptiidsidemete tekkimise mehhanismi. Ribosomaalne süntees kasutab tRNA-ga seotud aktiveeritud substraate ning eksperimentaalsed uuringud viitavad substraadi keemia osalusele katalüüsis. Seega on reaktsiooni otsene kulg keerulisem kui lihtsalt vee eemaldamine kahest vabalt lahustunud aminohappest. Erinevuse tegemine reaktsiooni summaarse bilansi ja tegeliku bioloogilise mehhanismi vahel hoiab ära, et kasulikust õppevõrrandist ei saaks valet kirjeldust valkude sünteesist. [3]

12. Kas aminohapete segamine veega toob kaasa valgu tekke?

Ei. Vabade aminohapete segu ei moodusta automaatselt kindlat valgu järjestust. Peptiidide kontrollitud moodustumiseks on vaja asjakohast keemiat ning rakkudes ka korrastatud sünteesimehhanismi, mis suudab kontrollida aminohapete järjestust ja sidemete moodustumist. Mitte-ribosomaalse peptiidide kokkupanekut käsitlevad eksperimendid on näidanud, et teatud katalüütilise elemendi häirimine võib takistada uuritava peptiiditoote tekkimist. Tulemused puudutavad konkreetset biosünteetilist süsteemi, kuid näitavad laiemat põhimõtet: molekulaarsete ehituskomponentide olemasolust üksi ei piisa. Määratletud järjestuse tekkimine nõuab molekulaarsete sidemete kontrollitud moodustamist. [7]

13. Kas peptiidside on sama mis vesinikside?

Ei. Peptiidside on kovalentne side molekuli skelettis, samas kui vesinikside on vastava vesinikudoonori ja -aktseptori vaheline vastastikmõju. Peptiidiskelettis asuvad keemilised rühmad võivad osaleda vesiniksidemete moodustumises ilma täiendavate peptiidsidemete tekketa. Kõverdatud dekapeptiidi CLN025 uuringutes analüüsiti vesiniksidemeid ja muid vastasmõjusid, mis aitavad kaasa selle struktuuri stabiliseerimisele. See eristus eraldab sidemeid, mis määratlevad ahela põhilise kovalentse järjestuse, nendest vastasmõjudest, mis aitavad juba ühendatud ahelal organiseeruda kolmemõõtmelises ruumis. [8]

14. Kas disulfiidsild on peptiidside liik?

Ei. Disulfiidsild on kovalentne väävel-väävelside, mis tekib tavaliselt tsüsteiini külgahelate vahel. Peptiidside on aga amiidside, mis ühendab peptiidiraamistikus aminohapetest pärinevaid rühmi. BPTI sünteesi uuringutes käsitleti skeleti ehitust ja disulfiidsildade teket eraldiseisvate protsessidena. Mõlemad sidemed võivad olla molekuli struktuuri jaoks olulised, kuid need ühendavad erinevaid aatomeid ja osalevad erinevates keemilistes reaktsioonides. Disulfiidsilla katkemine ei pruugi seega peptiidiraami läbi lõigata, samas kui peptiidsideme lõhustumine muudab otseselt ahela järjestuse järjepidevust. [5]

15. Kas valgu denaturatsioon põhjustab peptiidsidemete katkemist?

See ei ole vajalik. Denaturatsioon tähendab valgu tüüpilise kortsulise või klastrilise struktuuri häirimist ning ei nõua definitsiooni järgi peptiidsidemete lõhustamist. Sõltuvalt kasutatud tingimustest võib keemiline lagunemine toimuda samaaegselt denaturatsiooniga, kuid neid kahte protsessi ei tohiks automaatselt samastada. Termiliselt laienenud kollageeni uuringutes analüüsiti ikkagi selle peptiidsidemete erinevaid konfiguratsioone. Lahtimurtud ahel ja hüdrolüüsile allutatud ahel on seega erinevad molekulaarsed seisundid: esimene puudutab peamiselt kolmemõõtmelist struktuuri, teine aga kovalentsete sidemete muutusi. [9]

16. Kas hüdrolüüs viib kohe vabade aminohapete tekkeni?

Mitte alati. Ühe sisemise peptiidsideme hüdrolüüs pikemas avatud ahelas viib tavaliselt kahe lühema peptiidifragmendi tekkeni. Edasised lõhustumisreaktsioonid on vajalikud, et järk-järgult vähendada nende fragmentide pikkust ja lõpuks vabastada üksikud aminohapped. Eksperimentaalsetes uuringutes on identifitseeritud konkreetseid fragmente, mis tekivad peptiidsidemete lõhustumise järel, muu hulgas interleukiini 11 ja vasoaktiivse soolestiku peptiidi lagunemise uuringute käigus. Saaduste liik sõltub lõhustunud kohtadest ja hüdrolüüsi edasijõudmisest. Seega ei tähenda mõiste „hüdrolüüsitud” automaatselt, et peptiid või valk on täielikult muundunud vabadeks aminohapeteks. [11] [12]

17. Kas kõik peptiidsidemed lagunevad ühe ja sama kiirusega?

Ei. Vaadeldav lõhustumiskiirus sõltub peptiidi järjestusest, molekuli kohalikust struktuurist, sideme kättesaadavusest, naaberkeemilistest rühmadest, lahuse koostisest, temperatuurist, pH-st ning katalüsaatorite, näiteks proteolüütiliste ensüümide olemasolust. Interleukiini 11 ja vasoaktiivse soolepeptiidi uuringud on näidanud selektiivset, tingimustest sõltuvat lagunemist, mitte aga kõigi sidemete ühesugust käitumist. Need eksperimendid ei määra kindlaks universaalset stabiilsusaega teiste peptiidide jaoks. Teaduslikult põhjendatud järeldus on, et peptiidsideme stabiilsust tuleb hinnata konkreetse molekuli, keskkonna ja reaktsiooni suhtes, mitte ennustada seda ainult sideme nime põhjal. [11] [12]

18. Mille poolest erineb peptiidside isopeptiidsidest?

Tüüpiline peptiidside skelettis ühendab tavaliselt ühe jäägi karboksüülrühmast pärineva peamise rühma järgmise jäägi amiinirühmaga. Isopeptiidside on samuti amidside, kuid selle moodustumisel osaleb vähemalt üks funktsionaalrühm, mis asub väljaspool tüüpilist skeletistruktuuri, näiteks vastav rühm aminohappe külgahelas. Mõlemad sidemed põhinevad seega sarnasel amidi keemial, kuid asuvad molekulaarses struktuuris erinevates kohtades. Eristamine on oluline, kuna amidi sideme avastamine üksi ei ole piisav, et järeldada, et see kuulub tavalisse peptiidistruktuuri.

19. Miks on peptiidsidemed valkude struktuuri jaoks olulised?

Peptiidsidemed hoiavad aminohappejääkide järjestust korras ja kehtestavad samal ajal molekuli skelettile geomeetrilised piirangud. Nende osaline kaheksakordne iseloom piirab pöörlemist C–N-amiidseose ümber ja soodustab peptiidirühma ligikaudselt tasapinnalist geomeetriat. Samal ajal võivad skeleti karbonüülrühmad ja N–H-rühmad osaleda vesiniksidemete moodustumises, mis on olulised kõrgemate struktuuride jaoks. Peptiidsidemed ei ühenda seega mitte ainult aminohappeid – nende elektronilised ja geomeetrilised omadused aitavad määrata kogu ahela struktuurilisi võimalusi. [1] [2]

20. Kas ensüümid suudavad peptiidsidemeid lõhkuda?

Jah. Proteaasid ja peptidaasid võivad katalüüsida peptiidsidemete hüdrolüüsi, kuid nad ei pruugi lõigata läbi kõiki sidemeid valimatult. Iga ensüüm tunneb ära kindlad järjestused, struktuurilised keskkonnad või positsioonid peptiidahelates. Penitsillopepsiini struktuuriuuringutes analüüsiti, kuidas aspartüülproteinaas hüdrolüüsi käigus substraati ja vett organiseerib, samas kui Davidson ja Hutton näitasid proinsuliiniga seotud substraatide selektiivset töötlemist. Need näited illustreerivad, kuidas bioloogilised süsteemid suudavad molekulide töötlemise ja lagundamise käigus kontrollitult lõhustada kindlaid peptiidsidemeid. [4] [10]

Peptiidsidemete uuringute tõlgendamise piirangud

Peptiidsidemete põhilisest keemiast tegelike peptiidide ja valkude kohta järelduste tegemisele üleminekul tuleb silmas pidada mõningaid piiranguid.

Esiteks on õpikutes esitatud idealiseeritud peptiidirühm tüüpilise struktuurilise skeemi mudel. Tegelikud molekulaarstruktuurid võivad näidata mõõdetavaid kõrvalekaldeid ideaalsest tasapinnalisusest ja geomeetriast. [2]

Teiseks, peptiidsideme stabiilsus sõltub kontekstist. Kõrgendatud temperatuuril, ebatüüpilise pH-taseme juures, väga madalas kontsentratsioonis või teatud katalüsaatorite juures läbi viidud katsete tulemusi ei tohiks automaatselt kasutada molekuli käitumise ennustamiseks täiesti teistsugustes tingimustes. [11] [12]

Kolmandaks kasutavad erinevad ensüümid erinevaid katalüütilisi mehhanisme. Tõendid, mis kirjeldavad ühe aspartüülproteaasi poolt läbiviidavat hüdrolüüsi, ei tähenda, et kõik proteaasid lõhustaksid peptiidsidemeid täpselt samal viisil. [4]

Neljandaks võivad peptiidsidemed tekkida erinevate mehhanismide kaudu. Ribosomaalne translatsioon, mitteribosomaalne biosüntees ja laboratoorne keemiline süntees võivad viia amiidsidemete tekkeni, kuigi need kasutavad erinevaid substraate ja molekulaarset masinavärki. [3] [7]

Viiendaks ei tohiks valgu struktuuri muutusi automaatselt tõlgendada peptiidsidemete lõhustumisena. Denaturatsioon, konformatsioonimuutused, cis–trans-üleminekud, vesiniksidemete häired, disulfiidsildade redutseerumine ja peptiidsidemete hüdrolüüs kirjeldavad erinevaid molekulaarseid protsesse.

Need eristused on olulised, sest termin peptiidside kirjeldab konkreetset kovalentset sidet. Et mõista, mis tegelikult peptiidi või valgu puhul toimub, tuleb kindlaks teha, milline keemiline side või molekulaarne vastasmõju on muutunud.

Kokkuvõte

Peptiidsidemed on kovalentsed amiidsidemed, mis ühendavad aminohappejääke peptiid- ja valgu ahelatesse. Kuigi neid kujutatakse sageli lihtsalt C–N-sidemetena korduvas skeleti osas –C(=O)–NH–, nende keemiline struktuur on keerulisem kui tavalise, vabalt pöörleva ühekordse sideme oma.

Elektronide delokaliseerumine amiidrühma piires annab C–N-sidemele osalise kaksiksideme iseloomu, piirates selle pöörlemist ja soodustades peptiidirühma ligikaudselt tasapinnalist geomeetriat. Samal ajal võimaldab pöörlemine naabersidemete ümber peptiidahelatel võtta väga mitmekesiseid kolmemõõtmelisi struktuure. [1] [2]

Peptiidsidemed esinevad tüüpiliste peptiidide ja valkude skelettides, kuid neid tuleb eristada vesiniksidemetest, disulfiidsildadest, ioonilistest vastasmõjudest, hüdrofoobse efektist ning spetsiifilistest külgahelate ühendustest, nagu näiteks isopeptiidsidemed.

Need võivad tekkida erinevate protsesside tulemusel. Ribosomid moodustavad peptiidsidemeid translatsiooni käigus, kasutades aktiveeritud tRNA-ga seotud substraate, mitteribosomaalsed süsteemid kasutavad spetsialiseeritud ensüümimehhanisme, samas kui laboratoorne süntees põhineb kontrollitud keemilistel ühendamisreaktsioonidel. [3] [7]

Samavõrd oluline on nende lõhustamine. Hüdrolüüs võib jagada peptiidahela lühemateks fragmentideks, ning proteaasid ja peptidaasid võimaldavad organismidel seda protsessi selektiivselt läbi viia. Uuringud proteinaaside, proinsuliini töötlemise, interleukiini 11 ja vasoaktiivse soolepeptiidi lagundamise kohta näitavad, et lagundamine sõltub molekulaarsest kontekstist ja katsetingimustest. [4] [10] [11] [12]

Seega on kõige olulisem reegel lihtne:

Peptiidsidemed tagavad aminohappeahelate kovalentse järjepidevuse, samas ühendavad nende elektronstruktuur, kontrollitud moodustumine ja selektiivne lõhustumine peptiidide ja valkude põhikemika ja bioloogia.

Vastutusest loobumine

Käesolev artikkel on puhtalt hariduslik ja teaduslik-informatiivne. Selles selgitatakse peptiidsidemete keemiat, nende molekulaarstruktuuri, tekkimist, hüdrolüüsi ning tuuakse näiteid avaldatud uuringutest. See ei kujuta endast meditsiinilist nõuannet, ravijuhendit, laboratoorset juhendit, tootesoovitust ega nõuannet mis tahes peptiidi või valgu kasutamise kohta. Arvutuslike, struktuuriliste, biokeemiliste, loomkatsete ja muude eksperimentide tulemusi tuleks tõlgendada vastavalt iga uuringu tingimustele ja piirangutele.

Viited

1. Fedorov, D. G. (2024). Peptiidside: resonants suurendab sideme järjekorda ja muudab fragmenteerumise keerulisemaks. ChemPhysChem, 25(14), artikkel e202400170. https://doi.org/10.1002/cphc.202400170
2. Improta, R., Vitagliano, L. ja Esposito, L. (2011). Peptiidsidemete moonutused tasapinnalisuse tõttu: uued järeldused kvantmehaaniliste arvutuste ja peptiidide/valkude kristallstruktuuride põhjal. PLOS ONE, 6(9), artikkel e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
3. Weinger, J. S., Parnell, K. M., Dorner, S., Green, R. ja Strobel, S. A. (2004). Ribosoomi poolt vahendatud peptiidsideme moodustumise substraadist sõltuv katalüüs. Nature Structural & Molecular Biology, 11(11), 1101–1106. https://doi.org/10.1038/nsmb841
4. James, M. N. ja Sielecki, A. R. (1985). Aspartaathappe proteinaasi penitsillopepsiini poolt katalüüsitud peptiidsideme hüdrolüüsi stereokeemiline analüüs. Biokeemia, 24(14), 3701–3713. https://doi.org/10.1021/bi00335a045
5. Ferrer, M., Woodward, C. ja Barany, G. (1992). Veiste pankrease trüpsiini inhibiitori (BPTI) ja kahe analoogi tahkes faasis süntees. Keemiline lähenemisviis disulfiidsidemete rolli hindamiseks valkude kokkupakkimisel ja stabiilsuses. International Journal of Peptide and Protein Research, 40(3–4), 194–207. PubMed-kirje
6. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J. ja Norman, D. G. (1995). Uterotoonilise polüpeptiidi kalata B1 esmase ja kolmemõõtmelise struktuuri selgitamine. Biokeemia, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
7. Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V. ja Marahiel, M. A. (1998). Peptiidsideme teke mitte-ribosomaalses peptiidide biosünteesis. Kondensatsioonidomeeni katalüütiline roll. Journal of Biological Chemistry, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773
8. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F. ja Lovas, S. (2010). Beeta-juukseklambri moodustava minivalgu CLN025 VCD-spektroskoopilised omadused erinevates lahustites. Biopolümeerid, 93(5), 442–450. https://doi.org/10.1002/bip.21356
9. Sarkar, S. K., Young, P. E., Sullivan, C. E. ja Torchia, D. A. (1984). Cis- ja trans-X-Pro-peptiidsidemete tuvastamine valkudes 13C NMR-meetodil: rakendus kollageenile. Ameerika Ühendriikide Rahvusliku Teaduste Akadeemia toimetised, 81(15), 4800–4803. https://doi.org/10.1073/pnas.81.15.4800
10. Davidson, H. W. ja Hutton, J. C. (1987). Insuliini sekreteerivate graanulite karboksipeptidaas H. Puhastamine ja selle osalemise tõendamine proinsuliini töötlemisel. Biochemical Journal, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
11. Kenley, R. A. ja Warne, N. W. (1994). Rekombinantse inimese interleukiini 11 peptiidsideme hüdrolüüs happe katalüüsil. Pharmaceutical Research, 11(1), 72–76. https://doi.org/10.1023/a:1018945727640
12. Mody, R., Tramontano, A. ja Paul, S. (1994). Vasoaktiivse soolepeptiidi spontaanne hüdrolüüs neutraalses vesilahuses. International Journal of Peptide and Protein Research, 44(5), 441–447. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1994.tb00180.x