Peptīdu saites: definīcija, sastopamība un bioloģiskā nozīme

Peptīdu saite ir kovalenta amīda saite, kas savieno aminoskābju atlikumus peptīdos un olbaltumvielās. Šīs saites veido nepārtrauktu peptīdu ķēžu molekulāro karkasu, saglabājot noteiktu aminoskābju secību, vienlaikus ļaujot visai ķēdei pieņemt dažādas trīsdimensiju struktūras.

Peptīdu saites ir viens no pamatelementiem uzbūvē peptīdu. To ķīmijas izpratne palīdz izskaidrot, kā atsevišķi aminoskābes var veidot lielākas molekulas ar stingri noteiktu secību un struktūru.

Lai gan pamata definīcija ir salīdzinoši vienkārša, peptīdu saites ķīmijai ir vairākas būtiskas iezīmes. Elektroni amīda grupas ietvaros ir izvietoti tā, ka oglekļa un slāpekļa saite daļēji līdzinās dubultsaitei. Tas ierobežo brīvas rotācijas iespēju ap peptīdu saiti, taču nepadara visu peptīdu vai olbaltumvielu par rigidu molekulu. Citas saites karkasā saglabā lielāku rotācijas brīvību, pateicoties kam peptīdu ķēdes var locīties un veidot krokas.

Peptīdu saites var analizēt no vairākām dažādām zinātniskajām perspektīvām. Kimiķi pēta to elektronisko struktūru un ģeometriju. Molekulārbiologi analizē to veidošanās veidu ribosomās un citās bioloģiskajās sistēmās. Strukturbiologi pārbauda, ​​kā šo saišu ģeometrija ietekmē olbaltumvielu arhitektūru. Savukārt bioķīmiķi pēta, kā enzīmi selektīvi sarauj peptīdu saites olbaltumvielu apstrādes un noārdīšanas laikā.

Šie nošķīrumi palīdz saprast, kā olbaltumvielas var vienlaikus saglabāt noteiktu aminoskābju secību, iegūt sarežģītas struktūras, veidoties kontrolētos bioloģiskajos procesos un pēc tam tikt pakļautas apstrādei vai noārdīšanai. Elektroniskās struktūras, peptīdu ģeometrijas, ribosomālās katalīzes, olbaltumvielu sintēzes un enzīmu hidrolīzes pētījumi sniedz papildinošu informāciju par šiem procesiem. [1] [2] [3]

Peptīda saite ir kovalenta saite, kas veidojas starp vienas aminoskābes karboksilgrupu un citas aminoskābes aminogrupu.

Peptīda saites ķīmiskā definīcija

Peptīda saite ir amīda saiti starp grupu, kas cēlusies no vienas aminoskābes karboksilgrupas, un grupu, kas cēlusies no otras aminoskābes aminogrupas. Tipiskā olbaltumvielu karkasā savienojas karbonilgrupas oglekļa atoms un nākamās aminoskābes atlikuma slāpekļa atoms.

Visbiežāk attēlotais fragments ir šādā formā:

–C(=O)–NH–

C=O fragments ir karbonilgrupa, Savukārt C–N saite ir saite, ko mēs parasti domājam, runājot konkrēti par peptīdsaiti. Kopā šie atomai un to tiešā apkārtne veido tā saukto peptīdu grupu vai amīda grupa.

Šī atšķirība ir svarīga, jo peptīdgrupas pilnā strukturālā formula satur vairākas dažādas saites. Oglekļa un skābekļa saite nav savienojums, kas saista kopā divas aminoskābju atlikumus. Šo funkciju pilda amīda oglekļa un slāpekļa saite.

Kad viena aminoskābe tiek savienota ar citu, karbonilgrupas oglekļa atoms, kas saistīts ar vienu atlikumu, ar kovalentu saiti savienojas ar slāpekļa atomu, kas saistīts ar nākamo atlikumu. Šīs shēmas atkārtošanās nodrošina tipiskas peptīdu ķēdes karkasa veidošanos.

Elektronu struktūras pētījumos, cita starpā, tiek analizēta brīvā slāpekļa elektronu pāra mijiedarbība ar blakus esošo karbonila sistēmu, kas ļauj izskaidrot, kāpēc šī saite atšķiras no parastās, brīvi rotējošās oglekļa–slāpekļa vienkāršās saites. [1]

Kāpēc peptīdsaite ir kovalentā saite?

Peptīda saite ir kovalents, jo savienotie atomi dalās ar elektroniem.

Tas nav jonu mijiedarbība starp divām atsevišķām, uzlādētām aminoskābēm, kā arī nav ūdeņraža saite, kas notur kopā dažādas izliektās ķēdes daļas.

Tieši kovalentā saite nodrošina aminoskābju secības ķīmisko nepārtrauktību. Atlikušās daļas paliek vienas un tās pašas ķēdes sastāvdaļas, kamēr ķīmiskā reakcija nemaina to savienojuma veidu.

Šī atšķirība kļūst īpaši nozīmīga, apspriežot proteīnu salocīšanos un iztaisnošanos. Peptīda ķēde var saliekties, mainīt konformāciju, zaudēt daļu no savas struktūras stabilizējošajām mijiedarbībām un pat ievērojami iztaisnoties, nepārraujot peptīda saites, kas uztur tās sākotnējo sekvenci.

Kovalentais tomēr nenozīmē neiznīcināms.

Enzīmi un atbilstoši ķīmiskie apstākļi var izraisīt peptīdsaišu sašķelšanos. Tomēr šāda sašķelšanās ir ķīmiska reakcija, kas maina atomu savienošanās veidu, nevis tikai molekulas formas izmaiņām.

Vienas no aspartilproteīnāžu strukturālās izpētes rezultāti liecina, kā šis ferments spēj atbilstoši organizēt substrātu, kas satur peptīda saiti un ūdens molekulu, tādā veidā, kas ir būtisks hidrolīzes procesam. [4]

Dubultās saites daļējais raksturs un rezonanse

Peptīda C–N saite formulās bieži tiek attēlota kā viena līnija, taču faktiskais elektronu sadalījums ir daudz sarežģītāks.

Slāpekļa atoma brīvais elektronu pāris var iesaistīties blakus esošajā karbonilgrupas elektronu sistēmā. Elektronu delokalizācija izraisa to, ka C–N saite iegūst daļējs dubultās saites raksturs.

Šo parādību bieži izskaidro, izmantojot rezonanses struktūras.

Rezonansstruktūras ir alternatīvi veidi, kā attēlot elektronu sadalījumu vienā un tajā pašā molekulā. Tās nedrīkst interpretēt kā atsevišķas molekulas formas, kas ātri pārveidojas viena par otru.

Līdzīgi, dubultsaiknes daļējais raksturs nenozīmē, ka peptīdsaite noteiktu laika procentuālo daļu ir parasta vienkāršā saite un atlikušo laiku – parasta dubultsaite.

Faktiskā elektronu struktūra izriet no elektronu delokalizācijas visas amīdu grupas robežās.

Skaitļošanas pētījumā Fedorovs analizēja rezonanses lomu peptīda saites kārtas noteikšanā. Konkrētie skaitliskie rādītāji ir atkarīgi no izmantotās elektronu struktūras analīzes metodes. Tomēr vispārīgai izpratnei vissvarīgākais ir secinājums, ka mijiedarbība starp slāpekļa elektronu sistēmu un karbonilgrupu ir atbildīga par daļu no C–N saites neparastajām īpašībām. [1]

Kāpēc rotācija ap peptīdsaiti ir ierobežota?

Dubultās saites daļējais raksturs rada svarīgu strukturālu sekas: rotācija ap amīda saiti C–N ir ierobežotāka nekā rotācija ap tipisku vienkāršo oglekļa–slāpekļa saiti.

Tas tomēr nenozīmē, ka olbaltumvielas nevar saliekties vai izveidot krokas.

Peptīda skelets satur arī citas saites, ap kurām ir iespējama rotācija. Tādējādi proteīna ķēde sastāv no atkārtojošām, salīdzinoši stingrām peptīdu grupām, kas savienotas ar citām skeleta saitēm, kurām piemīt lielāka konformācijas elastība.

Šo ierobežojumu un rotācijas iespēju apvienojums veicina milzīgo trīsdimensiju struktūru daudzveidību, ko var pieņemt peptīdi un olbaltumvielas.

Aptuvena līdzenība nenozīmē ideāli līdzenu struktūru

Elektronu delokalizācija veicina peptīda grupas plakanās ģeometrijas tuvinājumā un ierobežo rotāciju ap amīda C–N saiti.

Tomēr faktiskās molekulārās struktūras var nedaudz atšķirties no ideālās matemātiskās plaknes.

Improta un līdzstrādnieki apvienoja kvantmehāniskos aprēķinus ar peptīdu un olbaltumvielu kristālisko struktūru analīzi. Rezultāti uzrādīja nelielas, sistemātiskas novirzes, kas ir atkarīgas no skeleta lokālās ģeometrijas. [2]

Tāpēc ir pareizi apgalvot, ka peptīdu grupas ir aptuveni plakans, Tomēr apgalvojums, ka katra peptīdsaite katrā peptīdā vai olbaltumvielā ir ideāli plakana, būtu pārāk liels vienkāršojums.

Šis ir labs piemērs atšķirībai starp noderīgu izglītojošu modeli un detalizētāku reālo molekulāro struktūru uzvedību.

Kur veidojas peptīdsaites?

Peptīdu un olbaltumvielu karkasā

Peptīdu saites pastāv starp blakus esošajām aminoskābju atlikumiem tipiskās peptīdu un olbaltumvielu ķēdēs.

Kopā ar apkārtējiem atomiem tie veido atkārtojošos molekulas karkass. Aminoskābju sānķēdes izvirzās ārpus šīs mugurkaula struktūras un piešķir atsevišķajām atlikumu grupām papildu ķīmiskās īpašības.

Olbaltumviela var sastāviet no vienas peptīdu ķēdes vai no vairākām ķēdēm, kas savienotas lielākā molekulārā kompleksā. Katrai no tām ir savi mugurkaula savienojumi.

Dažādas ķēdes var savienoties, izmantojot nekovalentas mijiedarbības vai papildu kovalentas saites. Šādus savienojumus nevajadzētu automātiski pielīdzināt peptīdsaitēm.

Liellopu aizkuņģa dziedzera tripsīna inhibitora jeb BPTI ķīmiskā sintēze labi parāda atšķirību starp peptīdu mugurkaula veidošanos un papildu disulfīda tiltiņu rašanos. Pētnieki vispirms ieguva lineāru materiālu un pēc tam veica tā oksidēšanu un raksturošanu. Pētījums tādējādi nošķir ķēdes uzbūvi no vēlākās strukturālās organizācijas. [5]

Peptīdu saites nosaka primārās sekvences nepārtrauktību

aminoskābju secība primārā struktūra.

Peptīdu saites nodrošina pamata kovalento nepārtrauktību, kas uztur šo secību.

Piemēram, secība:

Ala–Gly–Ser

satur tos pašus trīs aminoskābju veidus kā:

Ser–Gly–Ala

Tomēr tās nav tās pašas peptīdu secības.

Atsevišķo atlikumu novietojums attiecībā pret peptīdsaitēm ir atšķirīgs.

Tāpēc pati aminoskābju klātbūtnes liste paraugā nav pietiekama peptīda identificēšanai. Ir nepieciešams zināt arī to secību un savienošanās veidu.

Lineārajos un cikliskajos peptīdos

Tipiskai atvērtai peptīdu ķēdei ir divi gali, ko dēvē par N-beigas i C-beigas.

N-gals atbilst vienam peptīda mugurkaula galam, bet C-gals — otram. Peptīdu secības pēc noklusējuma pieraksta virzienā no N-gala uz C-galu.

Galvas un astes tipa cikliskais peptīds, proti, slēgts, savienojot ķēdes galus, satur papildu pamatsaistījumu, kas veido gredzenu.

Tomēr ne visi cikliskie peptīdi aizveras vienādi. Gredzens var veidoties arī, piedaloties sānķēdei, un dažas molekulas satur vairāk nekā viena veida šķērssaiti.

Apzīmējums ciklisks tātad apraksta molekulas uzbūves īpašību, nevis vienu universālu tās savienošanās veidu.

Kalata B1 ir konkrēts peptīda piemērs, kura cikliskais karkass tika apstiprināts, cita starpā, izmantojot fermentatīvās šķelšanas pētījumus, secības analīzi un molekulāro struktūru. Molekula satur arī disulfīda tiltiņus. Šīs papildu sēra-sēra saites ķīmiski atšķiras no amīda saitēm, kas savieno atlikumus peptīda karkasā. [6]

Peptīdsaites un izopeptīdsaites

Tipiskā olbaltumvielas karkasā peptīdsaites savieno galvenās amīngrupas un grupas, kas atvasinātas no karboksilgrupām.

Amīda saite, kuras veidošanā piedalās aminoskābes sānķēdes funkcionālā grupa, bieži tiek dēvēts par izopeptīds saite.

Tāpēc vissvarīgākais noteikums ir noskaidrot, kuras atomi patiesībā ir savienoti cits ar citu.

Pati amīdsaites klātbūtne automātiski nenozīmē, ka tā atrodas tipiskā peptīda karkasā. Tajā pašā laikā ne katra šķērss saite peptīdā vai olbaltumvielā ir amīdsaite — disulfīda tiltiņiem un citām kovalenta modifikācijām ir atšķirīga ķīmija.

Iesācējiem visnoderīgākais sākumpunkts ir parastās peptīdsaites, kas atrodas mugurkaulā. Specializētākus savienojumus pēc tam var uzskatīt par molekulārās organizācijas variantiem.

Cik peptīdo saišu atrodas ķēdē?

Vienkārša, atvērta, nezariota ķēde, kas satur n aminoskābju atlikumiem ir n − 1 peptīdsaite to pamatskatienā.

Tas nozīmē, ka:

• dipeptīdam ir 2 atlikumi un 1 peptīdsaite;
• tripeptīdam ir 3 atlikumi un 2 peptīdsaites;
• tetrapeptīdam ir 4 atlikumi un 3 peptīdsaites;
• Pentapeptīdam ir 5 atlikumi un 4 peptīdsaites;
• Atvērtai ķēdei, kas satur 10 atlikumus, ir 9 peptīdsaites.

Šī saistība izriet tieši dinamiski no molekulas savienošanas veida: katrs nākamais atlikums pagarina esošo ķēdi par vienu papildu mugurkaula saiti.

Atbilstošais viņam cikliska galva-aste tipa ķēde satur n peptīdu saites karkasā, jo papildu saite noslēdz gredzenu.

Tomēr šie pieņēmumi ir būtiski. Atzarojumi, netipiski sānu ķēžu savienojumi, vairāku ķēžu klātbūtne, izopeptīdsaites vai citi elementi, kas nav amīdu karkasa elementi, prasa detalizētāku analīzi.

Pati atlikumu skaits ne vienmēr ir pietiekams, lai noteiktu visas kovalētās saites, kas pastāv saliktā peptīdā vai olbaltumvielā.

Kā peptīdsaites savieno aminoskābes?

No brīvajām aminoskābēm līdz aminoskābju atlikumiem

Brīva aminoskābe un tai atbilstošais atlikums, kas atrodas peptīdā, ir savstarpēji saistīti, bet tie precīzi neapraksta to pašu ķīmisko stāvokli.

Kad aminoskābe tiek iekļauta peptīdā, tās funkcionālās grupas piedalās saitēs, kas veido ķēdi.

Piemēram, glicīna un alanīna savienojums noteiktā secībā rada glicilalanīni. Secības maiņa rada alanilglicīns.

Aminoskābju veidi ir vienādi, bet to novietojums un ķīmiskā vide atšķiras.

Tas parāda, kāpēc peptīda secība satur vairāk informācijas nekā vienkāršs tā sastāvdaļu saraksts.

Saišu veidošanos var pētīt tieši. Stahelhauss (Stachelhaus) un līdzstrādnieki analizēja neribosomālās peptīdu sintēzes sistēmas elementus un parādīja, ka atlikuma maiņa, kas atrodas ierosinātajā katalītiskajā vietā, padarīja neiespējamu pētīto kondensācijas reakciju. Eksperiments tātad saista noteikta peptīda produkta veidošanos ar konkrētas molekulārās aparatūras darbību. [7]

Kondensācijas vienādojums ir reakcijas bilances modelis

Pamatskolas ķīmijā peptīda veidošanos bieži attēlo ar vienādojumu:

aminoskābe + aminoskābe → dipeptīds + ūdens

Vienādojums parāda sastāva atšķirību starp brīvajām izejvielu molekulām un savienoto produktu.

Tas ir noderīgi, lai izprastu ķīmisko saistību starp izejvielām un produktu.

Tomēr to nevajadzētu interpretēt kā pilnīgu olbaltumvielu sintēzes mehānismu dzīvā šūnā.

Brīvās aminoskābes ūdenī vienkārši nostājas blakus, spontāni neatbrīvo ūdens molekūlas un pašas no sevis neveido noteiktu olbaltumvielas sekvenci.

Bioloģiskajai sintēzei ir nepieciešami aktivēti substrāti, sakārtota molekulārā aparatūra, secību nosakoša informācija un enerģiju prasoši sagatavošanās procesi.

Tāpēc ir svarīgi nošķirt kopējā ķīmiskajā vienādojumā a reakcijas mehānismam.

Vienādojums apraksta sākotnējo un galīgo sastāvu. Mehānisms izskaidro faktiskos molekulāros posmus un starpproduktus, kas ved uz reakciju.

Eksperimenti ar ribosomām pēta tieši šādas mehāniskas detaļas, nevis vienkārši atveido zināmo kondensācijas vienādojumu. [3]

Kā ribosoma veido peptīdsaites?

Transkripcijas laikā transporta RNS, jeb tRNK, pārnes aminoskābes un augošo peptīda ķēdi ribosomas ietvaros.

Jaunpiegādātā aminoskābes aminogrupa reaģē ar tRNA saistīto esošās ķēdes aktivēto galu, kā rezultātā augošais peptīds tiek pārnests uz aminoskābes atlikumu, kas saistīts ar jauno tRNA.

Peptīdu ķēde parasti tiek pagarināta no C gala.

Aminoskābju aktivācija un to piesaistīšana pie tRNA ir enerģijas atkarīgi procesi. Tāpēc jebkura ribosomālā peptīdsaites apraksts, kas norāda, ka tā veidojas tieši starp divām brīvām aminoskābēm vai ka tā ir vienkārša „ūdens atdalīšana”, ko veic ribosoma, būtu pārāk liels vienkāršojums.

Veingers un viņa līdzstrādnieki modificēja ķīmisko grupu tRNA substrātā un novēroja ievērojamu peptīdu saišu veidošanās samazināšanos bez tam atbilstošas substrāta saistīšanās samazināšanās. Šis rezultāts sniedza pierādījumus tam substrāta veicināta katalīze, kurās pašu substrātu ḳīmiskās īpašības piedalās reakcijas norisē. [3]

Eksperiments tātad norāda uz tRNS ķīmijas mehanistisko lomu, nevis tikai uz tās kā pasīva nesēja funkciju.

Peptīdissaišu veidošanai ir noteikts virziens

Olbaltumvielu sintēze ir virziena process.

Tā kā augošā ķēde tiek pagarināta no C-gala, secība attīstās noteiktā orientācijā.

Tas ir saistīts ar vispārējo konvenciju pierakstīt peptīdu un olbaltumvielu secības no No N-gala līdz C-galam.

Tomēr virziens nav tikai pieraksta konvencija. Secības inversija parasti noved pie citas molekulas izveides, jo katrs atlikums tad ieņem citu pozīciju attiecībā pret pārējiem ķēdes elementiem.

Citi veidi līdzīga veida savienojumu veidošanai

Peptīdu saites var veidoties arī ārpus ribosomas.

Specializētie neribosomālās enzīmu sistēmas sintetizē dažus peptīdus, savukārt laboratoriskajā peptīdu sintēzē izmanto aktivētas sastāvdaļas un kontrolētas sajūgšanas reakcijas.

Šie ceļi atšķiras ar organizāciju, substrātiem, reakcijas apstākļiem un katalītiskajiem mehānismiem.

Tos nevajadzētu uzskatīt par identiskiem procesiem tikai tāpēc, ka gala produkti satur amīdu saites.

Pētījumi par niirbosomālo saišu veidošanu un BPTI ķīmisko sintēzi ir šādu atšķirīgu ražošanas veidu piemēri. [7] [5]

Arī ražošanas metode pati par sevi nenosaka, vai konkrētā molekula ir peptīds vai olbaltumviela. Ķīmiskā sintēze var nodrošināt materiālu, kas atbilst dabīgi sastopamajam peptīdam vai olbaltumvielai, ja ir pareizi noteikta tā secība un citas būtiskas strukturālās pazīmes.

Peptīdu saites un citas saites olbaltumvielās

Skeleta saites un locīšanās atbildīgās mijiedarbības

Peptīdu saites notur kopā aminoskābju secību.

Savukārt citas mijiedarbības palīdzē noteikt veidu, kā šī secība iekārtojas trīsdimensiju telpā vai kā atsevišķas peptīžu ķēdes mijiedarbojas cita ar citu.

Ūdeņraža saites veidojas starp atbilstošiem ūdeņraža donoriem un akceptoriem. Peptīda karkasa robežās karbonilgrupu skābekļa atomi var darboties kā akceptori, un daudzas N–H amīdgrupas var būt donori.

Amīda azots parasti netiek uzskatīts par ūdeņraža saites akceptoru, jo tā brīvais elektronu pāris piedalās amīda grupas elektronu sistēmā.

Īpašu uzmanību prasa arī peptīdu grupas, kas satur prolīnu, jo slāpeklim to pamatskaldnē tad nav tipiskā N–H ūdeņraža.

Tāpēc grupa, kas satur peptīdsaiti, var piedalīties ūdeņraža saišu veidošanā, bet peptīda saite un ūdeņraža saite ir dažāda veida savienojumi.

Viens no tiem kovalenti saista aminoskābju atlikumus. Otrs piedalās mijiedarbībā molekulas iekšienē vai starp molekulām.

Īsā, krokainā peptīda CLN025 pētījumos tika analizēta struktūra, ko cita starpā stabilizē ūdeņraža saites un citas iekšējās mijiedarbības. Tas parāda, ka locīšanās var notikt bez jaunas skeleta secības veidošanās. [8]

Disulfīda saites savieno sānķēdes, kas satur sēru

Disulfīda saites ir kovalenti sēra-sēra savienojumi, kas visbiežāk veidojas starp cisteīna sānķēdēm.

Tās var savienot attālus tās pašas peptīdu ķēdes fragmentus vai dažādas ķēdes.

Tie nav peptīdsaites un nav sastopami visos olbaltumvielās.

Disulfīda saites izveidošanās vai pārtrūkšana var būtiski mainīt olbaltumvielas telpisko organizāciju, nepieciešamību pēc tās peptīdu karkasa pārgriešanas.

Pētījumā par BPTI sintēzi tika sagatavota dabiskā secība un analogi, kas izstrādāti, lai mainītu disulfīda tiltiņu veidošanās iespējas. Materiāls ar dabisko secību tika salīdzināts ar dabisko BPTI, izmantojot analītiskās un funkcionālās metodes. Publikācijas kopsavilkums neapstiprināja visas strukturālās sekas attiecībā uz analogiem, tāpēc ierosinātās atšķirības nebūtu jāpasniedz kā pilnībā noteikti rezultāti. [5]

Jonu un hidrofobās mijiedarbības

Lādētas grupas var piesaistīt vai atgrūst viena otru, ietekmējot molekulas telpisko organizāciju.

Savukārt nepolārie reģioni mijiedarbojas ar ūdens vidi tādā veidā, kas var veicināt to noslēgšanos struktūras iekšienē, asociāciju vai agregāciju. Šī parādība bieži tiek apspriesta kontekstā hidrofobā efekta.

Šīm mijiedarbībām var būt milzīga nozīme olbaltumvielu locīšanā, tomēr hidrofobā mijiedarbība nav jauna kovalenta saite starp aminoskābēm.

Tāpēc nav pareizi visas olbaltumvielas stabilizējošos spēkus dēvēt par peptīdsaitēm.

Atsevišķi mijiedarbības veidi var arī dažādi reaģēt uz temperatūru, šķīdinātāju, skābumu, jonu apstākļiem un citām vides izmaiņām. Noteikšana, kurš saites vai mijiedarbības veids mainās, ļauj precīzāk izprast eksperimenta rezultātu.

Denaturācija nav tas pats, kas hidrolīze

Denaturācija maina tipisko olbaltumvielas strukturālo organizāciju.

Tas var traucēt molekulu locīšanos vai asociāciju, vienlaikus atstājot lielāko daļu vai visas peptīdsaites neskartas.

Hidrolīze savukārt maina ķīmiskās saites, šķeļot vājo saiti reakcijā, kurā piedalās ūdens.

Noteiktos apstākļos abi procesi var norisināties tajā pašā paraugā, taču tie nav sinonīmi.

Līdz ar to olbaltumvielas atlocīšanās automātiski nenozīmē tās pārvēršanos īsākos peptīdos vai brīvās aminoskābēs.

Šī atšķirība ir redzama arī strukturālajos pētījumos. Eksperimentos ar termiski atlocītu kolagēnu tika identificētas dažādas ar prolīnu saistīto peptīdu saišu cis un trans konfigurācijas. Karkasa konfigurācijas maiņa ir cita parādība nekā tā ķīmiskā šķelšana. [9]

Peptīdu saišu veidošanās, īpašības un hidrolīze

Stabilitāte ir atkarīga no analizētās reakcijas veida

Peptīdu saites ir pietiekami izturīgas, lai noturētu bioloģiskās ķēdes, un tajā pašā laikā organismi tās var selektīvi veidot un šķelt.

Šajā nav pretrunas.

Reakcijas ātrums cita starpā ir atkarīgs no aktivācijas barjeras un katalizatoru klātbūtne, savukārt tas, vai konkrētā reakcija ir termodinamiski labvēlīga, ir cits jautājums.

Process var būt ķīmiski iespējams, bet bez atbilstošas katalīzes tas norisināsies ārkārtīgi lēni.

No otras puses, ferments var ievērojami paātrināt konkrētu reakciju, nodrošinot labvēlīgāku reakcijas ceļu.

Enzīms nemaina peptīdsaiti uz pavisam cita veida saiti. Tas maina ceļu, pa kuru norisinās ķīmiskā reakcija.

Tāpat nebūtu pareizi piedēvēt vienu universālu noturības laiku visām ūdenī esošajām peptīdsaitēm, peptīdiem vai olbaltumvielām.

Sekvence, lokālā struktūra, saistīšanās pieejamība, blakus esošās ķīmiskās grupas, temperatūra, pH, šķīduma sastāvs un katalizatoru klātbūtne var ietekmēt novēroto uzvedību.

Ko maina hidrolīze?

Hidrolīze izmanto ūdeni amīdsaites ķīmiskās šķelšanas reakcijā, izraisot jaunu galu veidošanos, kas atvasināti no karboksilgrupām un amīngrupām.

To precīzā jonu forma ir atkarīga no apkārtējā šķīduma apstākļiem.

Vienas saites pārraišana mugurkaulā automātiski nenoved pie brīvu aminoskābju veidošanās.

Ja garākā atvērtajā ķēdē tiek sarauta iekšējā peptīdsaite, tiešie produkti parasti būs divi īsāki peptīdu fragmenti.

Lai pakāpeniski saīsinātu šos fragmentus un galu galā atbrīvotu atsevišķas aminoskābes, ir vajadzīgas turpmākas šķelšanās reakcijas.

Penicilopepsīna strukturālie pētījumi analizēja veidu, kā aspartilproteināze var organizēt ūdeni un substrāta grupas hidrolīzes procesā. Piedāvātais reakcijas modelis tika balstīts uz kristalogrāfiskiem novērojumiem un modelēšanu. Tas sniedz informāciju par vienu enzīma mehānismu, taču nepierāda, ka katra proteāze izmanto identisku katalīzes veidu. [4]

Hidrolīze var būt selektīva

Proteāzes un peptidāzes atšķiras atpazīstamo saišu un molekulārā vides ziņā.

Daži enzīmi šķel saites, kas atrodas ķēdes iekšienē, savukārt citi atdala atlikumus no tās galiem.

Secvence, lokālā struktūra, pieejamība un apkārtējās ķīmiskās grupas var ietekmēt to, vai potenciāli jutīga vieta tiks faktiski sašķelta.

Deividsons un Hatons pētīja fermentu, kas saistīts ar insulīnu izdalošajām granulām. Attīrītais preparāts atdalīja bāziskās atlikumu grupas no proinsulīna substrātiem un izmantotajā testā neizraisīja nobrieduša insulīna turpmāku sadalīšanos. [10]

Tas to parāda selektīvā bioloģiskā apstrāde, nevis nejauša visu peptīdo saišu saraušana.

Selektīvai šķelšanai ir liela bioloģiska nozīme, jo lielākas prekursoru molekulas var tikt pārstrādātas noteiktās vietās, radot konkrētus, nobriedušus produktus nejaušas degradācijas vietā.

Apstākļiem ir nozīme: divi eksperimentāli piemēri

Kenlija un Vorns pētīja rekombinēto cilvēka interlukīnu 11 apzināti radītos stresa apstākļos, kas ietvēra paaugstinātu temperatūru un dažādas pH vērtības.

Skābā vidē tie identificēja šķelšanu noteiktā Asp–Pro vietā. Rezultāti parāda no secības un apstākļiem atkarīgu degradāciju, tomēr tos nevajadzētu pārvērst par universālu likumsakarību, kas raksturo visu olbaltumvielu uzvedību parastos bioloģiskajos apstākļos. [11]

Citā pētījumā tika novērota radioaktīvi iodēta vazoaktīvā zarnu trakta peptīda fragmentācija atšķaidītā šķīdumā ar neitrālu pH. Līdzīgi, īsāki fragmenti neuzrādīja izmērojamu degradāciju tajos pašos eksperimentālajos apstākļos, un piedevas šķīdumam ietekmēja rezultātu. [12]

Abi pētījumi parāda, kāpēc peptīdu saišu stabilitāte ir jāapspriež saistībā ar konkrētas molekulas, sekvences, vides un eksperimentālo apstākļu, tā vietā, lai pieņemtu, ka noteikts pH vai temperatūra izraisīs identisku katra peptīda uzvedību.

Kāpēc peptīdsaites ir bioloģiski svarīgas?

Peptīdu saites saglabā aminoskābju atlikumu secību, kas definē peptīdu vai olbaltumvielas ķēdi.

Tās ģeometrija ierobežo ķēdes iespējamo telpisko izkārtojumu, savukārt karbonilgrupas un slāpekli saturošās grupas, kas atrodas peptīda mugurkaulā, piedalās molekulārajās mijiedarbībās.

Kontrolēta peptīdu saišu veidošana nodrošina peptīdu un olbaltumvielu sintēzi.

Savukārt šo saišu kontrolēta šķelšana piedalās prekursoru apstrādē, sagremošanā, olbaltumvielu apritē, regulējošos ceļos un molekulu galīgajā noārdīšanā.

Tā pati pamata ķīmisko saišu veida struktūra tātad piedalās vairākos bioloģiskās organizācijas līmeņos.

Tā rašanās nosaka secības nepārtrauktību.

Tā elektroniskā struktūra ietekmē karkasa ģeometriju.

Tajā esošās ķīmiskās grupas piedalās molekulārajās mijiedarbībās.

Tā selektīvā šķelšana ļauj bioloģiskajām sistēmām apstrādāt un izvadīt olbaltumvielas un peptīdus.

Šīs funkcijas savieno molekulāro ķīmiju ar bioloģiju. Pierādījumi cita starpā izriet no elektronu struktūras aprēķiniem, strukturālajiem mērījumiem, fermentu pētījumiem, ķīmiskās sintēzes un eksperimentiem, kuros izmantotas pilnīgas bioloģiskās sistēmas. Katra no šīm metodēm parāda mehānisma citu elementu, un to nevajadzētu izmantot, lai izdarītu secinājumus, kas pārsniedz faktiski pētīto procesu. [2] [3] [10]

Biežāk uzdotie jautājumi

1. Vai peptīdu saite ir kovalenta?

Tā. Peptīdiskā saite ir kovalents amīda savienojums starp grupām, kas atvasinātas no aminoskābēm. Oglekļa atoms un slāpekļa atoms dalās ar elektroniem, kas nodrošina peptīdu ķēdes ķīmisko nepārtrauktību. Elektronu struktūras pētījumos tiek analizēts, kā šo elektronu dalīšanos ietekmē blakus esošā karbonilgrupa un kā tā veicina amīda saites raksturīgās īpašības. Tomēr termins „kovalents” nenozīmē, ka saiti nevar pārraut. Atbilstošos ķīmiskos apstākļos vai fermentu klātbūtnē tā var tikt pakļauta hidrolīzei. Pats svarīgākais ir nošķirt, ka peptīdiskā saite ķīmiski savieno atlikumus vienā molekulā, nevis tikai rada pievilkšanos starp atsevišķām molekulām vai tās pašas molekulas fragmentiem. [1]

2. Kāpēc peptīdsaitei ir daļējs dubultsaites raksturs?

Dubultsaites daļējais raksturs izriet no slāpekļa brīvā elektronu pāra mijiedarbības ar karbonilgrupas blakus esošo elektronu sistēmu. Tā rezultātā elektronu blīvums delokalizējas amīdgrupas ietvaros. Aprēķinu pētījumos tika analizēta šīs parādības ietekme uz peptīdu saites kārtu. Rezonanses struktūras, ko izmanto tās skaidrošanai, ir alternatīvi veidi, kā attēlot to pašu elektronu struktūru, nevis atsevišķas molekulas, kas pārvēršas viena otrā. Arī skaitliskās vērtības, kas raksturo saites kārtu, var būt atkarīgas no izmantotās analītiskās metodes. Vissvarīgākā strukturālā sekă ir C–N savienojuma rotācijas ierobežojums salīdzinājumā ar tipisku, brīvi rotējošu vienkāršo saiti. [1]

3. Kuri atomi veido peptīdsaiti?

Tipiskā peptīdu mugurkaulā peptīdsaite savieno vienas atlikuma karbonilgrupas oglekļa atomu ar nākamā atlikuma slāpekļa atomu. Skābekļa atoms paliek par karbonilgrupas daļu un neveido tiešu savienojumu starp abiem aminoskābju atlikumiem. Elektronu un strukturālie pētījumi analizē šos atomus kā saistītās amīdgrupas elementu, vienlaikus izšķirot to atsevišķās saites. Tāpēc, identificējot tipisku peptīdsaiti strukturālajā formulā, noderīgs sākumpunkts ir atrast C–N saiti, kas atrodas tieši blakus karbonilgrupai. [2]

4. Kur proteīnā atrodas peptīdsaite?

Peptīda saites atrodas katras olbaltumvielu ķēdes karkasā un savieno blakus esošās aminoskābju atlikumus. Tās atšķiras no šķērssaitēm starp sānķēdēm un mijiedarbības starp atsevišķām ķēdēm. BPTI ķīmiskā sintēze parāda šo atšķirību, nodalot karkasa uzbūvi no vēlākās disulfīda tiltiņu veidošanās. Pilna olbaltumvielu trīsdimensiju struktūra var ietvert daudzu veidu kovalento un nekovalento mijiedarbību, tāpēc peptīda saišu identificēšana prasa izsekot aminoskābju karkasam, nevis skaitīt visas molekulas modelī attēlotās līnijas vai savienojumus. [5]

5. Vai katra amīda saite ir peptīds saite?

Nē. Amīda saites ir sastopamas daudzos dažādos organiskajos savienojumos, turpretim termins „peptīda saite” attiecas uz noteiktiem savienojumiem, kas atvasināti no aminoskābēm peptīdos un olbaltumvielās. Tipiska peptīda saite karkasā ir viena veida amīda sistēma. Tāpēc amīda saite, kurā izmantota aminoskābes sānķēde, nav automātiski pieskaitāma pie parastajām karkasa saitēm. Peptīdu ģeometrijas pētījumi koncentrējas uz noteikto karkasa amīda grupu, nevis uzskata visus iespējamos amīdus par ķīmiski un strukturāli identiskiem. Atbilstošais nosaukums ir atkarīgs no iesaistītajām grupām un to atrašanās vietas molekulā. [2]

6. Cik peptīdsaišu ir tripeptīdā?

Tipisks atvērts, nezarots tripeptīds satur divas peptīdsaites, tā kā trīs atlikumi prasa divus savienojumus, lai izveidotu vienu nepārtrauktu atvērtu ķēdi. Tas izriet no vispārējās atkarības n − 1 tipiskai atvērtai ķēdei, kas satur n atlikumus. Šis ir aprēķins, kas izriet no molekulas uzbūves, nevis eksperimentāls rezultāts vai informācija par tās bioloģisko funkciju. Atbilde būs citāda, ja papildu mugurkaula saite noslēgs molekulu gredzenā. Savukārt sānu ķēžu saites un citi kovalenti savienojumi ir jāskaita atsevišķi. Tātad pirms vispārīgā likuma piemērošanas ir jānosaka analizējamās molekulas arhitektūra.

7. Vai cikliskajiem peptīdiem ir papildu peptīdsaite?

Galvas-astes tipa cikliskajam peptīdam ir par vienu skeleta saiti vairāk nekā tam atbilstošajai atvērtajai ķēdei, jo papildu amīds saite savieno abus galus un noslēdz gredzenu. Tomēr citi cikliskie peptīdi var veidot gredzenu, iesaistot sānķēdes, tāpēc šis princips neattiecas automātiski uz katru molekulu, ko dēvē par ciklisku. Kalata B1 pētījumi apstiprināja konkrētu cikliska skeleta gadījumu, kas papildus satur disulfīda tiltiņus. Tādējādi skeleta noslēgšana gredzenā un savienojumu veidošana starp sānķēdēm ir jāapraksta atsevišķi, skaitot saites un attēlojot molekulāro arhitektūru. [6]

8. Vai peptīdsaites vienmēr ir ideāli plakanas?

Nē. Peptīdu grupas ir aptuvenas plakanas, taču ir iespējamas izmērāmas novirzes no ideālās ģeometrijas. Pētījumā, kurā kvantu mehāniskie aprēķini tika apvienoti ar peptīdu un olbaltumvielu struktūras datu analīzi, tika konstatēti nelieli kropļojumi, kas saistīti ar vietējo karkasa izvietojumu. Šie novērojumi papildina vienkāršoto mācību grāmatu modeli, bet padara to par nederīgu. Planaritāte joprojām ir svarīga strukturāla priekšroka, kas izriet no amīda grupas elektroniskās uzbūves, tomēr precīzai strukturālai analīzei vajadzētu ņemt vērā lokālās atšķirības, kas raksturīgas konkrētai molekulai. [2]

9. Vai olbaltumviela var locīties, ja rotācija ap peptīdsaiti ir ierobežota?

Tā. Olbaltumvielas karkasā ir citi saistījumi, ap kuriem var notikt torsijas leņķu izmaiņas. Ierobežotā rotācija ap amīda C–N saiti tāpēc nepadara nekustīgu visu ķēdi. Strukturālajās analīzēs izdala rotācijas leņķus ap blakus esošajām karkasa saitēm un leņķi, kas saistīts ar pašu peptīdsaiti. Steriskie ierobežojumi, vietējā ķīmiskā mijiedarbība un blakus esošo atlikumu veids papildus ietekmē to, kurš no novietojumiem ir enerģētiski un fiziski pieejams. Olbaltumvielas tātad nav ne stīvi stieņi, ne ķēdes, kas sastāv no pilnīgi brīvi rotējošiem elementiem. To struktūra izriet no karkasa ierobežoto un relatīvi elastīgo brīvības pakāpju apvienojuma. [2]

10. Kas ir cis un trans peptīdsaites?

Termini cis un trans apraksta dažādu telpisko grupu izvietojumu abās peptīdsaites pusēs. Tipiskos olbaltumvielu karkasos dominē trans konfigurācija. Īpaša uzmanība jāpievērš ar prolīnu saistītajām peptīdsaitēm, jo cis konfigurācija tajās sastopama biežāk nekā daudzām citām atlikumu kombinācijām. Termiski denaturēta kolagēna NMR pētījumos tika konstatētas abas konfigurācijas. Tomēr šie rezultāti attiecas uz konkrētu olbaltumvielu noteiktos eksperimentālos apstākļos, un tos nevajadzētu pārvērst par universālām procentuālajām vērtībām, kas attiecas uz visiem peptīdiem un olbaltumvielām. Termini cis un trans apraksta peptīdsaites ģeometriju, nevis dažāda veida ķīmiskās saites. [9]

11. Vai, veidojot peptīdsaiti, vienmēr tieši tiek atbrīvots ūdens?

Nē. Zināmais vienādojums, kas attēlo ūdens atbrīvošanu, apraksta kopējo kondensācijas attiecību starp brīvajām funkcionālajām grupām, taču tas neatspoguļo katru reālo peptīdu saišu veidošanās mehānismu. Ribosomālā sintēze izmanto aktivētus substrātus, kas savienoti ar tRNS, un eksperimentālie pētījumi norāda uz substrāta ķīmijas iesaistīšanos katalizē. Tāpēc reakcijas tiešā gaita ir sarežģītāka nekā vienkārša ūdens atdalīšana no divām brīvi izšķīdušām aminoskābēm. Atšķirība starp reakcijas kopējo bilanci un faktisko bioloģisko mehānismu neļauj noderīgam izglītojošam vienādojumam pārvērsties par nepareizu olbaltumvielu sintēzes aprakstu. [3]

12. Vai aminoskābju sajaukšana ar ūdeni izraisa olbaltumvielas veidošanos?

Nē. Brīvo aminoskābju maisījums automātiski neveido noteiktu olbaltumvielu sekvenci. Kontrolēta peptīdu veidošanās prasa atbilstošu ķīmiju un šūnās arī sakārtotu sintēzes mehānismu, kas spēj kontrolēt aminoskābju secību un veidot saites. Eksperimenti ar neribosomālo peptīdu sintēzi ir parādījuši, ka noteikta katalītiskā elementa traucējums var padarīt neiespējamu pētītā peptīda produkta veidošanos. Rezultāti attiecas uz konkrētu biosintētisko sistēmu, bet tie parāda plašāku principu: pati molekulāro celtniecības bloku klātbūtne nav pietiekama. Definētas secības izveide prasa kontrolētu molekulāro savienojumu veidošanos. [7]

13. Vai peptīdsaite ir tas pats, kas ūdeņraža saite?

Nē. Peptīdsaite ir kovalents savienojums molekulas karkasā, turpretī ūdeņraža saite ir mijiedarbība starp attiecīgu ūdeņraža donoru un akceptoru. Peptīdu karkasā esošās ķīmiskās grupas var piedalīties ūdeņraža saišu veidošanā, neveidojot papildu peptīdsaites. Salocītā dekapeptīda CLN025 pētījumos tika analizētas ūdeņražu saites un citas mijiedarbības, kas piedalās tā struktūras stabilizācijā. Šī atšķirība nošķir saites, kas nosaka ķēdes pamata kovalento secību, no mijiedarbībām, kas palīdz jau savienotajai ķēdei organizēties trīsdimensiju telpā. [8]

14. Vai disulfīda tiltiņš ir peptīdsaites veids?

Nē. Disulfīda tiltiņš ir kovalents sēra-sēra savienojums, kas parasti veidojas starp cisteīna sānu ķēdēm. Savukārt peptīdsaite ir amīda saite, kas savieno grupas, kuras atrodas peptīda karkasā no aminoskābēm. BPTI sintēzes pētījumos karkasa uzbūve un disulfīda tiltiņu veidošanās tika uzskatīta par atsevišķiem procesiem. Abu veidu saitēm var būt būtiska nozīme molekulas struktūrā, taču tās savieno dažādus atomus un piedalās dažādās ķīmiskajās reakcijās. Tāpēc disulfīda tiltiņa saraušana neobligāti pārgriež peptīda karkasu, turpretī peptīdsaites šķelšana tieši izmaina ķēdes secības nepārtrauktību. [5]

15. Vai olbaltumvielu denaturācija izraisa peptīdsaišu pārraušanu?

Tas nav nepieciešams. Denaturācija nozīmē olbaltumvielas tipiskās salocītās vai kompleksās struktūras izjaukšanu un pēc definīcijas neprasa peptīdsaišu saraušanu. Atkarībā no izmantotajiem apstākļiem Ķīmiskā degradācija var norisināties vienlaikus ar denaturāciju, taču abus procesus nevajag automātiski pielīdzināt. Pētījumos par termiski iztaisnotu kolagēnu joprojām tika analizētas tā peptīdsaišu dažādās konfigurācijas. Iztaisnota ķēde un hidrolizēta ķēde tātad ir dažādi molekulārie stāvokļi: pirmā attiecas galvenokārt uz trīsdimensiju organizāciju, savukārt otrā – uz kovalento savienojumu izmaiņām. [9]

16. Vai hidrolīze nekavējoties izraisa brīvo aminoskābju veidošanos?

Ne vienmēr. Vienas iekšējās peptīdsaites hidrolīze garākā atvērtā ķēdē parasti izraisa divu īsāku peptīdu fragmentu veidošanos. Turpmākas šķelšanas reakcijas ir nepieciešamas, lai pakāpeniski samazinātu šo fragmentu garumu un galu galā atbrīvotu atsevišķas aminoskābes. Eksperimentos ir identificēti konkrēti fragmenti, kas rodas pēc peptīdsaites šķelšanas, tostarp interleikīna 11 un vazoaktīvā zarnu peptīda noārdīšanās pētījumos. Produktu veids ir atkarīgs no vietām, kuras ir sašķeltas, un hidrolīzes norises pakāpes. Tādējādi termins „hidrolizēts” automātiski nenozīmē, ka peptīds vai olbaltumviela ir pilnībā pārveidota par brīvām aminoskābēm. [11] [12]

17. Vai visas peptīdsaites sašķīst ar vienādu ātrumu?

Nē. Novērotais šķelšanās ātrums ir atkarīgs no peptīda secības, vietējās molekulārās struktūras, saites pieejamības, blakus esošajām ķīmiskajām grupām, šķīduma sastāva, temperatūras, pH un tādu katalizatoru klātbūtnes kā proteolītiskie enzīmi. Interleikīna 11 un vasoaktīvā zarnu peptīda pētījumi uzrādīja selektīvu, no apstākļiem atkarīgu degradāciju, nevis vienādu visu saišu uzvedību. Šie eksperimenti nenosaka universālu uzglabāšanas laiku citiem peptīdiem. Zinātniski pamatots secinājums ir tāds, ka peptīdu saites stabilitāte ir jāvērtē attiecībā pret konkrētu molekulu, vidi un reakciju, nevis jāparedz, pamatojoties tikai uz saites nosaukumu. [11] [12]

18. Ar ko peptīdsaites atšķiras no izopeptīdsaitēm?

Tipiska peptīdsaite olbaltumvielas pamatskēletā parasti savieno vienas aminoskābes atlikuma karboksilgrupai atbilstošo pamatskābes grupu ar nākamā atlikuma galveno aminogrupu. Izopeptīdsaite arī ir amīda saite, taču tās veidošanā piedalās vismaz viena funkcionālā grupa, kas atrodas ārpus tipiskās pamatskēsts sistēmas, piemēram, atbilstoša grupa aminoskābes sānķēdē. Abi savienojumu veidi tādējādi balstās uz radniecīgu amīdu ķīmiju, bet molekulārajā arhitektūrā ieņem dažādas vietas. Šī atšķirība ir svarīga, jo pat amīdsaites konstatēšana vien nav pietiekama, lai secinātu, ka tā pieder pie parastā peptīdu pamatskēsts.

19. Kāpēc peptīdsaites ir svarīgas olbaltumvielu struktūrai?

Peptīdu saites uztur sakārtotu aminoskābju atlikumu kovalento secību, vienlaikus uzliekot ģeometriskus ierobežojumus molekulas karkasam. To daļējais dubultsaites raksturs ierobežo rotāciju ap amīda C–N savienojumu un veicina peptīdu grupas aptuveni plakanu ģeometriju. Tajā pašā laikā karkasā esošās karbonilgrupas un N–H grupas var piedalīties ūdeņraža saišu veidos, kas ir svarīgi augstāka ormaņa struktūrām. Tādējādi peptīdu saites ne tikai savieno aminoskābes — to elektroniskās un ģeometriskās īpašības palīdz noteikt visa ķēdes strukturālās iespējas. [1] [2]

20. Vai enzīmi var pārraut peptīdsaites?

Tātad. Proteāzes un peptidāzes var katalizēt peptīdsaišu hidrolīzi, taču tām nav obligāti jāsagriež visas saites bez izšķirības. Atsevišķi enzīmi atpazīst noteiktas secības, strukturālas vides vai pozīcijas peptīdu ķēdēs. Penicilopepsīna strukturālajos pētījumos tika analizēts, kā aspartilproteināze hidrolīzes laikā organizē substrātu un ūdeni, savukārt Deividsons (Davidson) un Hatons (Hutton) parādīja ar proinsulīnu saistītu substrātu selektīvu apstrādi. Šie piemēri parāda, kā bioloģiskās sistēmas var kontrolētā veidā šķelt noteiktas peptīdsaites molekulu apstrādes un degradācijas laikā. [4] [10]

Ierobežojumi peptīdu saišu pētījumu interpretācijā

Pārejot no pamata peptīdu saišu ķīmijas uz secinājumiem par reāliem peptīdiem un olbaltumvielām, ir jāpatur prātā vairāki ierobežojumi.

Pirmkārt, ideālizētā peptīdu grupa, kas parādīta mācību grāmatās, ir tipiskas strukturālās shēmas modelim. Faktiskās molekulārās struktūras var uzrādīt izmērāmas novirzes no ideālās planaritātes un ģeometrijas. [2]

Otrkārt, peptīdsaites stabilitāte atkarībā no konteksta. Eksperimentu rezultātus, kas iegūti paaugstinātā temperatūrā, pie neparasta pH, ļoti mazas koncentrācijas vai noteiktu katalizatoru klātbūtnē, nevajadzētu automātiski izmantot, lai paredzētu molekulas uzvedību pilnīgi citos apstākļos. [11] [12]

Treškārt, dažādi enzīmi izmanto dažādus katalītiskos mehānismus. Pierādījumi, kas raksturo vienas aspartilg proteināzes izraisītu hidrolīzi, nenozīmē, ka visas proteāzes sašķeļ peptīdsaites pilnīgi tādā pašā veidā. [4]

Ceturtkārt, peptīdsaites var veidoties, izmantojot dažādus mehānismus. Ribosomālā translācija, neriebosomālā biosintēze un laboratoriskā ķīmiskā sintēze var novest pie amīdsaišu veidošanās, lai gan tajās tiek izmantoti atšķirīgi substrāti un molekulārais mehānisms. [3] [7]

Piektkārt, olbaltumvielu struktūras izmaiņas nevajadzētu automātiski interpretēt kā peptīdsaišu šķelšanu. Denaturācija, konformācijas izmaiņas, cis-trans pārejas, ūdeņraža saišu traucējumi, disulfīda tiltiņu redukcija un peptīdsaišu hidrolīze apraksta dažādus molekulāros notikumus.

Šie nošķīrumi ir būtiski, jo termins peptīdu saite raksturo konkrētu kovalentinās saites veidu. Lai saprastu, kas patiesībā notiek ar peptīdu vai olbaltumvielu, ir jānosaka, kura ķīmiskā saite vai molekulārā mijiedarbība ir mainījusies.

Kopsavilkums

Peptīdu saites ir kovalenti amīdu savienojumi, kas savieno aminoskābju atlikumus peptīdu un olbaltumvielu ķēdēs. Lai gan tās bieži vien tiek attēlotas vienkārši kā C–N saites skeleta atkārtotajā posmā –C(=O)–NH–, un to ķīmija ir sarežģītāka nekā parastas, brīvi rotējošas vienkāršās saites ķīmija.

Elektronu delokalizācija amīda grupas ietvaros piešķir C–N saitei daļēju dubultsaites raksturu, ierobežojot tās rotāciju un veicinot peptīdu grupas aptuveni plakanu ģeometriju. Vienlaikus iespēja rotēt ap blakus esošajām skeleta saitēm ļauj peptīdu ķēdēm pieņemt ļoti dažādas trīsdimensiju struktūras. [1] [2]

Peptīdu saites ir sastopamas tipisku peptīdu un olbaltumvielu karkasā, taču tās jāatšķir no ūdeņraža saitēm, disulfīda tiltiņiem, jonu mijiedarbības, hidrofobā efekta un specializētiem sānu ķēžu savienojumiem, piemēram, izopeptīdu saitēm.

Tās var rasties dažādu procesu rezultātā. Ribosomas veido peptīdsaites translācijas laikā, izmantojot aktivētus substrātus, kas saistīti ar tRNS, neribosomālās sistēmas izmanto specializētu enzīmu mehānismu, savukārt laboratoriskā sintēze balstās uz kontrolētām ķīmiskās saistīšanas reakcijām. [3] [7]

Tikpat svarīga ir arī to šķelšana. Hidrolīze var sadalīt peptīda ķēdi īsākos fragmentos, savukārt proteāzes un peptidāzes ļauj organismiem šo procesu veikt selektīvi. Proteināžu, proinsulīna apstrādes, intersleikīna 11 un vasoaktīvā zarnu peptīda degradācijas pētījumi rāda, ka šķelšana ir atkarīga no molekulārā konteksta un eksperimentālajiem apstākļiem. [4] [10] [11] [12]

Tāpēc vissvarīgākais noteikums ir vienkāršs:

peptīdu saites nodrošina aminosābju ķēžu kovalentu nepārtrauktību, turpretim to elektroniskā struktūra, kontrolēta veidošanās un selektīva sašķelšanās savieno pamata ķīmiju ar peptīdu un olbaltumvielu bioloģiju.

Atruna

Rakstam ir tikai izglītojošs un zināniski informatīvs raksturs. Tas izskaidro peptīdsaišu ķīmiju, to molekulāro struktūru, veidošanos, hidrolīzi un sniedz piemērus no publicētiem pētījumiem. Tas nav medicīnisks padoms, ārstēšanas norādījums, laboratorijas instrukcija, produktu ieteikums vai padoms par jebkura peptīda vai olbaltumvielas lietošanu. Skaitlisko, strukturālo, biochemisko, ar dzīvniekiem veikto un citu eksperimentu rezultāti ir jāinterpretē atbilstoši attiecīgo pētījumu apstākļiem un ierobežojumiem.

Atsauces

1. Fedorovs, D. G. (2024). Peptīda saite: Rezonanse palielina saites kārtu un sarežģī fragmentāciju. ChemPhysChem, 25(14), e202400170. pants. https://doi.org/10.1002/cphc.202400170
2. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Peptīda saites deformācijas no planaritātes: jaunas atziņas no kvantu mehāniskiem aprēķiniem un peptīdu/olbaltumvielu kristālu struktūrām. PLOS ONE, 6(9), e24533. pants. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
3. Weinger, J. S., Parnell, K. M., Dorner, S., Green, R., & Strobel, S. A. (2004). Substrate-assisted catalysis of peptide bond formation by the ribosome. Nature Structural & Molecular Biology, 11(11), 1101–1106. https://doi.org/10.1038/nsmb841
4. Džeimss, M. N., un Sīlecki, A. R. (1985). Aspartīta proteināzes penicilopepsīna katalizētās peptīdsaites hidrolīzes stereochemiskā analīze. Biokīmija, 24(14), 3701–3713. https://doi.org/10.1021/bi00335a045
5. Ferrers, M., Vudvards, K., un Baranī, G. (1992). Liellopu aizkuņģa dziedzera tripsīna inhibitora (BPTI) un divu analogu cietfāzes sintēze. Ķīmiska pieeja disulfīda tiltiņu nozīmes izvērtēšanai olbaltumvielu locīšanā un stabilitātē. International Journal of Peptide and Protein Research, 40(3–4), 194–207. PubMed ieraksts
6. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Elucidation of the primary and three-dimensional structure of the uterotonic polypeptide kalata B1. Biochemistry, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
7. Stachelhaus, T., Mūcs, H. D., Bergendāls, V., un Marāhiels, M. A. (1998). Peptīda saites veidošanās neribosomālajā peptīdu biosintēzē. Kondensācijas domēna katalītiskā loma. Biological Chemistry žurnāls, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773
8. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F., & Lovas, S. (2010). Beta matu sprādzi veidojošā miniproteīna CLN025 VCD spektroskopiskās īpašības dažādos šķīdinātājos. Biopolimēri, 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). Detection of cis and trans X-Pro peptide bonds in proteins by 13C NMR: application to collagen. Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās zinātņu akadēmijas ziņojumi, 81(15), 4800–4803. https://doi.org/10.1073/pnas.81.15.4800
10. Deividsons, H. V., un Hatons, D. Dž. (1987). Insulīna sekretoro granulu karboksipeptidāze H. Attīrīšana un iesaistīšanās pierādījums proinsulīna apstrādē. Biochemical Journal, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
11. Kenley, R. A., & Warne, N. W. (1994). Rekombinantā cilvēka interleikīna 11 skābes katalizēta peptīdsaites hidrolīze. Farmaceitiskie pētījumi, 11(1), 72–76. https://doi.org/10.1023/a:1018945727640
12. Mody, R., Tramontano, A., & Paul, S. (1994). Vazoaktīvā zarnu trakta peptīda spontāna hidrolīze neitrālā ūdens šķīdumā. International Journal of Peptide and Protein Research, 44(5), 441–447. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1994.tb00180.x