Peptide bindingen: definitie, voorkomens en biologische betekenis

Een peptidebinding is een covalente amidebinding die de aminozuurresiduen in peptiden en eiwitten met elkaar verbindt. Deze bindingen vormen een doorlopend moleculair ruggenmerg van peptideketens, waarbij de specifieke volgorde van de aminozuren behouden blijft en tegelijkertijd de gehele keten in staat wordt gesteld verschillende driedimensionale structuren aan te nemen.

Peptide bindingen zijn een van de fundamentele bouwstenen peptiden. Het begrijpen van hun chemie helpt te verklaren hoe individuele aminozuren grotere moleculen kunnen vormen met een strikt gedefinieerde sequens en structuur.

Hoewel de basisdefinitie relatief eenvoudig is, heeft de chemie van de peptidebinding enkele belangrijke kenmerken. De elektronen binnen de amidegroep zijn zo verdeeld dat de koolstof-stikstofbinding gedeeltelijk op een dubbele binding lijkt. Dit beperkt de mogelijkheid van vrije rotatie rond de peptidebinding, maar zorgt er niet voor dat het hele peptide of eiwit een stijve molecuul wordt. Andere bindingen in de ruggengraat behouden een grotere rotatievrijheid, waardoor peptideketens kunnen buigen en zich opvouwen.

Peptide bindingen kunnen vanuit verschillende wetenschappelijke perspectieven worden geanalyseerd. Chemici bestuderen hun elektronische structuur en geometrie. Moleculair biologen analyseren de manier waarop ze worden gevormd door ribosomen en andere biologische systemen. Structurele biologen onderzoeken hoe de geometrie van deze bindingen de eiwitarchitectuur beïnvloedt. Biochemici daarentegen bestuderen hoe enzymen selectief peptide bindingen verbreken tijdens de verwerking en afbraak van eiwitten.

Deze onderscheidingen helpen te begrijpen hoe eiwitten tegelijkertijd een specifieke aminozuursequentie kunnen behouden, complexe structuren kunnen aannemen, kunnen worden gevormd in gecontroleerde biologische processen en vervolgens kunnen worden verwerkt of afgebroken. Studies naar de elektronische structuur, peptidegeometrie, ribosomale katalyse, eiwitsynthese en enzymatische hydrolyse leveren complementaire informatie op over deze processen. [1] [2] [3]

Wat is een peptidebinding?

Chemische definitie van een peptidebinding

Een peptidebinding is amidebinding tussen de groep afkomstig van de carboxylgroep van het ene aminozuur en de groep afkomstig van de aminogroep van het andere aminozuur. In een typisch eiwitruggengraat worden het koolstofatoom van de carbonylgroep en het stikstofatoom van de volgende aminozuurresidu met elkaar verbonden.

Het meest afgebeelde fragment heeft de vorm van:

–C(=O)–NH–

Het C=O fragment is carbonylgroep, terwijl de C–N-binding de binding is die we gewoonlijk bedoelen wanneer we het specifiek over een peptidebinding hebben. Samen vormen deze atomen en hun directe omgeving de zogenaamde peptidebinding of amidegroep.

Dit onderscheid is belangrijk omdat de volledige structuurformule van de peptidebinding verschillende bindingen bevat. De koolstof-zuurstofbinding is geen verbinding die twee aminozuurresiduen met elkaar verbindt. Deze functie wordt vervuld door de amide koolstof-stikstofbinding.

Wanneer het ene aminozuur wordt gekoppeld aan het andere, wordt het koolstofatoom van de carbonylgroep dat is gebonden aan het ene residu, covalenterwijs verbonden met het stikstofatoom dat is gebonden aan het volgende residu. Herhaling van dit patroon leidt tot de vorming van het ruggenmerg van een typische peptideketen.

Onderzoek naar de elektronstructuur analyseert onder andere de interactie van het vrije elektronpaar van stikstof met het aangrenzende carbonylsysteem, wat helpt verklaren waarom deze binding verschilt van een gewone, vrij roteerbare koolstof-stikstof enkelvoudige binding. [1]

Waarom is een peptidebinding een covalente binding?

Een peptidebinding is covalente, omdat de verbonden atomen elektronen delen.

Het is geen ionische interactie tussen twee afzonderlijke, geladen aminozuren en evenmin een waterstofbrug die verschillende delen van de gevouwen keten bij elkaar houdt.

Het is juist deze covalente verbinding die zorgt voor de chemische continuïteit van de aminozuursequentie. De residuen blijven deel uitmaken van dezelfde keten totdat een chemische reactie de manier van verbinden verandert.

Dit onderscheid wordt met name relevant bij het bespreken van het vouwen en ontvouwen van eiwitten. Een peptideketen kan buigen, van conformatie veranderen, een deel van de interacties die de structuur stabiliseren verliezen, en zelfs aanzienlijk ontvouwen zonder dat de peptidebindingen die de primaire sequentie in stand houden, verbroken hoeven te worden.

Covalente bindingen betekenen echter niet onverwoestbaar.

Enzymen en de juiste chemische omstandigheden kunnen de splitsing van peptidebindingen veroorzaken. Een dergelijke splitsing is echter een chemische reactie die de manier waarop atomen zijn verbonden verandert, en niet alleen door een verandering van de molecuulvorm.

Structureel onderzoek van een van de aspartylproteïnasen laat zien hoe het enzym een substraat dat een peptidebinding bevat en een watermolecuul op de juiste manier kan organiseren op een manier die essentieel is voor hydrolyse. [4]

Het gedeeltelijke karakter van de dubbele binding en resonantie

Het C-N-peptidebinding wordt in formules vaak weergegeven als een enkele lijn, maar de werkelijke elektronendistributie is complexer.

Het vrije elektronenpaar van het stikstofatoom kan deelnemen aan het aangrenzende elektronensysteem van de carbonylgroep. Door de delokalisatie van elektronen krijgt de C–N-binding gedeeltelijk karakter van de dubbele binding.

Dit fenomeen wordt vaak verklaard met behulp van resonantiestructuren.

Resonantiestructuren zijn alternatieve manieren om de elektronendistributie in hetzelfde molecuul weer te geven. Ze moeten niet worden geïnterpreteerd als afzonderlijke vormen van het molecuul die snel in elkaar overgaan.

Evenmin betekent het gedeeltelijke karakter van de dubbele binding dat de the-peptidebinding gedurende een bepaald percentage van de tijd een enkelvoudige binding is en de rest van de tijd een dubbele binding.

De werkelijke elektronstructuur vloeit voort uit de delokalisatie van elektronen binnen de hele amidegroep.

In een computationele studie analyseerde Fedorov de bijdrage van resonantie bij het bepalen van de peptidebindingsorde. De gedetailleerde numerieke waarden hangen af van de gebruikte methode voor de analyse van de elektronische structuur. Voor een algemeen begrip is echter de conclusie het belangrijkst dat de interactie tussen het elektronensysteem van het stikstofatoom en de carbonylgroep verantwoordelijk is voor een deel van de ongewone eigenschappen van de C–N-binding. [1]

Waarom is de rotatie rond een peptidebinding beperkt?

Het gedeeltelijke karakter van de dubbele binding heeft een belangrijk structureel gevolg: rotatie rond de amide C-N-binding is meer beperkt dan rotatie rond een typische enkele koolstof-stikstofbinding.

Dit betekent echter niet dat eiwitten niet kunnen buigen of zich kunnen vouwen.

Het peptide-ruggegraat bevat ook andere bindingen waaromheen rotatie mogelijk is. De eiwitketen bestaat dus uit herhalende, relatief stijve peptidegroepen die met elkaar verbonden zijn via andere bindingen van de ruggegraat die gekenmerkt worden door een grotere conformationele flexibiliteit.

De combinatie van deze beperkingen en rotatiemogelijkheden draagt bij aan de enorme verscheidenheid aan driedimensionale structuren die peptiden en eiwitten kunnen aannemen.

Bij benadering vlak betekent niet een idealiter vlakke structuur

Elektronendelokalisatie bevordert van de bijna vlakke geometrie van de peptidegroep en beperkt de rotatie rond de C–N-amidebinding.

Echte moleculaire structuren kunnen echter enigszins afwijken van het ideale wiskundige vlak.

Improta en medewerkers combineerden kwantummechanische berekeningen met de analyse van kristalstructuren van peptiden en eiwitten. De resultaten toonden kleine, systematische afwijkingen aan die afhankelijk zijn van de lokale geometrie van het ruggenmerg. [2]

Daarom is het juist om te stellen dat peptidegroepen ongeveer vlak, daarentegen zou de bewering dat elke peptidebinding in elk peptide of eiwit ideaal vlak is, een te grote vereenvoudiging zijn.

Dit is een goed voorbeeld van het verschil tussen een nuttig educatief model en het meer gedetailleerde gedrag van werkelijke moleculaire structuren.

Waar komen peptidebindingen voor?

In het skelet van peptiden en eiwitten

Peptidebindingen komen voor tussen aangrenzende aminozuureenheden in typische peptide- en eiwitketens.

Samen met de omringende atomen vormen ze een herhalend moleculair skelet. De zijketens van aminozuren steken buiten deze ruggengraat uit en geven individuele residuen extra chemische eigenschappen.

Eiwit kan bestaan uit één enkel peptideketen of uit meerdere ketens die zijn verbonden tot een groter moleculair complex. Elk daarvan heeft zijn eigen ruggengraatverbindingen.

Verschillende ketens kunnen met elkaar verbonden zijn via niet-covalente interacties of extra covalente bindingen. Dergelijke verbindingen mogen niet automatisch als peptidebindingen worden beschouwd.

De chemische synthese van de boviene pancreatische trypsineremmer, oftewel BPTI, illustreert goed het verschil tussen de vorming van het peptideskelet en het ontstaan van extra disulfidebindingen. Onderzoekers verkregen eerst het lineaire materiaal en voerden vervolgens de oxidatie en karakterisering daarvan uit. Het onderzoek scheidt dus de opbouw van de keten van de latere structurele organisatie. [5]

Peptidebindingen bepalen de continuïteit van de primaire sequentie

De volgorde van de aminozuurresten in een peptide of eiwit wordt aangeduid als de primaire structuur.

Peptidebindingen zorgen voor de fundamentele covalente continuïteit die deze sequentie in stand houdt.

Bijvoorbeeld de sequentie:

Ala–Gly–Ser

bevat dezelfde drie soorten aminozuren als:

Ser–Gly–Ala

Dit zijn echter niet dezelfde peptide-sequenties.

De positie van de afzonderlijke residuen ten opzichte van de peptidebindingen is anders.

Daarom is alleen de lijst van aminozuren die in het monster aanwezig zijn niet voldoende om het peptide te identificeren. Het is ook noodzakelijk om hun volgorde en de manier van verbinden te kennen.

In lineaire en cyclische peptiden

Een typische open peptideketen heeft twee uiteinden, aangeduid als Einde i C-einde.

Het N-uiteinde komt overeen met het ene uiteinde van het peptide-ruggegraat, terwijl het C-uiteinde overeenkomt met het andere. Peptidesequenties worden standaard geschreven van het N-uiteinde naar het C-uiteinde.

Kop-tot-staart cyclisch peptide, dat wil zeggen gesloten door het verbinden van de uiteinden van de keten, bevat een extra ruggengraatsbinding die een ring vormt.

Niet alle cyclische peptiden sluiten echter op dezelfde manier. De ring kan ook worden gevormd met betrokkenheid van een zijketen, en sommige moleculen bevatten meer dan één type dwarsverbinding.

Term cyclisch het beschrijft dus een kenmerk van de moleculaire architectuur, en niet één universele manier van verbinden.

Kalata B1 is een concreet voorbeeld van een peptide waarvan de cyclische ruggengraat onder andere is bevestigd door middel van enzymatische klievingsstudies, sequence-analyse en moleculaire structuur. Het molecuul bevat ook disulfidebruggen. Deze extra zwavel-zwavelbindingen verschillen chemisch van de amidebindingen die de residuen in de peptideruggengraat verbinden. [6]

Peptide bindingen versus isopeptide bindingen

In een typisch eiwitruggengraat verbinden peptidebindingen de hoofdgroepen van de amine- en carboxylgroepen.

Een amidebinding, bij de vorming waarvan is betrokken functionele groep van de zijketen van een aminozuur, wordt vaak omschreven als isopeptidenbinding.

De belangrijkste regel is dan ook vast te stellen welke atomy daadwerkelijk met elkaar zijn verbonden.

De aanwezigheid van een amidebinding op zich betekent niet automatisch dat deze zich in een typisch peptideskelet bevindt. Tegelijkertijd is niet elke dwarsbinding in een peptide of eiwit een amidebinding — disulfidebindingen en andere covalente modificaties hebben een andere chemie.

Voor beginners zijn de gewone peptidebindingen in het skelet het meest bruikbare uitgangspunt. Meer gespecialiseerde verbindingen kunnen vervolgens worden beschouwd als verschillende varianten van de moleculaire organisatie.

Hoeveel peptidebindingen bevinden zich in de keten?

Enkele open, niet-vertakte keten die n aminozuurresiduen hebben n − 1 peptidebindingen in het ruggengraat.

Dit betekent dat:

• een dipeptide heeft 2 residuen en 1 peptidebinding;
• een tripeptide heeft 3 residuen en 2 peptidebindingen;
• Een tetrapeptide heeft 4 residuen en 3 peptidebindingen;
• een pentapeptide heeft 5 residuen en 4 peptidebindingen;
• Een open keten met 10 residuen heeft 9 peptidebindingen.

Deze afhankelijkheid vloeit direct voort uit de manier waarop het molecuul is verbonden: elke volgende restgroep verlengt de bestaande keten met één extra ruggengraatsbinding.

De daaraan beantwoorden cyclische head-to-tail keten bevat n peptidebindingen in het ruggenmerg, aangezien een extra binding de ring sluit.

Deze aannames zijn echter belangrijk. Vertakkingen, ongebruikelijke zijketenverbindingen, de aanwezigheid van meerdere ketens, isopeptidenbindingen of andere ruggengraatelementen dan amidebindingen vereisen een meer gedetailleerde analyse.

Alleen het aantal residuen is niet altijd voldoende om alle covalente bindingen in een complex peptide of eiwit te bepalen.

Hoe verbinden peptidebindingen aminozuren?

Van vrije aminozuren tot aminozuurresiduen

Het vrije aminozuur en het overeenkomstige residu in het peptide zijn met elkaar verbonden, maar beschrijven niet exact dezelfde chemische toestand.

Wanneer een aminozuur in een peptide wordt ingebouwd, nemen de functionele groepen deel aan de verbindingen die de keten vormen.

Bijvoorbeeld, de verbinding van glycine en alanine in een bepaalde volgorde leidt tot de vorming van glycylalanine. Het omkeren van de volgorde leidt tot het ontstaan alanylglycine.

De soorten aminozuren zijn hetzelfde, maar hun positie en chemische omgeving verschillen.

Dit laat zien waarom de peptidenreeks meer informatie bevat dan een eenvoudige lijst van de bestanddelen ervan.

Bindingselementen kunnen direct worden onderzocht. Stachelhaus en collega's analyseerden elementen van het niet-ribosomale peptide-synthesessysteem en toonden aan dat het veranderen van het residu op de voorgestelde katalytische plaats de bestudeerde condensatiereactie onmogelijk maakte. Het experiment verbindt dus de vorming van een specifiek peptideproduct met de werking van een specifiek moleculair mechanisme. [7]

De condensatievergelijking is een reactiebalansmodel

In de basischemie wordt de vorming van eenpeptide vaak voorgesteld met de vergelijking:

aminozuur + aminozuur → dipeptide + water

De vergelijking toont het verschil in samenstelling tussen de vrije uitgangsmolekulen en het gekoppelde product.

Het is nuttig om de chemische relatie tussen de substraten en het product te begrijpen.

Het mag echter niet worden geïnterpreteerd als een volledig eiwitsynthesemechanisme in een levende cel.

Vrije aminozuren gaan niet zomaar naast elkaar in water liggen, ze splitsen niet spontaan watermoleculen af en vormen niet vanzelf een specifieke eiwitsequentie.

Biologische synthese vereist geactiveerde substraten, geordende moleculaire machinerie, sequentiebepalende informatie en energieverlenende voorbereidingsprocessen.

Het is daarom essentieel om onderscheid te maken tussen bruto chemische vergelijking a reactiemechanisme.

De vergelijking beschrijft de begin- en eindsamenstelling. Het mechanisme verklaart de daadwerkelijke moleculaire stappen en tussenproducten die tot de reactie leiden.

Ribosoomexperimenten onderzoeken juist dergelijke mechanistische details en reproduceren niet alleen de bekende condensatievergelijking. [3]

Hoe vormt het ribosoom peptidebindingen?

Tijdens de translatie brengt transfer-RNA, oftewel tRNA, verplaatsen aminozuren en de groeiende peptideketen binnen het ribosoom.

De aminogroep van het nieuw aangevoerde aminozuur reageert met het geactiveerde uiteinde van de bestaande keten die is gekoppeld aan tRNA, wat leidt tot de overdracht van het groeiende peptide op het residu dat is verbonden met het nieuwe tRNA.

Een peptideketen wordt gewoonlijk verlengd vanaf de kant C-kantoor.

De activatie van aminozuren en hun binding aan tRNA zijn energiefafhankelijke processen. Daarom zou de beschrijving van elke ribosomale peptidebinding als direct ontstaan tussen twee vrije aminozuren of als eenvoudige „waterverwijdering” door het ribosoom een te grote vereenvoudiging zijn.

Weinger en collega's modificeerden een chemische groep in het tRNA-substraat en waarnamen een aanzienlijke vermindering van de vorming van peptidebindingen zonder een daarmee overeenkomende afname van de substraatbinding. Dit resultaat leverde bewijs voor substraat-geassisteerde katalyse, waarin de chemische eigenschappen van de substraten zelf deelnemen aan het verloop van de reactie. [3]

Het experiment wijst dus op de mechanistische rol van tRNA-chemie, en niet uitsluitend op de functie ervan als passieve drager.

Het vormen van peptidebindingen heeft een bepaalde richting

Eiwitsynthese is een gericht proces.

Omdat de groeiende keten aan de C-uiteinde wordt verlengd, ontwikkelt de sequens zich in een bepaalde oriëntatie.

Dit houdt verband met de algemene conventie om de volgorde van peptiden en eiwitten te schrijven vanaf N-terminus tot C-terminus.

De richting is echter niet uitsluitend een notatieconventie. Het omkeren van de sequentiereeks leidt meestal tot de vorming van een ander molecuul, omdat elke restgroep dan een andere positie inneemt ten opzichte van de overige elementen van de keten.

Andere manieren om soortgelijke verbindingen te maken

Peptide bindingen kunnen ook buiten het ribosoom ontstaan.

Gespecialiseerde ribosomale enzymsystemen synthetiseren sommige peptiden, terwijl laboratoriumsynthese van peptiden gebruik maakt van geactiveerde componenten en gecontroleerde koppelingsreacties.

Deze wegen verschillen in organisatie, substraten, reactievoorwaarden en katalytische mechanismen.

Ze mogen niet als identieke processen worden beschouwd alleen omdat de eindproducten amidebindingen bevatten.

Studies naar niet-ribosomale vorming van bindingen en de chemische synthese van BPTI vormen voorbeelden van dergelijke uiteenlopende productiewijzen. [7] [5]

De productiewijze op zich bepaalt evenmin of een bepaald molecuul een peptide of een eiwit is. Chemische synthese kan leiden tot materiaal dat overeenkomt met een van nature voorkomend peptide of eiwit, op voorwaarde dat de sequentie en andere relevante structurele kenmerken correct zijn vastgesteld.

Peptide bindingen versus andere bindingen in eiwitten

Ruggegraatsbindingen versus interacties verantwoordelijk voor vouwing

Peptide bindingen houden de aaneengeschakelde aminozuursequentie bij elkaar.

Andere interacties helpen daarentegen te bepalen hoe deze sequenties zich in de d dimensiones ruimte schikken of hoe afzonderlijke peptideketens op elkaar inwerken.

Waterstofbindingen ontstaan tussen geschikte waterstofdonoren en -acceptoren. Binnen het peptide[-rug]keten kunnen de zuurstofatomen van carbonylgroepen als acceptoren fungeren, en vele N–H-amidegroepen kunnen als donor dienen.

Amide stikstof wordt meestal niet beschouwd als een waterstofbrugacceptor omdat zijn vrije elektronenpaar deel uitmaakt van het elektronensysteem van de amidegroep.

Ook peptidegroepen die proline bevatten, vereisen bijzondere aandacht, aangezien de stikstof in het ruggenmerg dan geen typische N–H-waterstof bezit.

De groep die de peptidebinding bevat, kan dus deelnemen aan de vorming van waterstofbindingen, maar een peptidebinding en een waterstofbrug zijn verschillende soorten verbindingen.

De ene verbindt aminozuurresiduen covalente bindingen. De andere is betrokken bij interacties binnen het molecuul of tussen moleculen.

Onderzoek naar het korte, gevouwen peptide CLN025 analyseerde de structuur die onder meer wordt gestabiliseerd door waterstofbindingen en andere intramoleculaire interacties. Dit toont aan dat vouwing kan plaatsvinden zonder de vorming van een nieuwe ruggengraatsequenties.

Disulfidebruggen verbinden zwavelhoudende zijketens

Disulfidebindingen zijn covalente zwavel-zwavelbindingen die meestal worden gevormd tussen de zijketens van cysteïne.

Ze kunnen verre fragmenten van dezelfde peptideketen of verschillende ketens met elkaar verbinden.

Ze zijn geen peptidebindingen en komen niet in alle eiwitten voor.

De vorming of verbreking van een disulfidebrug kan de ruimtelijke organisatie van het molecuul aanzienlijk veranderen zonder dat de peptideketen hoeft te worden doorgeknipt.

In een onderzoek naar de synthese van BPTI werden de natuurlijke sequentie en analoga, ontworpen om het vermogen om disulfidebindingen te vormen te veranderen, voorbereid. Het materiaal met de natuurlijke sequentie werd vergeleken met natuurlijk BPTI met behulp van analytische en functionele methoden. Het abstract van de publicatie bevestigde niet alle structurele consequenties met betrekking tot de analoga, dus de voorgestelde verschillen mogen niet worden voorgesteld als volledig vaststaande resultaten. [5]

Ionische en hydrofobe interacties

Geladen groepen kunnen elkaar aantrekken of afstoten, wat de ruimtelijke organisatie van het molecuul beïnvloedt.

Niet-polaire regio's interageren daarentegen met de wateromgeving op een manier die hun verborgenheid in de structuur, associatie of aggregatie kan bevorderen. Dit fenomeen wordt vaak besproken in de context van van het hydrofobe effect.

Deze interacties kunnen van enorm belang zijn voor het opvouwen van eiwitten, maar de hydrofobe interactie is geen nieuwe covalente binding tussen aminozuren.

Daarom is het onjuist om alle eiwitstabiliserende krachten peptidebindingen te noemen.

Individuele typen interacties kunnen ook verschillend reageren op temperatuur, oplosmiddel, zuurgraad, ionische omstandigheden en andere omgevingsveranderingen. Het bepalen welk type binding of interactie verandert, maakt het mogelijk om het experimentele resultaat nauwkeuriger te begrijpen.

Denaturatie is niet hetzelfde als hydrolyse

Denaturatie verandert de typische structurele organisatie van het eiwit.

Het kan de vouwing of de binding van de moleculen verstoren, terwijl tegelijkertijd de meeste of alle peptidhoudende bindingen intact blijven.

Hydrolyse Het verandert echter de chemische verbindingen door het afbreken van een gevoelig bindend element in een reactie waarbij water betrokken is.

In bepaalde omstandigheden kunnen beide processen plaatsvinden in dezelfde monsterproef, maar ze zijn geen synoniemen.

De afbraak van een eiwit betekent dus niet automatisch dat het wordt omgezet in kortere peptiden of vrije aminozuren.

Deze verschillen zijn ook zichtbaar in structurele studies. In experimenten met thermisch ontwikkelde collageen zijn verschillende configuraties van cis- en trans-peptidhoudingen met proline geïdentificeerd. De verandering van de structuurconfiguratie is een ander verschijnsel dan de chemische afbraak ervan.[9]

Ontstaan, eigenschappen en hydrolyse van peptidenbindingen

De stabiliteit hangt af van het type reactie dat wordt geanalyseerd.

Peptidewindelingen zijn voldoende sterk om biologische kettingen vast te houden, terwijl organismen ze selectief kunnen vormen en afbreken.

Er zit geen tegenstrijdigheid in.

De reactietijd hangt onder andere af van barrières voor de activatie en aanwezigheid van katalysatoren, Maar of een bepaalde reactie thermodynamisch gunstig is, is een ander onderwerp.

Het proces kan chemisch mogelijk zijn, maar zonder de juiste katalysator verloopt het buitengewoon traag.

Aan de andere kant kan een enzym een bepaalde reactie aanzienlijk versnellen door een gunstiger reactiepad te bieden.

Het enzym verandert de peptidbinding niet in een geheel andere soort binding. Het verandert de route die de chemische reactie volgt.

Het zou ook onjuist zijn om één universeel houdbaarheidsduur toe te wijzen aan alle peptidenverbindingen, peptiden of eiwitten die in het water voorkomen.

De sequentie, de lokale structuur, de beschikbaarheid van bindingen, de aangrenzende chemische groepen, de temperatuur, het pH-niveau, de samenstelling van het oplosmiddel en de aanwezigheid van katalysatoren kunnen invloed hebben op het waargenomen gedrag.

Wat verandert er bij hydrolyse?

De hydrolyse maakt gebruik van water bij de chemische afbraak van de amidbinding, wat leidt tot de vorming van nieuwe uiteinden die afkomstig zijn van de carboxyl- en aminogroepen.

Hun precieze ionische vorm hangt af van de omgevende omstandigheden van de oplossing.

De afbraak van één binding in het skelet leidt niet automatisch tot het ontstaan van vrije aminozuren.

Als de interne peptidaire binding in een langer openbaar keten wordt verbroken, zijn de directe producten meestal twee kortere peptidefragmenten.

Volgende reacties van de afbraak zijn nodig om deze fragmenten geleidelijk te verminderen en uiteindelijk individuele aminozuren vrij te geven.

Structuuronderzoek naar penicillopepsine analyseerde de manier waarop asparaginezuur-proteasine water en substrategroepen kan ordenen in het hydrolyseproces. Het voorgestelde reactiemodel is gebaseerd op kristallografische observaties en modelonderzoek. Het biedt informatie over één enzymatisch mechanisme, maar bewijst niet dat elke proteaas dezelfde manier van katalysatie gebruikt. [4]

De hydrolyse kan selectief zijn

Proteïnaten en peptydaten verschillen in hun gekende bindingen en moleculaire omgevingen.

Sommige enzymen breken de bindingen binnenin het molecuul af, terwijl andere de rest van het molecuul verwijderen.

De sequentie, de lokale structuur, de beschikbaarheid en de omringende chemische groepen kunnen invloed hebben op de vraag of een potentieel vatbaar gebied daadwerkelijk wordt gesplitst.

Davidson en Hutton bestudeerden een enzym dat betrokken is bij de productie van insuline door de zaadcellen. Het gereinigde preparaat verwijderde de basische resten van substraten afkomstig van proinsuline en veroorzaakte in de gebruikte test geen verdere afbraak van volwassen insuline. [10]

Dit toont aan selectieve biologische verwerking, en niet het toevallige uiteenvallen van alle peptidenbindingen.

Selectieve afbraak heeft een belangrijk biologisch effect, omdat grotere prekursormoleculen op specifieke plaatsen kunnen worden afgebroken, waardoor specifieke, volwitte producten ontstaan in plaats van een willekeurige degradatie.

Voorwaarden zijn belangrijk: twee experimentele voorbeelden

Kenley en Warne bestudeerden recombinant menselijke interleukine 11 onder doelgerichte stressomstandigheden, waarbij een verhoogde temperatuur en verschillende pH-waarden werden gebruikt.

In een zure omgeving identificeerden ze een disrupte in het specifieke Asp-Pro-punt. De resultaten tonen een sequensafhankelijke degradatie aan, maar deze moet niet worden verondersteld als een universele regel die het gedrag van alle eiwitten beschrijft onder typische biologische omstandigheden. [11]

In een ander onderzoek werd de radioactieve iodinebevattende intestinale vasoactieve peptide-fragmentatie waargenomen in een verdunde oplossing met een neutrale pH. Vergelijkbare, kortere fragmenten vertoonden geen meetbare degradatie onder dezelfde experimentele omstandigheden, en toevoegingen aan de oplossing hadden invloed op het resultaat. [12]

Beide onderzoeken tonen aan waarom de stabiliteit van peptidharen moet worden besproken in relatie tot een specifieke molecule, een sequentie, een omgeving en experimentele omstandigheden, In plaats van aan te nemen dat een bepaald pH-niveau of temperatuur hetzelfde gedrag van elk peptide zou veroorzaken.

Waarom zijn peptydbindingen biologisch belangrijk?

Peptidewaarden behouden de volgorde van de aminozuurresten die de peptidaal of proteïsch keten definiëren.

Hun geometrie beperkt de mogelijke ruimtelijke ordeningen van de keten, terwijl de carbonylgroepen en de zuurstofgroepen die aanwezig zijn in het peptisch skelet een rol spelen bij moleculaire interacties.

Geregistreerde peptidenstructuurvorming maakt het mogelijk om peptiden en eiwitten te synthetiseren.

Gereguleerde afbraak van deze bindingen speelt echter een rol bij de verwerking van prekursorstoffen, de vertering, de omzetting van eiwitten, regulerende routes en de uiteindelijke degradatie van de moleculen.

Deze zelfde basisvorm van chemisch contact speelt dus een rol op meerdere niveaus in de biologische organisatie.

Zijn ontstaan bepaalt de continuïteit van de sequentie.

Zijn elektronische structuur heeft invloed op de geometrie van het skelet.

De chemische groepen die er aanwezig zijn, zijn betrokken bij moleculaire interacties.

Het selectieve afbreken ervan stelt biologische systemen in staat om eiwitten en peptiden te verwerken en te verwijderen.

Deze functies verbinden moleculaire chemie met biologie. De bewijzen komen onder andere voort uit berekeningen van de elektronische structuur, structurele metingen, enzymatische studies, chemische synthese en experimenten met volledige biologische systemen. Elke van deze methoden laat een ander element van het mechanisme zien en mag niet worden gebruikt om conclusies te trekken die verder gaan dan het onderzochte proces zelf. [2] [3] [10]

Veelgestelde vragen

1. Is peptydbinding covalente?

Ja. Peptydbinding is een amidbinding met covalente binding tussen groepen afkomstig van aminozuren. Het koolstofatoom en het zuurstofatoom delen elktronen, wat zorgt voor een chemische continuïteit van de peptydketen. Onderzoek naar de elektronestructuur analyseert hoe dit elektronendelingseffect wordt beïnvloed door de aangrenzende carbonylgroep en hoe deze bijdraagt aan de karakteristieke eigenschappen van de amidbinding. Het begrip „covalente binding” betekent echter niet dat een binding niet kan worden afgebroken. Onder de juiste chemische omstandigheden of bij de aanwezigheid van enzymen kan deze hydrolyseren. Het belangrijkste is het onderscheid te maken dat een chemisch peptydbinding de restanten in één enkele molecule bindt, en niet alleen een aantrekkingskracht tussen afzonderlijke moleculen of fragmenten van dezelfde molecule veroorzaakt. [1]

2. Waarom heeft peptydbinding een gedeeltelijke dubbele binding?

Het gedeeltelijke karakter van het dubbele bindingselement komt voort uit de interactie tussen het vrije elektronische paar van zuurstof en het aangrenzende elektronensysteem van de carbonylgroep. Hierdoor wordt de elektronendichtheid gedelocaliseerd binnen de amidgroep. Berekeningen hebben het aandeel van dit verschijnsel in de peptidebinding gerangschikt. De resonante structuren die hiervoor worden gebruikt, zijn alternatieve manieren om dezelfde elektronische structuur weer te geven, in plaats van afzonderlijke moleculen die elkaar steeds veranderen. Ook de numerieke waarden die beschrijven het bindingselement kunnen afhankelijk zijn van de gebruikte analytische methode. De belangrijkste structurele consequenties zijn de beperking van de omwenteling rond de C–N-binding in vergelijking met het typische, vrijomloopende enkelvoudige binding. [1]

3. Welke atomen vormen peptidenbindingen?

In een typisch peptydisch schild wordt het peptydische bindingselement een koolstofatoom van de carbonylgroep van één rest met een zuurstofatoom van een andere rest verbindt. Het zuurstofatoom blijft deel uitmaken van de carbonylgroep en vormt geen directe verbinding tussen de twee aminozuurresten. Elektronen- en structurele studies onderzoeken deze atomen als onderdeel van een gerelateerde amidgroep, waarbij ze de verschillende bindingen apart onderscheiden. Tijdens het identificeren van het typische peptydische bindingselement in een structureel model is het dus nuttig om het C–N-bindingselement te vinden dat direct grenst aan de carbonylgroep. [2]

4. Waar in het eiwit vindt de peptydische binding plaats?

Peptidbindingen bevinden zich in het skelet van elke eiwitketen en verbinden aangrenzende aminozuurresten. Ze verschillen van de dwarsbindingen tussen de zijketens en de interacties tussen afzonderlijke ketens. Chemische synthese van BPTI laat deze onderscheiding zien door de structuur van het skelet te scheiden van de latere vorming van disaccharidebruggen. De volledige driedimensionale structuur van een eiwit kan veel soorten covalente en niet-covalente bindingen bevatten, daarom vereist de identificatie van peptibindingen het volgen van het aminozuur-skelet, in plaats van het tellen van alle lijnen of verbindingen die op het molecuulmodel worden weergegeven. [5]

5. Zijn alle amidbindingen peptydbindingen?

Nee. Amidbindingen komen voor in veel verschillende organische verbindingen, terwijl de term „peptydbinding” verwijst naar specifieke bindingen die afkomstig zijn van aminozuren in peptiden en eiwitten. Een typische amidbinding in het skelet is een vorm van het amidbindingssysteem. Bindingen waarbij een aminohandel van een aminozuur wordt gebruikt, hoeven derhalve niet automatisch tot de gewone skeletbindingen te worden gerekend. Onderzoek naar de geometrie van peptiden richt zich op de gedefinieerde amidbinding in het skelet en behandelt niet alle mogelijke amiden als chemisch en structureel identiek. De juiste naam hangt af van de betrokken groepen en hun positie in de molecule. [2]

6. Hoeveel peptydbindingen bevinden zich in een tripeptide?

Een typisch open, niet-georganiseerd tripeptide bevat twee peptydische bindingen, Omdat drie restanten twee verbindingen vereisen om een continue, open keten te vormen. Dit komt voort uit de algemene relatie n − 1 voor een typisch open keten met n restanten. Dit is een berekening die voortkomt uit de structuur van de molecule en niet het resultaat van een experiment of informatie over de biologische functie ervan. Het antwoord zal anders zijn als het extra skeletverbindingen de molecule in een ring sluiten. De bindingen tussen de zijketens en andere covalente bindingen moeten echter apart worden berekend. Voordat de algemene regel wordt toegepast, moet dus de architectuur van de geanalyseerde molecule worden bepaald.

7. Hebben cycluspeptiden een extra peptidbinding?

Een head-to-tail-cycluspeptid heeft één meer schellevlak dan een corresponderende open keten, omdat het extra amidbinding beide uiteinden verbindt en de ring afsluit. Andere cyclische peptiden kunnen echter een ring vormen met de bijdrage van zijketens, daarom geldt deze regel niet automatisch voor elke molecule die als cyclisch wordt beschouwd. Onderzoek naar B1-calat bevestigde een specifiek geval van een cyclisch skelet met daaraan toegevoegde discyrische bruggen. Het sluiten van het skelet in een ring en het vormen van verbindingen tussen zijketens moeten dus apart worden beschreven bij het tellen van bindingen en het presenteren van de moleculaire architectuur. [6]

8. Zijn peptydbindingen altijd perfect vlak?

Nee. Peptyden zijn ongeveer vlak, maar er zijn meetbare afwijkingen mogelijk van de ideale geometrie. Een onderzoek dat kwantisch-mechanische berekeningen combineert met de analyse van structurele gegevens van peptiden en eiwitten, toonde aan dat er kleine afwijkingen zijn die verband houden met de plaatselijke structuur van het skelet. Deze waarnemingen vullen het vereenvoudigde handboekmodel aan, maar maken het niet onbruikbaar. De regelmaat blijft een belangrijk structureel kenmerk dat voortkomt uit de elektronische structuur van de amidgroep, maar een nauwkeurige structurele analyse moet lokale verschillen inhouden die kenmerkend zijn voor de specifieke molecule. [2]

9. Kan eiwit kromp als de draaiing rond het peptidbindingselement beperkt is?

Ja. Het eiwitmolecuul bevat andere bindingen waarom de torsiehoeken kunnen variëren. De beperkte rotatie rond de amidbinding C–N zorgt dus niet voor een statische verankering van de hele keten. Structurele analyses onderscheiden de rotatiehoeken rond de aangrenzende skeletbindingen van de rotatie die samenhangt met de peptidebinding zelf. Strictie-remmende factoren, lokale chemische interacties en het type aangrenzende restanten beïnvloeden bovendien welke structuren energetisch en fysiek beschikbaar zijn. De eiwitten zijn dus niet alleen stijve draden of ketens van volledig vrijroterende elementen. Hun structuur is het resultaat van de combinatie van beperkte en relatief flexibele graden van vrijheid in het skelet. [2]

10. Wat zijn cis- en trans-peptydbindingen?

De termen cis en trans beschrijven verschillende ruimtelijke arrangementen van groepen die zich aan beide kanten van een peptidbinding bevinden. In typische eiwitscheletten is de trans-configuratie dominant. Een specifieke aandacht vereist zijn peptidbindingen die gepaard gaan met proline, omdat de cis-configuratie in dit geval vaker voorkomt dan bij veel andere restcombinaties. In NMR-onderzoeken bij thermisch ontwikkelde collageen werd zowel de cis- als de trans-configuratie waargenomen. Deze resultaten zijn echter betrekking hebbend op een specifiek eiwit onder bepaalde experimentele omstandigheden en mogen niet worden verondersteld universele percentages voor alle peptiden en eiwitten te zijn. De termen cis en trans beschrijven de geometrie van de peptidbinding en niet verschillende soorten chemische bindingen. [9]

11. Wordt er bij het vormen van een peptydbinding altijd direct water vrijgegeven?

Nee. De bekende vergelijking die de afgifte van water beschrijft, beschrijft een samenvattend verband tussen de condensatie van vrije functionele groepen, maar geeft geen informatie over elk specifiek mechanisme van de vorming van peptidenbindingen. De ribosomale synthese maakt gebruik van geactiveerde substraten die zijn gekoppeld aan tRNA, en experimentele studies wijzen op de rol van de substratchemie bij de katalyse. De directe verloop van de reactie is dus complexer dan het eenvoudige verwijderen van water uit twee vrijwel losliggende aminozuren. Het onderscheid tussen de samenvattende reactiebilance en het werkelijke biologische mechanisme voorkomt dat het nuttige educatieve vergelijking wordt veranderd in een onjuiste beschrijving van eiwitsynthese. [3]

12. Leidt het mengen van aminozuren met water tot het ontstaan van eiwit?

Nee. Een mengsel van vrije aminozuren vormt niet automatisch een bepaalde proteïne-sequentie. Gesteund door gecontroleerde synthese van peptiden vereist chemie en ook geordende synthese-machinerie in cellen die in staat is de volgorde van aminozuren te controleren en bindingen te vormen. Experimenten met nierybosomale peptydenbouw hebben aangetoond dat een verstoring van een bepaald katalytisch element de vorming van het beoogde peptydproduct kan belemmeren. De resultaten betreffen een specifiek biosynthesegeneesysteem, maar illustreren een bredere regel: alleen de aanwezigheid van moleculaire bouwstoffen is niet voldoende. Het ontstaan van een gedefinieerde sequentie vereist gecontroleerde synthese van moleculaire bindingen. [7]

13. Is peptydbinding hetzelfde als hydrofiele binding?

Nee. Peptydbinding is een covalente binding in het skelet van een molecuul, terwijl waterbinding een interactie is tussen de relevante donor en de acceptor van water. De chemische groepen die aanwezig zijn in het peptydskelet kunnen bijdragen aan de vorming van waterbindingen zonder dat er extra peptydbindingen ontstaan. Onderzoek naar het geformuleerde dekapeptyde CLN025 analyseerde waterbindingen en andere interacties die bijdragen aan de stabilisatie van de structuur ervan. Deze onderscheiding scheidt bindingen af die de basiskovalentie van de keten definiëren van de structuur af van interacties die helpen bij het organiseren van de keten in drie dimensies. [8]

14. Is het disiarczische ponton een vorm van peptydbinding?

Nee. Een disyraatbinding is een covalente verbinding tussen zuurstof en zuurstof, die meestal tussen de zijketen van cysteinen ontstaat. Een peptydbinding is echter een amidbinding die de groepen verbindt die afkomstig zijn van de aminozuren in het peptide-schil. Onderzoek naar de synthese van BPTI bestudeerde de structuur van het skelet en de vorming van disyraatbindingen als afzonderlijke processen. Beide soorten bindingen kunnen van belang zijn voor de structuur van de molecule, maar ze verbinden andere atomen en zijn betrokken bij andere chemische reacties. Het ontbinden van een disyraatbinding hoeft dus niet het skelet van het peptide te doorbreken, maar het uiteenvallen van een peptydbinding verandert de continuïteit van de ketenreeks direct. [5]

15. Voedt de proteïne-denaturatie tot verbroken peptydbindingen?

Dit is niet noodzakelijk. Denaturatie betekent een verandering van de typische geformatteerde of aggregatieve structuur van een eiwit en vereist per definitie geen afbraak van de peptidharen. Afhankelijk van de gebruikte omstandigheden kan de chemische degradatie gelijktijdig met de denaturatie plaatsvinden, maar beide processen moeten niet automatisch worden geëenigeerd. In studies naar verrijkt collageen werd nog steeds geanalyseerd welke verschillende configuraties van de peptidharen aanwezig zijn. De verrijkte keten en de gehydrolyseerde keten zijn dus verschillende moleculaire statussen: de eerste betreft vooral de drie-dimensionale organisatie, terwijl de tweede veranderingen in de covalente bindingen betreft. [9]

16. Voert de hydrolyse onmiddellijk tot de vorming van vrije aminozuren?

Niet altijd. De hydrolyse van één interne peptidbinding in een langere open keten leidt meestal tot het ontstaan van twee kortere peptidfragmenten. Nadere afbraakreacties zijn nodig om de lengte van deze fragmenten geleidelijk te verminderen en uiteindelijk individuele aminozuren vrij te maken. In experimentele studies zijn specifieke fragmenten geïdentificeerd die ontstaan na de afbraak van peptidbindingen, onder andere tijdens onderzoek naar de degradatie van interleukine 11 en het vasculaire activatiepeptidaal eiwit. Het type producten hangt af van de gebieden die zijn afgesplitst en van de mate van veroudering van de hydrolyse. De term „gehydrolyseerd” betekent dus niet automatisch dat een peptide of eiwit volledig is omgezet in vrije aminozuren. [11] [12]

17. Verspreiden alle peptydbindingen zich met dezelfde snelheid?

Nee. De waargenomen snelheid van de afbraak is afhankelijk van de peptide-sequentie, de lokale moleculaire structuur, de beschikbaarheid van bindingen, naburige chemische groepen, de samenstelling van het oplosmiddel, de temperatuur, de pH en de aanwezigheid van katalysatoren zoals proteolytische enzymen. Onderzoeken naar interleukine 11 en het intestinale vasoactieve peptide hebben een selectieve, omstandig aangepaste degradatie aangetoond, maar niet hetzelfde gedrag van alle bindingen. Deze experimenten bepalen geen universele houdbaarheidstijd voor andere peptiden. Een wetenschappelijk gerechtvaardigd uitgangspunt is dat de stabiliteit van een peptibinding moet worden beoordeeld in relatie tot de specifieke molecule, het milieu en de reactie, en niet uitsluitend op basis van de bindingsovereenkomst. [11] [12]

18. Wat onderscheidt peptydbinding van isopeptydbinding?

Typische peptydbindingen in het skelet verbinden doorgaans een hoofdgroep afkomstig van de carboxygroep met een andere rest met een hoofdgroep van aminozuren. Isopeptydbindingen zijn ook een amidbinding, maar bij die binding is er minimaal één functiegroep aanwezig buiten het typische skelet, bijvoorbeeld een geschikte groep in de zijketen van een aminozuur. Beide soorten bindingen zijn dus gebaseerd op verwante amidchemie, maar nemen andere plaatsen in in de moleculaire architectuur in. Het onderscheid is belangrijk omdat het detecteren van een amidbinding op zich niet voldoende is om te concluderen dat het een typisch peptisch skelet betreft.

19. Waarom zijn peptydbindingen belangrijk voor de structuur van eiwitten?

Peptidbindingen handhaven een geordende covalente reeks aminozuurresten en leggen tegelijkertijd geometrische beperkingen op het molecuulstructuur. Hun gedeeltelijke dubbele binding beperkt de omwenteling rond het amidverbinding C–N en bevordert een vrijwel vlakke geometrie van de peptydgroep. Tegelijkertijd kunnen de carbonylgroepen en de N–H-groepen in het structuurframe deel uitmaken van waterstofbindingen die belangrijk zijn voor structuren op een hoger niveau. Peptidbindingen verbinden dus niet alleen aminozuren — hun elektronische en geometrische eigenschappen helpen bij het bepalen van de structurele mogelijkheden van de gehele keten. [1] [2]

20. Kunnen enzymen peptydbindingen afbreken?

Ja. Proteasen en peptydaz kunnen de hydrolyse van peptidenbindingen katalyseren, maar ze hoeven niet alle bindingen zonder onderscheid te snijden. Afzonderlijke enzymen herkennen bepaalde sequenties, structurele omgevingen of posities in peptidenkettingen. Structurele studies bij penicillopepsine analyseerden de manier waarop aspartaatprotease tijdens de hydrolyse het substraat en het water organiseert, terwijl Davidson en Hutton selectief de substraten die aan proinsulin zijn gekoppeld, verwerken. Deze voorbeelden tonen hoe biologische systemen bepaalde peptidenbindingen op een gecontroleerde manier kunnen afbreken tijdens de verwerking en degradatie van moleculen. [4] [10]

Beperkingen bij de interpretatie van onderzoek naar peptyden

Bij de overgang van de basischemie van peptidenbindingen naar conclusies over echte peptiden en eiwitten moet rekening worden gehouden met een aantal beperkingen.

Ten eerste is de geidealiseerde peptidgebruikersgroep die in handleidingen wordt beschreven, een model van een typisch structureel systeem. Reële moleculaire structuren kunnen meetbare afwijkingen vertonen van de ideale planariteit en geometrie. [2]

Ten tweede, de stabiliteit van het peptidaansluitend eiwit Het hangt af van de context. De resultaten van experimenten die bij verhoogde temperatuur, een ongebruikelijk pH-niveau, een zeer laag concentratieniveau of in aanwezigheid van bepaalde katalysatoren worden uitgevoerd, mogen niet automatisch worden gebruikt om de werking van een molecule in totaal andere omstandigheden te voorspellen. [11] [12]

Ten derde gebruiken verschillende enzymen verschillende katalytische mechanismen. Bewijzen die de hydrolyse door één asparaginezuurproteïne beschrijven, betekenen niet dat alle proteïnaten peptidhoudingen op precies dezelfde manier afbreken. [4]

Ten vierde kunnen peptijdbindingen ontstaan via verschillende mechanismen. Translasie op ribosoomniveau, niet-ribosoomale synthese en laboratoriumchemische synthese kunnen leiden tot de vorming van amidbindingen, hoewel ze verschillende substraten en moleculaire machinerie gebruiken. [3] [7]

Ten vijfde, veranderingen in de structuur van een eiwit mogen niet automatisch worden geïnterpreteerd als een scheiding van peptidhoudingen. Denaturatie, conformationele veranderingen, cis-trans overgangen, verandering van waterstofbindingen, vermindering van disacrairige bruggen en hydrolyse van peptidhoudingen beschrijven verschillende moleculaire verschijnselen.

Deze verschillen zijn belangrijk omdat de term peptidewindeling Het beschrijft een specifieke vorm van covalente binding. Om te begrijpen wat er daadwerkelijk met een peptide of eiwit gebeurt, moet worden vastgesteld welke chemische binding of moleculaire interactie is veranderd.

Samenvatting

Peptidewaarden zijn covalente amidbindingen die aminozuren aan elkaar verbinden in peptyden en eiwitten. Hoewel ze vaak gewoon worden beschreven als C-N-bindingen in een herhaald segment van het skelet, –C(=O)–NH–, Hun chemie is complexer dan die van een gewoon vrij bewegend enkelvoudig binding.

De plaatsing van de elektronen binnen de amidgroep geeft de C–N-binding een gedeeltelijk dubbelbindingseigenschap, waardoor de rotatie ervan wordt beperkt en een ongeveer vlakke geometrie van de peptidgebonden wordt bevorderd. Tegelijkertijd maakt de mogelijkheid om rond de aangrenzende skeletbindingen te draaien het mogelijk dat peptidgebonden zeer uiteenlopende driedimensionale structuren aannemen. [1] [2]

Peptidbindingen komen voor in het skelet van typische peptiden en eiwitten, maar ze moeten worden onderscheiden van waterbindingen, disyrische bruggen, jonische interacties, het hydrofobe effect en gespecialiseerde verbindingen van zijketen, zoals isopeptidbindingen.

Deze kunnen ontstaan als gevolg van verschillende processen. Tijdens de translatie vormen ribosomen peptidhoudingen door het gebruik van geactiveerde substraten die gekoppeld zijn aan tRNA; niet-ribosomale systemen maken gebruik van gespecialiseerde enzymatische machinerie, terwijl laboratoriumsynthese gebaseerd is op gecontroleerde chemische bindingen. [3] [7]

Net zo belangrijk is het scheiden ervan. Hydrolyse kan een peptidenketen splitsen in kortere fragmenten, en proteasen en peptydaz'en stellen organismen in staat om deze processen selectief uit te voeren. Onderzoek naar proteasen, de verwerking van proinsuline, de degradatie van interleukine 11 en het vasoactieve intestinale peptide toont aan dat de scheiding afhankelijk is van de moleculaire context en de experimentele omstandigheden. [4] [10] [11] [12]

De belangrijkste regel is dus eenvoudig:

Peptidbindingen zorgen voor een covalente continuïteit van de aminozuurketens, terwijl hun elektronische structuur, gecontroleerde vorming en selectieve afbraak de basischemie met de biologie van peptiden en eiwitten verbinden.

Disclaimer

Het artikel heeft uitsluitend een educatieve en wetenschappelijke informatieve functie. Het licht op de chemie van peptidenbindingen toe, hun moleculaire structuur, vorming, hydrolyse en voorbeelden die voortkomen uit gepubliceerde onderzoeken. Het vormt geen medisch advies, geen aanwijzingen voor behandeling, geen laboratoriuminstructies, geen productaanbevelingen en geen advies over het gebruik van een bepaald peptide of eiwit. De resultaten van berekenings-, structurele, biochemische en dieronderzoek moeten binnen de grenzen van de voorwaarden en beperkingen van de betreffende onderzoeken worden geïnterpreteerd.

Referenties

1. Fedorov, D. G. (2024). Het peptidebindingselement: Resonantie verhoogt de binding en maakt fragmentatie ingewikkelder. ChemPhysChem, 25(14), Artikel e202400170. https://doi.org/10.1002/cphc.202400170
2. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Verzwaren van de peptidebinding door planarity: Nieuwe inzichten uit kwantummechanische berekeningen en peptide/eiwit kristallustrukturen. PLOS ONE, 6(9), Artikel e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
3. Weinger, J. S., Parnell, K. M., Dorner, S., Green, R., & Strobel, S. A. (2004). Substraatgesteunde katalyse van de vorming van peptidebindingen door het ribosoom. Nature Structural & Molecular Biology, 11(11), 1101–1106. https://doi.org/10.1038/nsmb841
4. James, M. N., & Sielecki, A. R. (1985). Stereochemische analyse van peptidebindingen die worden gehydrolyseerd door de aspartische proteasen penicillopepsin. Biochemie, 24(14), 3701–3713. https://doi.org/10.1021/bi00335a045
5. Ferrer, M., Woodward, C., & Barany, G. (1992). Synthese in vaste fase van het bijnier-trypsinremmer (BPTI) van runderen en twee analoga. Een chemische benadering voor het evalueren van de rol van disulfidebruggen bij de foldering en stabiliteit van eiwitten. International Journal of Peptide and Protein Research, 40(3–4), 194–207. PubMed-record
6. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Verduidelijking van de primaire en driedimensionale structuur van het uterotonepeptide kalata B1. Biochemie, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
7. Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V., & Marahiel, M. A. (1998). De vorming van peptidebindingen bij nonribosomale peptidebiosynthese. De katalytische rol van het condensatiedomein. Journal of Biological Chemistry, 273(35), 22773–22781. https://doi.org/10.1074/jbc.273.35.22773
8. Hatfield, M. P. D., Murphy, R. F., & Lovas, S. (2010). Spectroscopische eigenschappen van het beta-haarknoopprojectiveerende miniprotein CLN025 in verschillende oplosmiddelen. Biopolymeren, 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). Ontdekking van cis- en trans-X-Pro-peptidbindingen in eiwitten met 13C-NMR: toepassing op collageen. Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika, 81(15), 4800–4803. https://doi.org/10.1073/pnas.81.15.4800
10. Davidson, H. W., & Hutton, J. C. (1987). De carboxypeptidase H die insuline afscheidt: zuivering en demonstratie van betrokkenheid bij de verwerking van pro-insuline. Biochemische Gezondheid, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
11. Kenley, R. A., & Warne, N. W. (1994). Zuurgeactiveerde peptidebindingenhydrolyse bij recombinant humane interleukin 11. Farmaceutisch onderzoek, 11(1), 72–76. https://doi.org/10.1023/a:1018945727640
12. Mody, R., Tramontano, A., & Paul, S. (1994). Spontane hydrolyse van vasoactief intestinale peptide in neutrale waterige oplossing. International Journal of Peptide and Protein Research, 44(5), 441–447. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1994.tb00180.x