Peptidkötések: definíció, előfordulás és biológiai jelentőség

A peptidkötés egy kovalens amidkötés, amely a aminosav-maradékokat kapcsolja össze a peptidekben és a fehérjékben. Ezek a kötések alkotják a peptidláncok folytonos molekuláris vázát, megőrizve az aminosavak meghatározott sorrendjét, miközben lehetővé teszik, hogy az egész lánc különböző háromdimenziós szerkezeteket vegyen fel.

A peptidkötések az egyik alapeleme a felépítésnek peptidok. A kémiájuk megértése segít megmagyarázni, hogyan képesek az egyes aminosavak szigorúan meghatározott szekvenciájú és szerkezetű nagyobb molekulákat alkotni.

Bár az alapvető definíció viszonylag egyszerű, a peptidkötés kémiájának van néhány lényeges sajátossága. Az amidcsoporton belüli elektronok eloszlása olyan, hogy a szén-nitrogén kötés részben kettős kötésre emlékeztet. Ez korlátozza a szabad elfordulás lehetőségét a peptidkötés körül, de nem teszi a teljes peptidet vagy fehérjét merev molekulává. A váz többi kötése nagyobb fokú elfordulási szabadságot tart fenn, aminek köszönhetően a peptidláncok képesek meghajolni és összehajtogatódni.

A peptidkötések számos különböző tudományos szempontból elemezhetők. A vegyészek az elektronstruktúrájukat és geometriájukat vizsgálják. A molekuláris biológusok azt elemzik, hogyan szintetizálják őket a riboszómák és más biológiai rendszerek. A strukturális biológusok azt vizsgálják, hogy e kötések geometriája hogyan befolyásolja a fehérjék architektúráját. A biokémikusok viszont azt kutatják, hogy az enzimek hogyan hasítják szelektíven a peptidkötéseket a fehérjék feldolgozása és lebontása során.

Ezek a megkülönböztetések segtenek megérteni, hogy a fehérjék hogyan képesek egyszerre megőrizni egy meghatározott aminosavszekvenciát, bonyolult szerkezeteket felvenni, ellenőrzött biológiai folyamatok során létrejönni, majd feldolgozáson vagy lebomláson átesni. Az elektronstruktúra, a peptidgeometria, a riboszomális katalízis, a fehérjeszintézis és az enzimatikus hidrolízis vizsgálata kiegészítő információkkal szolgál e folyamatokról. [1] [2] [3]

A peptidkötés egy kovalens kötés, amely két aminosav karboxilcsoportja és aminocsoportja között jön létre vízkilépés (kondenzáció) közben.

A peptidkötés kémiai definíciója

A peptidkötés amidkötéssel az egyik aminosav karboxilcsoportjából származó csoport és a másik aminosav aminocsoportjából származó csoport között. Egy tipikus fehérjevázban a karbonilcsoport szénatomja és a következő aminosavmaradék nitrogénatomja kapcsolódik össze.

A leggyakrabban ábrázolt részlet a következő formájú:

–C(=O)–NH–

A C=O fragmentum karbonilcsoporttal, míg a C–N kötés az a kötés, amelyre általában gondolunk, amikor kifejezetten a pepttkötésről beszélünk. Ezek az atomok közvetlen környezetükkel együtt alkotják az úgynevezett peptidkötést vagy amidocsoport.

Ez a megkülönböztetés azért fontos, ponieważ a peptidcsoport teljes szerkezeti képlete több különböző kötést tartalmaz. A szén–oxigén kötés nem olyan kapcsolat, amely két aminosavmaradékot köt össze. Ezt a funkciót az amidoszerű szén–nitrogen kötés látja el.

Amikor az egyik aminosav összekapcsolódik a másikkal, az egyik maradékhoz kapcsolódó karbonilcsoport szénatomja kovalens kötést létesít a következő maradékhoz kapcsolódó nitrogénatommal. Ennek a mintázatnak az ismétlődése a tipikus peptidlánc vázának kialakulásához vezet.

Az elektronstruktúra-vizsgálatok egyebek mellett a nitrogén nemkötő elektronpárjának és a szomszédos karbonilrendszernek a kölcsönhatását elemzik, ami magyarázatot ad arra, hogy ez a kötés miért tér el a szokásos, szabadon elforduló szén–nitrogén egyszeres kötéstől. [1]

Miért kovalens kötés a peptidkötés?

A peptidkötés kovalens, mivel a kapcsolódó atomok elektronokat osztanak meg.

Nem ionos kölcsönhatás két különálló, feltöltött aminosav között, sem pedig hidrogénkötés, amely a feltekeredett lánc különböző részeit tartja a közelben.

Ez a kovalens kötés biztosítja az aminosavszekvencia kémiai folytonosságát. A maradékok ugyanannak a láncnak a részei maradnak mindaddig, amíg egy kémiai reakció meg nem változtatja a kapcsolódási módjukat.

Ez a megkülönböztetés különösen fontossá válik a fehérjék feltekeredésének és kibontakozásának megvitatásakor. A peptidlánc meghajolhat, megváltoztathatja konformációját, elveszítheti szerkezetét stabilizáló kölcsönhatásainak egy részét, sőt jelentősen ki is bonthatódhat anélkül, hogy az elsődleges szekvenciáját fenntartó peptidkötések feladnának vagy megszakadnának.

A kovalens azonban nem jelenti azt, hogy elpusztíthatatlan.

Az enzimek és a megfelelő vegyi körülmények a peptida kötések hasadását okozhatják. Az ilyen hasadás azonban kémiai reakcióval, amely megváltoztatja az atomok kapcsolódási módját, és nem csupán a molekula alakjának megváltozásával.

Az egyik aszpartil-proteináz szerkezeti vizsgálatai feltárják, hogy az enzim hogyan képes a peptidh kötést tartalmazó szubsztrátot és egy vízmolekulát a hidrolízis szempontjából alapvető módon megfelelően elrendezni. [4]

A kettős kötés részleges jellege és a rezonancia

A C–N peptidkötést a képleteken gyakran szimpla vonalként ábrázolják, de a valós elektronszerkezet összetettebb.

A nitrogénatom nemkötő elektronpárja részt vehet a karbonilcsoport szomszédos elektronrendszerében. Az elektronok delokalizációja révén a C–N kötés a kettős kötés részleges jellege.

Ezt a jelenséget gyakran rezonanciaszerkezetek segítségével magyarázzák.

A rezonancia szerkezetek az elektronok eloszlásának alternatív ábrázolási módjai ugyanabban a molekulában. Nem szabad őket a molekula különálló formáiként értelmezni, amelyek gyorsan átalakulnak egymásba.

Hasonlóképpen a kettős kötés részleges jellege nem azt jelenti, hogy a peptida kötés az idő egy bizonyos százalékában rendes egyszeres kötés, a fennmaradó időben pedig rendes kettős kötés.

A tényleges elektronszerkezet az elektronok delokalizációjából ered az egész amidcsoporton belül.

Számításos vizsgálatában Fedorov a rezonancia szerepét elemezte a peptidkötés rendjének meghatározásában. A részletes numerikus értékek az alkalmazott elektronszerkezet-elemzési módszertől függnek. Az általános megértés szempontjából azonban a legfontosabb az a következtetés, hogy a nitrogén elektronrendszere és a karbonilcsoport közötti kölcsönhatás felelős a C–N kötés szokatlan tulajdonságainak egy részéért. [1]

Miért korlátozott a rotáció a peptidkötés körül?

A kettős kötés részleges jellege fontos szerkezeti következménnyel jár: az amid C–N kötés körüli elfordulás korlátozottabb, mint a tipikus szén–nitrogén egyszeres kötés körüli elfordulás.

Ez azonban nem jelenti azt, hogy a fehérjék ne tudnának meghajolni vagy feltekeredni.

A peptidváz egyéb olyan kötéseket is tartalmaz, amelyek körül forgás lehetséges. A fehérjelánc tehát ismétlődő, viszonylag merev peptidcsoportokból áll, amelyeket a váz nagyobb konformációs rugalmasságát mutató egyéb kötései kapcsolnak össze.

E korlátozások és a rotációs lehetőségek kombinációja nagymértékben hozzájárul a háromdimenziós struktúrák óriási sokféleségéhez, amelyeket a peptidek és fehérjék felvehetnek.

A hozzávetőleges síkússág nem jelent tökéletesen sík szerkezetet

Az elektronok delokalizációja kedvez a a peptidlánc közel síkgeometriája és korlátozza a rotációt az amidos C–N kötés körül.

A tényleges molekuláris szerkezetek azonban kissé eltérhetnek az ideális matematikai síktól.

Improta és munkatársai a kvantummechanikai számításokat peptidek és fehérjék kristályszerkezetének elemzésével ötvözték. Az eredmények kis, szisztematikus eltéréseket mutattak, amelyek a helyi vázgeometriától függtek. [2]

Ezért helyes az a megállapítás, hogy a peptidcsoportok közelítőleg sík, azonban túl nagy egyszerűsítés lenne azt állítani, hogy minden egyes peptidkötés minden peptidben vagy fehérjében teljesen sík.

Ez egy jó példa a hasznos oktatási modell és a valós molekuláris szerkezetek részletesebb viselkedése közötti különbségre.

Hol fordulnak elő a peptifot kötések?

A peptidek és fehérjék vázában

A peptidkötések a tipikus peptid- és fehérjeláncokban a szomszédos aminosavmaradékok között jönnek létre.

A környező atomokkal együtt ismétlődő egységet alkotnak molekulaváz. Az aminosavak oldalláncai kinyúlnak ebből a vázból, és további kémiai tulajdonságokat kölcsönöznek az egyes maradékoknak.

A fehérje állhat egyetlen peptidláncból vagy több, nagyobb molekuláris komplexszé kapcsolódott láncból. Mindegyiknek megvannak a saját vázkapcsolatai.

A különböző láncok kapcsolódhatnak nem-kovalens kölcsönhatások vagy további kovalens kötések révén. Az ilyen kapcsolatokat nem szabad automatikusan a peptidakötések közé sorolni.

A szarvasmarha hasnyálmirigy-tripszininhibitor, azaz a BPTI kémiai szintézise jól mutatja a különbséget a peptidinváz kialakítása és a további diszulfidhidak képződése között. A kutatók először egy lineáris anyagot állítottak elő, majd elvégezték annak oxidációját és jellemzését. A vizsgálat így elválasztja a lánc felépítését a későbbi szerkezeti szerveződéstől. [5]

A peptidkötések határozzák meg az elsődleges szekvencia folytonosságát

az aminosavmaradékok sorrendje egy peptidben vagy fehérjében az ő elsődleges szerkezet.

A peptidkötések biztosítják a szekvenciát fenntartó alapvető kovalens folytonosságot.

Például a következő sorozat:

Ala–Gly–Ser

ugyanazt a három aminosavat tartalmazza, mint:

Szer–Gly–Ala

Ezek azonban nem ugyanazok a peptidhiszekenciák.

Az egyes aminosavmaradékok helyzete eltér a peptidkötésekhez képest.

Ezért a mintában jelen lévő aminosavak listája önmagában nem elegendő a peptid azonosításához. Szükséges továbbá a sorrendjük és a kapcsolódási módjuk ismerete is.

A lineáris és ciklikus peptidekben

Egy tipikus nyitott peptidláncnak két vége van, amelyeket úgy neveznek, hogy N-vég i C-vége.

Az N-terminális a peptidváz egyik végének felel meg, míg a C-terminális a másiknak. A peptidszekvenciákat alapvetően az N-terminálistól a C-terminális irányába írják.

Fej-farok típusú ciklikus peptid, azaz a lánc végeinek összekapcsolásával zárt, egy további vázkötést tartalmaz, amely gyűrűt képez.

Azonban nem minden ciklikus peptid záródik ugyanúgy. A gyűrű oldallánc közreműködésével પણ képződhet, és egyes molekulák egynél több típusú keresztkötést tartalmaznak.

Meghatározás ciklikus Ez tehát a molekula architektúrájának egy tulajdonságát írja le, nem pedig az összekapcsolódásának egyetlen univerzális módját.

A kalata B1 egy konkrét példa egy olyan peptidre, amelynek ciklikus vázát többek között enzimes hasításos vizsgálatokkal, szekvenciaelemzéssel és molekuláris szerkezettel igazolták. A molekula diszulfidkötéseket is tartalmaz. Ezek a kén-kén közötti további kötések kémiailag különböznek a peptidváz aminosavmaradványait összekötő amidkötésektől. [6]

Peptidkötések vs. izopeptidkötések

Egy tipikus fehérjevázban a peptidkötések kötik össze a fő aminocsoportokat és a karboxilcsoportokból származó csoportokat.

amidkötés, amelynek létrejöttében részt vesz aminosav oldallánc funkciós csoportja, gyakran úgy emlegetik, mint izopeptid-kötés.

A legfontosabb szabály tehát annak megállapítása, hogy mely atomok kapcsolódtak valóban egymáshoz.

Maga az amidkötés jelenléte nem jelenti automatikusan azt, hogy az egy tipikus peptidinakban található. Ugyanakkor nem minden keresztkötés egy peptidben vagy fehérjében amidkötés – a diszulfidhidak és egyéb kovalens módosulások eltérő kémiával rendelkeznek.

A kezdők számára a leghasznosabb kiindulópontot a vázban található szokásos peptidkötések jelentik. A speciálisabb kapcsolatok ezután a molekuláris szervezet eltérő változataiként tekinthetők.

Mennyi peptidkötés található a láncban?

Egyetlen nyitott, el nem ágazó lánc, amely tartalmaz Az n aminosav-maradék n − 1 peptidkötést tartalmaz a vázban.

Ez azt jelenti, hogy:

• A dipeptidnek 2 maradéka és 1 peptidkötése van;
• a tripeptidnek 3 maradéka és 2 peptidkötése van;
• a tetrapeptid 4 maradékból és 3 peptidkötésből áll;
• A pentapeptid 5 aminosavmaradékból és 4 peptifkötésből áll;
• A 10 aminosavmaradványt tartalmazó nyitott lánc 9 peptidhordozóval (helyesen: 9 pepttkötéssel) rendelkezik.

Ez az összefüggés közvetlenül a molekula kapcsolódási módjából adódik: minden egyes további egység egy további vázkötéssel nyújtja meg a meglévő láncot.

A neki megfelelő ciklikus fej-farok típusú lánc n peptidkötést tartalmaz a vázban, mivel egy további kötés zárja a gyűrűt.

Ezek a feltételezések azonban fontosak. A elágazások, a szokatlan oldallánc-kapcsolatok, több lánc jelenléte, az izopeptidkötések vagy a váz amidsktől eltérő elemei részletesebb elemzést igényelnek.

Magában a maradékok száma nem mindig elegendő ahhoz, hogy meghatározzuk az összetett peptidben vagy fehérjében jelen lévő összes kovalens kötést.

Hogyan kötik össze a peptidkötések az aminosavakat?

A szabad aminosavaktól az aminosavmaradékokig

A szabad aminosav és a peptidben található, neki megfelelő maradék egymással kapcsolatban áll, de nem írják le pontosan ugyanazt a kémiai állapotot.

Amikor egy aminosav beépül egy peptidbe, funkcionális csoportjai részt vesznek a láncot alkotó kötésekben.

Például a glicin és az alanin egy bizonyos sorrendben történő kapcsolódása a következőhöz vezet: glicil-alanin. A sorrend megfordítása a következőhöz vezet: alanyloglicyny.

Az aminosavak típusai ugyanazok, de elhelyezkedésük és vegyi környezetük eltérő.

Ez jól szemlélteti, hogy a peptid szekvenciája miért tartalmaz több információt, mint a komponenseinek egyszerű felsorolása.

A kötésképzés közvetlenül vizsgálható. Stachelhaus és munkatársai nem-riboszomális peptidszintézis-rendszerek elemeit elemezték, és kimutatták, hogy a javasolt katalitikus helyen lévő aminosavmaradék megváltoztatása megakadályozta a vizsgált kondenzációs reakciót. A kísérlet így összekapcsolja egy adott peptidtermék létrejöttét egy konkrét molekuláris gépezet működésével. [7]

A kondenzációs egyenlet egy reakcióegyensúlyi modell

Az alapvető kémiában a peptidképződést gyakran az alábbi egyenlettel mutatják be:

aminosav + aminosav → dipeptid + víz

Az egyenlet mutatja a különbséget a kiindulási szabad molekulák és a kapcsolódott termék összetétele között.

Hasznos a substrátok és a termék közötti kémiai kapcsolat megértéséhez.

Ezt azonban nem szabad úgy értelmezni, mintha ez lenne az élő sejten belüli fehérjeszintézis teljes mechanizmusa.

A szabad aminosavak nem rendeződnek csak úgy egymás mellé a vízben, nem bocsátanak ki spontán módon vízmolekulákat, és nem alkotnak önmaguktól egy meghatározott fehérjeszekvenciát.

A biológiai szintézis aktivált szubsztrátokat, rendezett molekuláris gépezetet, a szekvenciát meghatározó információt, valamint energiát igénylő előkészítő folyamatokat igényel.

Ezért fontos a különbségtétel a következők között összegképlettel leírt kémiai egyenlettel a reakciómechanizmus.

Egyenlet írja le a kezdeti és a végső összetételt. A mechanizmus magyarázza meg a valós molekuláris lépéseket és a reakcióhoz vezető köztes termékeket.

A riboszómákkal kapcsolatos kísérnek pontosan ilyen mechanisztikus részleteket vizsgálnak, ahelyett, hogy csupán az ismert kondenzációs egyenletet ismételnék meg. [3]

Hogyan hoz létre a riboszóma peptidkötéseket?

A transzfer-RNS-ek translációja során, vagyis tRNA, amelyek aminosavakat és a növekvő peptidláncot szállítják a riboszómán belül.

Az újonnan szállított aminosav aminocsoportja reagál a meglévő lánc tRNA-hoz kapcsolt aktivált végével, ami a növekvő peptid átvitelét eredményezi az új tRNA-hoz kötött aminosavmaradékra.

A peptidlánc általában az irányba hosszabbodik meg C-ig.

Az aminosavak aktiválása és a tRNA-hoz való kapcsolódásuk energiafüggő folyamatok. Ezért minden olyan leírás, amely a riboszomális peptidkötést úgy mutatja be, mint ami közvetlenül két szabad aminosav között jön létre, vagy mint a riboszómán általi egyszerű „vízelvonás”, túlzott leegyszerűsítés lenne.

Weinger és munkatársai módosítottak egy kémiai csoportot a tRNA-szubsztrátban, és a peptiskötés-képződés jelentős csökkenését figyelték meg a szubsztrátkötődés ezzel arányos csökkenése nélkül. Ez az eredmény bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy szubsztrátum által támogatott katalízis, amelyben maguknak a reaktánsoknak a kémiai tulajdonságai vesznek részt a reakció lefolyásában. [3]

A kísérlet tehát a tRNA kémiai tulajdonságainak mechanisztikus szerepére utal, és nem kizárólag passzív hordozóként betöltött funkciójára.

A peptinkötések képződésének határozott iránya van

A fehérjeszintézis egy irányított folyamat.

Mivel a növekvő lánc a C-terminális irányába hosszabbodik meg, a szekvencia egy meghatározott orientációban alakul ki.

Ez összefügg a peptidek és fehérjék szekvenciájának írására vonatkozó általános konvencióval, amely szerint N-terminálistól a C-terminálisig.

Az irány azonban nem csupán jelölési konvenció. A szekvencia megfordítása általában más molekula létrejöttéhez vezet, mivel ekkor minden egyes maradék eltérő pozíciót foglal el a lánc többi eleméhez képest.

Más módszerek hasonló típusú kötések létrehozására

A peptidkötések a riboszómán kívül is létrejúlhatnak.

Specializált nem-riboszomális enzimrendszerek egyes peptideket szintetizálnak, míg a peptidek laboratóriumi szintézise aktivált összetevőket és ellenőrzött kapcsolási reakciókat alkalmaz.

Ezek a útvonalak szervezetükben, szubsztrátjaikban, reakciókörülményeikben és katalitikus mechanizmusaikban különböznek egymástól.

Nem szabad őket azonos folyamatoknak tekinteni csak azért, hogy a végtermékek amidkötéseket tartalmaznak.

A nem-riboszomális kötésképzés vizsgálata és a BPTI kémiai szintézise példák az ilyen eltérő előállítási módokra. [7] [5]

Magas szintű előállítási mód önmagában szintén nem határozza meg, hogy egy adott molekula peptid-e vagy fehérje. A kémiai szintézis eredményezhet a természetben előforduló peptiddel vagy fehérjével azonos anyagot, feltéve, hogy szekvenciáját és egyéb lényeges szerkezeti tulajdonságait helyesen határozzák meg.

Peptidkötések és más kötések a fehérjékben

Csontvázkötések és a hajtogatásért felelős kölcsönhatások

A peptidkötések tartják összekapcsolva az aminosavak sorrendjét.

Ezek a kölcsönhatások viszont segítenek meghatározni, hogy ez a szekvens hogyan rendeződik el a háromdimenziós térben, vagy hogyan lépnek kölcsönhatásba egymással az egyes peptidláncok.

A hidrogénkötések a megfelelő hidrogén-donorok és -akceptorok között jönnek létre. A peptidvázon belül a karbonilcsoportok oxigénatomjai akceptorként szolgálhatnak, míg számos N–H amidcsoport donor lehet.

Az amidnitrogént általában nem tekintik hidrogénkötés-akceptornak, mivel a nemkötő elektronpárja részt vesz az amidcsoport elektronrendszerében.

Különös figyelmet igényelnek a prolint tartalmazó peptidcsoportok is, mivel a vázban lévő nitrogénnek nincsen ekkor tipikus N–H hidrogénje.

A peptidkötést tartalmazó csoport tehát részt vehet hidrogénkötések kialakításában, de A peptidkötés és a hidrogénkötés különböző típusú kapcsolatok..

Az egyik kovalensen kapcsolja össze az aminosavmaradékokat. A másik a molekulán belüli vagy molekulák közötti kölcsönhatásokban vesz részt.

A rövid, hullámos CLN025 peptid vizsgálatai feltárták a többek között hidrogénkötésekkel és egyéb sejten belüli kölcsönhatásokkal stabilizált szerkezetet. Ez azt mutatja, hogy a hajtogatás végbemehet új vázszerkezet kialakulása nélkül is. [8]

A diszulfidhidak kéntartalmú oldalláncokat kötnek össze

A diszulfidhidak kovalens kén–kén kapcsolatok, amelyek leggyakrabban cisztein oldalláncok között alakulnak ki.

Összekapcsolhatják ugyanannak a peptidláncnak távoli szakaszait vagy különböző láncokat.

Ezek nem peptidkötések, és nincsenek jelen minden fehérjében.

A diszulfidhíd létrejötte vagy felhasadása jelentősen megváltoztathatja egy molekula térbeli szerkezetét anélkül, hogy a peptidláncát fel kéne szakítani.

A BPTI szintéziséről szóló tanulmányban előállították a természetes szekvenciát és a diszulfidhidak képződési képességének módosítására tervezett analógokat. A természetes szekvenciájú anyagot analitikai és funkcionális módszerekkel összehasonlították a természetes BPTI-vel. A publikáció absztraktja nem erősítette meg az analógokra vonatkozó összes szerkezeti következményt, ezért a javasolt különbségeket nem szabad teljesen megalapozott eredményként bemutatni. [5]

Ionos és hidrofób kölcsönhatások

A feltöltött csoportok vonzhatják vagy taszíthatják egymást, befolyásolva a molekula térbeli szerkezetét.

A nem poláris régiók ezzel szemben olyan módon lépnek kölcsönhatásba a vizes környezettel, ami kedvezhet a szerkezet belsejében való elrejtőzésüknek, asszociációjuknak vagy aggregációjuknak. Ezt a jelenséget gyakran tárgyalják a következő kontekusban: hidrofób hatás.

Ezek a kölcsönhatások rendkívüli jelentőséggel bírhatnak a fehérjék feltekeredése (hajtogatódása) szempontjából, azonban hidrofób kölcsönhatás nem jelent új kovalens kötést az aminosavak között.

Ezért helytelen a fehérjét stabilizáló összes erőt peptinkötésnek nevezni.

Az egyes kölcsönhatástípusok ráadásul eltérően reagálhatnak a hőmérsékletre, az oldószerre, a savasságra, az ionos viszonyokra és egyéb környezeti változásokra. Annak megállapítása, hogy melyik kötési vagy kölcsönhatási típus megy át változáson, lehetővé teszi a kísérleti eredmény pontosabb megértését.

A denaturáció nem ugyanaz, mint a hidrolízis

Denaturáció megváltoztatja a fehérje tipikus szerkezeti struktúráját.

Lehet, hogy zavarja a molekulák elvékonyodását vagy összetartozását, miközben a peptidkötések többségét vagy egészét megőrzi.

Hidrolízis mégis megváltoztatja a kémiai kapcsolatokat azáltal, hogy a víz részvételével végzett reakcióban megzavarja a fogékony kötést.

Bizonyos körülmények között mindkét folyamat ugyanabban a mintában jelentkezhet, de nem egyeznek meg egymással.

Ezért a fehérje bontása nem jelenti automatikusan a rövidebb peptidek vagy az aminosavak szabad formájává történő átalakulást.

Ez a megkülönböztetés a strukturális vizsgálatokban is látható. A termikusan fejlett kollagénnel végzett kísérletek során az alfa- és a beta-konfiguráció különböző konfigurációit az alfa-prolinnal kapcsolatos peptidkötések jelöltek meg. A szerkezet konfigurációjának változása nem ugyanaz, mint a kémiai lebontása. [9]

A peptidkötések képződése, tulajdonságai és hidrolízise

A stabilitás az elemzett reakció típusától függ

A peptidkötések elégségesen tartósak ahhoz, hogy megőrizzék a biológiai láncokat, ugyanakkor az organizmusok szelektíven képesek ezeket létrehozni és szétválasztani.

Ebben nincs ellentmondás.

A reakció sebessége többek között attól függ, hogy Az aktiválódás és a katalizátorok jelenléte akadályai, Azonban az, hogy egy adott reakció termodinamikailag előnyös-e, egy külön kérdés.

A folyamat kémiailag lehetséges, de megfelelő katalizáció nélkül rendkívül lassú ütemben zajlik.

Másfelől az enzim jelentősen felgyorsíthatja egy adott reakciót azáltal, hogy jobb reakcióutat biztosít.

Az enzim nem változtatja meg a peptidkötvényszövetet egy teljesen más típusú kötődésre. Megváltoztatja a kémiai reakció útvonalát.

Azt is helytelennek tartanám, ha minden peptid-, peptid- vagy fehérje-összetevőre egyetlen egy univerzális élettartam-időt rendelünk.

A szekvencia, a helyi struktúra, a kötődésesülési alkalmasság, a szomszédos kémiai csoportok, a hőmérséklet, a pH, a oldat összetétele és a katalizátorok jelenléte befolyásolhatják a megfigyelt viselkedést.

Mi változik az hidrolízissel?

A hidrolízis a víz felhasználásával végrehajtja az amid kötésének kémiai lebontását, amelynek eredményeként új, a karbokszil és az amin csoportokból származó végződések keletkeznek.

Ajonikus formájuk pontos jellemzői a körülötte lévő oldat körülményeitől függenek.

Az egyik kötődés szétbomlása a csontvelőben nem vezet automatikusan a szabad aminosavak képződéséhez.

Ha a hosszabb nyitott láncban történt peptidek kötése megszakad, a közvetlen termékek általában a következőket jelentik: két rövidebb peptidciklus.

További szétválasztási reakciók szükségesek ahhoz, hogy fokozatosan csökkentsük ezeket a részeket, és végül felszabadítsuk az egyes aminosavakat.

A penicillopeptidek struktúrális vizsgálatai azt vizsgálták, hogy az aspartil-proteáz hogyan képes víz és a substrát csoportjai közötti reakcióban részt venni a hidrolízis folyamatában. A javasolt reakciómodell a kristályosítási megfigyelések és a modellezés alapján készült. Információt nyújt egy enzimmechanizmusról, de nem bizonyítja, hogy minden proteáz ugyanazt a katalizációs módot alkalmazza. [4]

Az hidrolízis szelektív lehet

A proteázok és a peptidázok a felismerhető kötődés és a molekuláris környezet tekintetében különböznek egymástól.

Egyes enzimek elválasztják a lánc belsejében található kötéseket, míg mások eltávolítják a maradékakat a végéről.

A szekvencia, a helyi szerkezeti struktúra, a rendelkezésre állás és a körülvevő kémiai csoportok befolyásolhatják azt, hogy a potenciálisan érzékeny hely valóban szétválik-e.

Davidson és Hutton az inzulin termelő maghéjhoz kötött enzimét tanulmányozták. A tisztított készítmény eltávolította az inzulint termelő szubsztrátok savas maradékait, és a használt teszten nem eredményezte a felnőtt inzulin további bomlását. [10]

Ez azt mutatja selektív biológiai feldolgozás, nem véletlenszerűen szétrombolja az összes peptidkötelet.

A szelektív szétválasztás lényeges biológiai jelentőséggel bír, mivel a nagyobb előanyag-részecskék meghatározott helyeken feldolgozhatók, ez pedig konkrét, érett termékek képződését eredményezi ahelyett, hogy véletlenszerűen degradálódnának.

A feltételek fontosak: két kísérleti példa

Kenley és Warne a rekombinált humán interleukin 11-et olyan szándékosan alkalmazott stressz körülmények között vizsgálták, amelyek magukban foglalták a magasabb hőmérsékletet és a különböző pH-értékeket.

Az erős savas környezetben az Asp–Pro specifikus helyen kimutattak szétválasztást. Az eredmények a szekvencia és a körülmények függvényében változó degradációt mutatják, de nem lehetnek egy univerzális elvnek tekinteni, amely minden fehérje viselkedését jellemzi a tipikus biológiai körülmények között.[11]

Egy másik vizsgálatban a radioaktív, vázas aktív peptiddá aktiválódott gyomorrostot egy pH-szabályozott hígított oldatban figyeltek meg. A hasonló, rövidebb fragmentumok nem mutattak kimutatható degradációt ugyanazon kísérleti körülmények között, és a oldatba adott adalékok befolyásolták az eredményt. [12]

Mindkét tanulmány azt mutatja be, hogy miért kell a peptidkötések stabilitását a kapcsolódó tényezőkkel együtt megvizsgálni. egy konkrét molekula, egy szekvencia, egy környezet és egy kísérleti körülmény, helyett azt feltételezzük, hogy a meghatározott pH vagy hőmérséklet ugyanolyan viselkedést eredményez minden peptid esetében.

Miért fontosak a peptid kötődések biológiai szempontból?

A peptidkötések megőrzik az aminosav-részek rendjét, amelyek meghatározzák a peptid- vagy fehérjeláncot.

A geometria ezen molekulák geometriájának korlátozza a lánc térbeli elrendezését, míg a karbonyilációs csoportok és az azokkal összekapcsolódó nitrogén atomok, amelyek a peptidkötegben megtalálhatók, részt vesznek a molekuláris kölcsönhatásokban.

A szabályozott peptidkötvetésképzés lehetővé teszi a peptidjelek és fehérjék szintézisének előállítását.

A kontrollált szétválasztás ezen kapcsolatok során részt vesz a prekursorok feldolgozásában, emésztésében, fehérje-cserében, szabályozó útvonalakban és a molekulák végső degradációjában.

Ez az alapvető kémiai összekapcsolódás szintje tehát több szinten is részt vesz a biológiai szerveződésben.

A kialakulása meghatározza a folyamat következményeit.

Az elektronköre hatással van a csontok geometriájára.

A benne található kémiai csoportok részt vesznek a molekuláris kölcsönhatásokban.

A szelektív lebomlása lehetővé teszi az életjeleknek, hogy lebontsák és eltávolítsák a fehérjéket és a peptideket.

Ezek a funkciók összekapcsolják a molekuláris kémiai és a biológiai ismereteket. A bizonyítékok többek között elektronstruktúrájának számításából, struktúrázó mérésekből, enzimanalízisből, kémiai szintéziséből és teljes biológiai rendszerek felhasználásával végzett kísérletekből származnak. Mindezek módszerei egy-egy különböző elemzési pontot mutatnak be, és nem szabad őket arra használni, hogy olyan következtetéseket vonjunk le, amelyek túlmutatnak a ténylegesen vizsgált folyamaton. [2] [3] [10]

Gyakran ismételt kérdések

1. Az peptidkötések koválenszívők?

Igen. A peptid kötés egy amid-kovalens kötés, amely az aminosavokból származó csoportok közötti hidrogénvegyületekből áll. A szénatom és az nitrogénatom megosztja az elektronokat, ami peptid láncának kémiai folyamatosat biztosít. Az elektronstruktúrával kapcsolatos vizsgálatok azt vizsgálják, hogy ez az elektronmegosztás hogyan befolyásolja a szomszédos karbonyilag kötött csoportot, és hogyan járul hozzá a peptid kötés jellegzetes tulajdonságaihoz. Ugyanakkor a „kovalens” kifejezés nem jelenti azt, hogy a kötés nem szétváltható. A megfelelő kémiai körülmények között vagy enzimek részvételével hidrolizálódhat. A lényeg az, hogy a peptid kötés kémiailag egyetlen molekula összetevőjévé kapcsolja a maradékokat, és nem csak vonzza egymáshoz a különböző molekulákat vagy az ugyanazon molekula részeit. [1]

2. Miért a peptid kötődés részleges kettős kötődés?

A duplakötés részleges jellegét az azonos nitrogén-atom és a szomszédos karbonyilációs csoport elektronrendszerének kölcsönhatása okozza. Ennek köszönhetően az elektronrendszer eloszlik a karbonyilációs csoport belsejében. A számítási vizsgálatok azt vizsgálták, hogy ez a jelenség milyen mértékben befolyásolja a peptidkötés sorozatát. Az erre vonatkozó rezonanciaelemzések alternatív módszerekkel mutatják be ugyanazt az elektronrendszerstruktúrát, és nem egymást váltó külön molekulákat. A kötési sorozat leírását szolgáló numerikus értékek is az alkalmazott analitikai módszertől függően változhatnak. A legfontosabb struktúrális következmény az, hogy a C–N kötés körülbelül 20%-kal kisebb a hagyományos, szabadon forgó egycsoportos kötéshez képest. [1]

3. Melyik atomok alkotják a peptidkötést?

A tipikus peptidcsatolás során a karbonyil-csoport atomja egy másik karbonyil-csoport atomjával kötődik össze. Az oxigénatom pedig a karbonyil-csoport részét képezi, és nem közvetlen kapcsolatot alkot a két aminosavcsoport között. Az elektronikai és strukturális vizsgálatok ezeket az atomokat egy összetett amidcsatolás részeként vizsgálják, miközben megkülönböztetik a különböző kötéseket. A tipikus peptidcsatolás azonosításakor a struktúrát alkotó képletben hasznos kiindulási pont az, hogy megtaláljuk a karbonyil-csoport közvetlenül szomszédos C–N kötést. [2]

4. Hol található a peptid kötődés a fehérjében?

A peptidkötések minden fehérjelánc héjakában megtalálhatók, és összekötik a szomszédos aminosav-részecskéket. Ezek különböznek a mellékláncok közötti keresztkötésekből és a különálló láncok közötti kölcsönhatásokból. A BPTI kémiai szintézise ezt a megkülönböztetést mutatja meg azáltal, hogy elkülöníti a héjak építését a későbbi diszáriciumos hidrogének képződésétől. A fehérje teljes háromdimenziós szerkezete számos fajta koválenségi és nemkoválenségi kölcsönhatást tartalmazhat, ezért a peptidkötések azonosításához az aminosavszerkezet nyomon követésére van szükség, és nem pedig a molekula modeljén megjelenített összes vonal vagy kapcsolat számítására. [5]

5. Minden amid-vegyület peptidvegyület?

Nem. Az amid kötődés számos különböző szerves vegyületben előfordul, míg a „peptid kötődés” kifejezés az aminosavakból származó kötéseket jelenti a peptidekben és a fehérjékben. A peptidekben bekövetkező tipikus amid kötődés az amid rendszer egyik típusa. Az aminosav mellékláncait használó amid kötődés tehát nem tartozik automatikusan a hagyományos szálkötő rendszerbe. A peptid geometriájára vonatkozó kutatások az aminosavok meghatározott amidcsoportjára összpontosítanak, nem pedig minden lehetséges amidot úgy tekintenek, mint amilyenek kémiai és szerkezeti szempontból azonosak. A megfelelő név a résztvevő csoportok és azok helyzetük a molekula szerkezetében alapján függ. [2]

6. Hány peptidkötelet tartalmaz egy tripeptid?

A tipikus, nyitott, nem szétválasztott tripeptid tartalmaz két peptidkötélet, Mivel a három maradék molekula két kötést igényel ahhoz, hogy egy folyamatos, nyitott láncot hozzon létre. Ez az általános n − 1-es függésből következik a tipikus nyitott lánc esetében, amely n maradékot tartalmaz. Ez az az eljárás, amely a molekula felépítéséből ered, és nem egy kísérleti eredmény vagy információ a biológiai funkciójáról. A válasz más lesz, ha a további szál-összekötések a molekula körébe zárják a láncot. A mellékvonalakhoz kapcsolódó kötéseket és más kölcsönhatásos kötéseket azonban külön kell számolni. Ennek megfelelően a teljes szabály alkalmazása előtt meg kell határozni a vizsgált molekula felépítését.

7. A ciklikus peptideknek van-e további peptid kötőhelyük?

A head-to-tail típusú ciklikus peptid egyetlen szálhoz képest egyetlen szálral több szálcsoportot tartalmaz, mivel a további amidcsoportok összekötik a két végpontot és zárják le a gyűrűt. Másik ciklikus peptidek azonban képesek ciklikus szálak részvételével gyűrűt alkotni, ezért ez az elv nem vonatkozik automatikusan minden olyan molekula esetére, amelyet ciklikusnak nevezünk. Kalatát B1 vizsgálatai egy konkrét esetet igazoltak egy ciklikus szálban, amely diszázs tartókat is tartalmazott. A gyűrű kialakítását és a belső láncok közötti kapcsolatokat tehát külön kell megjelölni a kötődések számításakor és a molekuláris architektúra bemutatásakor. [6]

8. Az peptidkötések mindig tökéletesen sík-e?

Nem. A peptidcsoportok körülbelül sík alakúak, de mérhető eltérések lehetnek az ideális geometriától. A kvantumelemző és mechanikai számításokat peptid- és fehérjekutatási adatokkal összekapcsoló vizsgálat alátámasztotta a szálstruktúra helyi elrendezésével kapcsolatos kis deformációkat. Ezek az megfigyelések kiegészítik a gyakorlati útmutató egyszerűsített modelljét, de nem teszik azt használhatatlanná. A síkosság továbbra is fontos struktúrális preferenciát jelent az amidcsoport elektronikus felépítéséből eredően, azonban a pontos strukturális elemzésnek figyelembe kell vennie a konkrét molekula jellegzetes helyi különbségeit. [2]

9. Lehet-e a fehérje hajlani, ha a peptidkötések körülményeinek megváltoztatása korlátozott?

Igen. A fehérje szerkezete más kötődésű molekulákat is tartalmaz, amelyek körül a torziós szögek változhatnak. A C–N kötés körül zajló, korlátozott forgás nem rögzíti a teljes láncot. A strukturális analízis megkülönbözteti a szomszédos szőrtömeg-kötések köré kialakuló forgási szögeket a peptidkötéttel kapcsolatosan. A sztereotermikus korlátozások, a helyi kémiai hatások és a szomszédos maradékok típusa tovább befolyásolja azt, hogy mely szerkezetek energetikailag és fizikaian elérhetőek. A fehérjék tehát nem csak merev rudak vagy teljesen szabadon forgó elemekből álló láncok. Strukturájuk a szőrtömeg korlátozott és viszonylag rugalmas fokozataiból származik. [2]

10. Mi az a cis és trans peptidkötések?

A cis és a trans kifejezések a peptidkötélen található csoportok különböző térbeli elrendezését írják le. A tipikus fehérjealakzatokban a trans konfiguráció dominál. A prolinnal kapcsolatos peptidkötésekre különös figyelmet kell fordítani, mivel a cis konfiguráció ebben az esetben gyakoribb, mint sok más maradék kombináció esetén. A termikusan fejlett kollagén vizsgálatok során mindkét konfigurációt észlelték. Ezek az eredmények azonban egy adott termékre vonatkoznak bizonyos kísérleti körülmények között, és nem szabad őket általános százalékos értékeként alkalmazni minden peptid és fehérje esetében. A cis és a trans kifejezések a peptidkötélet geometriáját írják le, és nem a különböző kémiai kötődés típusait. [9]

11. Az peptidkötvetés során mindig közvetlenül felszabadul-e víz?

Nem. A vízoldékonyanyag-elválasztást bemutató ismert egyenlet a szabad funkcionális csoportok közötti kondenzáció összegét írja le, de nem mutatja be minden valós peptidszálképző mechanizmust. A riboszómás szintézis az aktívált, a tRNA-val összekapcsolt szubsztrátokat használja, és a kísérleti vizsgálatok arra mutatnak rá, hogy a szubsztrátok kémiai összetétele is közreműködik a katalízisben. A reakció közvetlen folyamata tehát összetettebb, mint a két szabadon oldott aminosavból eredő víz közvetlen eltávolítása. A hasznos oktatási egyenlet és a valós biológiai mechanizmus közötti különbség elkerülése megakadályozza annak, hogy a hasznos egyenletet egy hibás fehérjeképződés leírására használják. [3]

12. Az aminosavak és a víz keverése fehérje képződéséhez vezet-e?

Nem. A szabad aminosav-keverék nem hoz létre automatikusan egy meghatározott fehérje-szekvenciát. A szabályozott peptidképzés megfelelő kémiai körülményeket igényel, és a sejtekben olyan rendszerezett szintetikus gépezetet is igényelnek, amely képes az aminosavak sorrendjének szabályozására és a kötődések kialakulására. A ribozomális szinten végzett peptidképítési kísérletek azt mutatták, hogy a bizonyos katalitikus elem zavara megakadályozhatja a vizsgált peptidterméket. A vizsgálati eredmények egy adott biológiai rendszerre vonatkoznak, de egy szélesebb elvet mutatnak: a molekuláris összetevők önmagukban nem elegendőek. A meghatározott szekvencia kialakulásához szabályozott molekuláris kötődések létesítésére van szükség. [7]

13. Az peptidikai kötés ugyanaz, mint a hidrogén kötés?

Nem. A peptid kötődés egy molekula keretében lévő kovalens összekapcsolódás, míg a hidrid kötés egy megfelelő hidrogén donor és receptor közötti kölcsönhatás. A peptid keretében található kémiai csoportok részt vehetnek hidrid kötésekben anélkül, hogy további peptid kötéseket képeznének. A CLN025-ös dekapeptyddel végzett vizsgálatok a hidrid kötéseket és az egyéb kölcsönhatásokat elemezték, amelyek részt vesznek a struktúrájuk stabilizálásában. Ezek a különbségek megkülönböztetik az alapvető kovalens lánc-szekvenciát meghatározó kötéseket az olyan kölcsönhatásoktól, amelyek már a összekapcsolt láncba való integrálást segítik. [8]

14. Az disziarczikai hidrogel egyféle peptidkötvény?

Nem. A diszária kötésháló egy szén-szén kötés, amely általában a cisztein belső láncait összekötő belső láncok között keletkezik. A peptid kötés pedig egy amid kötés, amely az aminosavakból származó csoportokat egyesíti a peptid keretében. A BPTI-k szintézisének vizsgálata a szőrtömörítés és a diszária kötések kialakulása folyamatát külön folyamatokként kezeli. Mindkét kötési típus jelentős szerepet játszhat a molekula szerkezetében, de más atomokat is összekapcsolnak és más kémiai reakciókban is részt vesznek. A diszária kötések lebontása nem kell hogy megszakítsa a peptid keretet, viszont a peptid kötés lebontása közvetlenül megváltoztatja a láncfolyamat folyamatát. [5]

15. A fehérje denaturálása megzavarja a peptidkötések összetételét?

Ez nem szükséges. A denaturáció azt jelenti, hogy megzavarodik a fehérje tipikus, domború vagy csoportos szerkezete, és definíció szerint nem igényel peptidkötések szétválasztását. Az alkalmazott körülményektől függően a kémiai degradáció egyidejűleg történhet a denaturációval, de mindkét folyamatot nem szabad automatikusan azonosítani. A termikusan fejlett kollagén vizsgálataiban továbbra is különböző peptidekötések konfigurációit elemezték. A fejlett lánc és a hidrolizált lánc tehát különböző molekuláris állapotokat jelent: az első elsősorban a háromdimenziós szerkezetet érinti, a második pedig a kovariencia kapcsolódásainak változását. [9]

16. Az hidrolízis azonnal szabad aminosavak keletkezését okozza-e?

Nem mindig. Az egyetlen belső peptidkötélet hidrolízise egy hosszabb nyitott láncban általában két rövidebb peptidcsoport keletkezését eredményezi. További szétválasztási reakciók szükségesek ahhoz, hogy fokozatosan csökkentsük ezeknek a fragmentumoknak a hosszát, és végül kiszabadítsuk az egyes aminosavakat. Kísérleti vizsgálatok során meghatározták az egyes peptidkötések hidrolíziséből keletkező konkrét fragmentumokat, többek között az interleukin-11 és a bélnyálkahártya aktiváló peptid degradációjának során. Ezek a termékek fajtái attól függenek, hogy melyik helyen történt a kötés lebontása, valamint attól, hogy milyen mértékben zajlott a hidrolízis. Ezért a „hidrolizált” kifejezés nem jelenti automatikusan azt, hogy a peptid vagy a fehérje teljesen szabad aminosavakká alakult át. [11] [12]

17. Minden peptid kötés ugyanilyen sebességgel bomlik le?

Nem. A megfigyelt szétválasztási sebesség a peptid-sekvenciától, a molekuláris szerkezettől, a kötődéshez való hozzáférhetőségtől, a szomszédos kémiai csoportoktól, a oldat összetételétől, a hőmérséklettől, a pH-tól és a katalizátorok (például proteolitikus enzimek) jelenlététől függ. Az interleukin-11 és a bélnyálkahártya aktív peptidjeinek vizsgálata kiválasztó, körülményfüggő degradációt mutatott, azonban nem minden kötődés egyforma módon fejeződött be. Ezek a vizsgálatok nem határozzák meg az egyéb peptidek esetében az egyetemességű tartóssági időt. A tudományosan megalapozott következtetés az, hogy a peptid kötődés stabilitását a konkrét molekula, a környezet és a reakció alapján kell értékelni, és nem kizárólag a kötődés neve alapján. [11] [12]

18. Hogyan különbözik a peptid-kapcsolás az izopeptid-kapcsolattól?

A tipikus peptidkötések a csontszövetben általában egy karboksim csoportot tartalmazó első tömegcsoportot összekapcsolják az első tömegcsoport aminogruppeivel. Az izopeptidkötések szintén amidkötések, de az alkotásukban legalább egy funkcionális csoport vesz részt, amely nem tartozik a tipikus csontszöveti rendszerhez, például az aminosav mellékcsatorna megfelelő csoportja. Mindkét típusú kötés tehát a közös amidmolekuláris kémiai összetételre alapul, de más helyen helyezkednek el a molekulatömeg-architektúrában. A különbség fontos, mivel a tipikus peptidcsont szempontjából elegendő az amidkötések felismerése.

19. Miért fontosak a peptidkötések a fehérjekonstrukcióban?

A peptidkötések megőrzik a rendezett aminokivonási sekvenciát, ugyanakkor geometriai korlátozásokat rónak a molekula szerkezetére. A kettős kötés részleges jellegének köszönhetően korlátozzák a C–N amid kötést és elősegítik a peptidcsoport közel sík geometriáját. A karbonyilációs csoportok és az N–H csoportok a szerkezetben részt vehetnek a magasabb rendű struktúrákhoz fontos hidrogénkötésekben. A peptidkötések tehát nemcsak összekapcsolják az aminosavakat — elektronikai és geometriai tulajdonságaik segítenek meghatározni az egész lánc szerkezeti lehetőségeit. [1] [2]

20. Lehetnek-e az enzimek peptidszálakat bontani?

Igen. A proteázok és a peptidázok képesek katalizálni a peptidkötések hidrolizálását, de nem szükséges minden kötést egyenként lebontani. Az egyes enzimek bizonyos szelekciókat, struktúrákat vagy helyeket ismernek fel a peptidkötésekben. A penicillopepszin strukturális vizsgálatai az aspartázzal aktivált proteáz által a hidrolízis során a szubsztrát és a víz szerkezeti elemeinek megszervezését elemezték, Davidson és Hutton pedig kimutatták, hogy a proinszulinnal kapcsolatos szubsztrátok szelektíven feldolgozódnak. Ezek a példák azt mutatják, hogy a biológiai rendszerek hogyan képesek kontrolláltan lebontani bizonyos peptidkötéseket a feldolcsordozás és a molekula-degradáció során. [4] [10]

A peptidkötések vizsgálatában felmerülő korlátozások

A peptidkötések alapvető kémiai tulajdonságainak vizsgálatától kezdve a valós peptidekről és fehérjékről szóló következtetésekig számos korlátozást kell szem előtt tartani.

Először is, a tankönyvekben szereplő ideálizált peptidcsoport az a tipikus strukturális rendszer modellje. A molekuláris struktúrák valóságos szerkezetei mérhető eltéréseket mutatnak az ideális síkosság és geometriai formákhoz képest. [2]

Másodszor, a peptidkötés stabilitása Ez a kontextus függvénye.. Az emelt hőmérsékleten, nem szokványos pH-értékeken, nagyon alacsony koncentrációban vagy meghatározott katalizátorok jelenlétében végzett kísérletek eredményeit nem szabad automatikusan alkalmazni arra, hogy előre jelezzük egy molekula viselkedését egy teljesen más körülmények között. [11] [12]

Másodszor, a különböző enzimek különböző katolízis mechanizmusokat alkalmaznak. Az aszpartiláz nevű egyetlen proteáz által végzett hidrolízist bemutató bizonyítékok nem jelentenek azt, hogy minden proteáz pontosan ugyanúgy bontja le a peptidkötéseket. [4]

Negyedszer, a peptidkötések különböző mechanizmusok révén keletkezhetnek. A riboszómális transzferencia, a nem riboszómális bioszintézis és a laboratóriumi kémiai szintézis amidkötések képződéséhez vezethet, bár különböző szubsztrátokat és molekuláris gépezetet használnak. [3] [7]

Ötötként, a fehérje szerkezetének változását nem szabad automatikusan a peptidkötések szétesésére vonatkozóan értelmezni. A denaturáció, a konformációs változások, a cis–trans átmenetek, a hidridkötések megzavarodása, a diszázsiumos hidrogénkötések csökkenése és a peptidkötések hidrolízise különböző molekuláris eseményeket ír le.

Ezek a különbségek fontosak, mivel a kifejezés peptid kötődés leír egy konkrét fajta kovalenciás kapcsolatot. Ahhoz, hogy megértsük, hogy mi történik valójában egy peptide vagy fehérje esetében, meg kell határozni, hogy melyik kémiai kötés vagy molekuláris kölcsönhatás változott meg.

Összefoglaló

A peptidkötések kovalenciás amidkötések, amelyek az aminosav-részecskékhez peptidkötegeket alkotnak. Bár gyakran egyszerűen C–N kötődésként tüntetik fel a rendszeres szálstruktúrában –C(=O)–NH–, Az atomok kémiai összetétele összetettebb, mint az egyszerű, szabadon forgó egycsoportos kötés esetében.

Az amidcsoportban lévő elektronok elosztása a C–N kötés részlegesen duplakötés jellegűvé teszi, korlátozva annak rotációját és elősegítve a peptidcsoport közel sík geometriáját. Ugyanakkor a szomszédos keretvegyületek körül történő forgás lehetősége lehetővé teszi a peptidlánc számára, hogy nagyon változatos háromdimenziós struktúrákat hozzon létre. [1] [2]

A peptidkötések megtalálhatók a tipikus peptidek és fehérjék szálcsoportjában, de meg kell különböztetni őket a hidrogénkötések, diszázs-hídok, jonoszerű kölcsönhatások, a hidrofób hatás és a speciális oldalsáv-kötések (például izopeptidkötések) között.

Ezek különböző folyamatok eredményeként keletkezhetnek. A riboszomok peptiddíjfeszítések képzését biztosítják a transzláció során az úgynevezett tRNA-hoz kötött aktivált szubsztrátok révén, a nem riboszomális rendszerek pedig speciális enzimtechnológiát alkalmaznak, míg a laboratóriumi szintű szintézis a szabályozott kémiai kötődésű reakciókon alapul. [3] [7]

Éppolyan fontos a peptidek lebontása is. A hidrolízis lehetővé teszi a peptidlánc rövidebb részlegeinek elkülönítését, a proteázok és peptidázok pedig lehetővé teszik az organizmusok számára, hogy ezt a folyamatot szelektíven végezhessék. A proteinázok, a proinsulinszintézissel kapcsolatos reakciók, az interleukine-11 és a vaszkultiváló bélplazmid peptidek lebontása során végzett vizsgálatok azt mutatják, hogy a lebontás a molekuláris környezet és a kísérleti körülmények függvénye. [4] [10] [11] [12]

A legfontosabb szabály tehát egyszerű:

A peptidkötések az aminosavláncok kölcsönhatásos folyamatát biztosítják, miközben az elektronkönyveik szerkezete, a szabályozott összetétele és a szelektív lebontása összekapcsolja az alapvető kémiai folyamatokat a peptidok és fehérjék biológiai működésével.

Jogi nyilatkozat

A cikk kizárólag oktatási és tudományos-információs jellegű. A peptidkötések kémikáját, molekulaszerkezetét, képződését, hidrolízisét és a közzétett vizsgálatokból származó példákat ismerteti. Nem klinikai tanácsot, gyógykezelési útmutatást, laboratóriumi utasításokat, termékre vonatkozó ajánlásokat vagy bármely peptid vagy fehérje alkalmazására vonatkozó tanácsot tartalmaz. A számítási, struktúrális, biokémiai és állatkísérleti eredményeket és más kísérleteket a vizsgálatok sajátos körülményei és korlátai között kell értelmezni.

Hivatkozások

1. Fedorov, D. G. (2024). A peptidkötvényszál: A rezonancia növeli a kötési sorrendet és bonyolítja a fragmentációt. ChemPhysChem, 25(14), cikk e202400170. https://doi.org/10.1002/cphc.202400170
2. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). A planaritásból eredő peptidlánc torzulások: Új felismerések kvantummechanikai számítások és peptid/fehérje kristálystruktúrák alapján. PLOS ONE, 6(9), cikk e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
3. Weinger, J. S., Parnell, K. M., Dorner, S., Green, R., & Strobel, S. A. (2004). A riboszóma által végzett peptidláncépítés katalízise alapanyaggyártással. Nature Structural & Molecular Biology, 11(11), 1101–1106. https://doi.org/10.1038/nsmb841
4. James, M. N., & Sielecki, A. R. (1985). A peptidkötvénységű hidrolízis sztereochimikus analízise az aspartáztávolító penicillopepsin által katalizált reakcióval. Biokémia, 24(14), 3701–3713. https://doi.org/10.1021/bi00335a045
5. Ferrer, M., Woodward, C., & Barany, G. (1992). Szilárd fázisú szintézise a szarvasmarha pancreas-trípsin-inhibitor (BPTI) és két analógjának. Kémiai megközelítés a diszulfid hidrogének szerepének értékelésére a fehérje összenyomódásában és stabilitásában. International Journal of Peptide and Protein Research, 40(3–4), 194–207. PubMed-rekord
6. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Az uterotonikus polipeptid kalata B1 elsődleges és háromdimenziós szerkezete tisztázása. Biokémia, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
7. Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V., & Marahiel, M. A. (1998). A peptidevegyületképződés a nem-riboszomális peptidek bioszintézisében. A kondenzációs domén katalitikus szerepe. Biological Chemistry Journal, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773
8. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F., & Lovas, S. (2010). A β-hajlakkot alkotó CLN025 miniprotein VCD spektroszkópiai tulajdonságai különböző oldószerekben. Biopolimerek, 93(5), 442–450. https://doi.org/10.1002/bip.21356
9. Sarkar, S. K., Young, P. E., Sullivan, C. E., & Torchia, D. A. (1984). A cis és trans X-Pro peptide kötéletek detektálása fehérjékben 13C NMR-módszerrel: alkalmazás kollagénre. Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai, 81.(15), 4800–4803. https://doi.org/10.1073/pnas.81.15.4800
10. Davidson, H. W., & Hutton, J. C. (1987). Az inzulin-kiválasztó granuláéban lévő karboxipeptidáz H. Tisztítás és bizonyítása a proinszulin feldolgozásban való szerepében. Biokémiai folyóirat, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
11. Kenley, R. A., & Warne, N. W. (1994). Azid-katalizált peptidlánc-hidrolízis a rekombináns humán interleukin 11-ből. Gyógyszerkutatás, 11(1), 72–76. https://doi.org/10.1023/a:1018945727640
12. Mody, R., Tramontano, A., & Paul, S. (1994). A vasoaktív bélpeptid spontán hidrolízise semleges vízoldatban. International Journal of Peptide and Protein Research, 44(5), 441–447. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1994.tb00180.x