Peptidové väzby: definícia, výskyt a biologický význam

Peptidová väzba je kovalentná amidová väzba spájajúca aminokyselinové zvyšky v peptidoch a bielkovinách. Tieto väzby vytvárajú súvislú molekulárnu kostru peptidových reťazcov, pričom zachovávajú špecifické poradie aminokyselín a zároveň umožňujú celému reťazcu zaujať rôzne trojrozmerné štruktúry.

Peptidové väzby sú jedným zo základných stavebných prvkov peptidov. Pochopenie ich chémie pomáha vysvetliť, akým spôsobom môžu jednotlivé aminokyseliny vytvárať väčšie molekuly s presne určenou sekvenciou a štruktúrou.

Hoci základná definícia je pomerne jednoduchá, chémia peptidovej väzby má niekoľko dôležitých vlastností. Elektróny v rámci amidovej skupiny sú rozmiestnené takým spôsobom, že väzba uhlík–dusík čiastočne pripomína dvojitú väzbu. To obmedzuje možnosť voľnej rotácie okolo peptidovej väzby, ale nespôsobuje to, že sa celý peptid alebo bielkovina stáva tuhou molekulou. Ostatné väzby v kostre zachovávajú väčšiu voľnosť rotácie, vďaka čomu sa peptidové reťazce môžu ohýbať a skladat.

Peptidové väzby možno analyzovať z niekoľkých rôznych vedeckých perspektív. Chemici skúmajú ich elektrónovú štruktúru a geometriu. Molekulárni biológovia analyzujú spôsob ich tvorby ribozómami a inými biologickými systémami. Štruktúrni biológovia overujú, ako geometria týchto väzieb ovplyvňuje architektúru bielkovín. Biochemici naopak skúmajú, akým spôsobom enzýmy selektívne štiepia peptidové väzby počas spracovania a degradácie bielkovín.

Tieto rozlíšenia pomáhajú pochopiť, ako môžu bielkoviny súčasne zachovávať určitú sekvenciu aminokyselín, zaujímať zložité štruktúry, vznikať v kontrolovaných biologických procesoch a následne podliehať spracovaniu alebo degradácii. Štúdie a štruktúry elektrónov, geometrie peptidov, ribozomálnej katalýzy, syntézy bielkovín a enzymatickej hydrolýzy poskytujú vzájomne sa doplňujúce informácie o týchto procesoch. [1] [2] [3]

Peptidová väzba je kovalentná chemická väzba, ktorá spája dve aminokyseliny v proteínoch a peptidoch. Vzniká kondenzačnou reakciou medzi karboxylovou skupinou jednej aminokyseliny a aminoskupinou druhej aminokyseliny, pričom sa uvoľňuje molekula vody.

Chemická definícia peptidovej väzby

Peptidová väzba je amidovou väzbou medzi skupinou pochádzajúcou z karboxylovej skupiny jednej aminokyseliny a skupinou pochádzajúcou z aminoskupiny druhej aminokyseliny. V typickej kostre proteínu sú spojené atóm uhlíka karbonylovej skupiny a atóm dusíka nasledujúceho zvyšku aminokyseliny.

Najčastejšie zobrazovaný fragment má podobu:

–C(=O)–NH–

Karbonylová skupina C=O karbonylovou skupinou, zatiaľ čo väzba C–N je tá väzba, ktorú zvyčajne máme na mysli, keď hovoríme konkrétne o peptidovej väzbe. Tieto atómy spolu so svojím bezprostredným okolím tvoria takzvanú peptidovú skupinu alebo amidovú skupinu.

Toto rozlíšenie je dôležité, pretože úplný štruktúrny vzorec peptidovej skupiny obsahuje niekoľko rôznych väzieb. Väzba uhlík–kyslík nie je spojením spájajúcim dve zvyšky aminokyselín navzájom. Túto funkciu plní amidová väzba uhlík–dusík.

Keď sa jedna aminokyselina spojí s druhou, atóm uhlíka karbonylovej skupiny viazaný na jeden rešt sa kovalentne spojí s atómom dusíka viazaným na ďalší rešt. Opakovaním tohto schématu vzniká kostra typického peptidového reťazca.

Výskumy elektrónovej štruktúry analyzujú okrem iného interakciu voľného elektrónového páru dusíka so susedným karbonylovým systémom, čo umožňuje vysvetliť, prečo sa táto väzba líši od bežnej, voľne rotujúcej jednoduché väzby uhlík–dusík. [1]

Prečo je peptidová väzba kovalentná väzba?

Peptidová väzba je kovalentné, pretože spojené atómy zdieľajú elektróny.

Nejde o iónovú interakciu medzi dvoma oddelenými nabitými aminokyselinami ani o vodíkovú väzbu, ktorá udržiava v blízkosti rôzne časti zvlneného reťazca.

Práve kovalentná väzba zabezpečuje chemickú kontinuitu aminokyselinového reťazca. Zvyšky zostávajú súčasťou toho istého reťazca, pokiaľ chemická reakcia nezmení spôsob ich spojenia.

Toto rozlíšenie sa stáva obzvlášť dôležitým pri diskusii o zbaľovaní a rozbaľovaní bielkovín. Peptidový reťazec sa môže ohýbať, meniť konformáciu, strácať časť interakcií stabilizujúcich jeho štruktúru, a dokonca sa výrazne rozvinúť bez toho, aby muselo dôjsť k prerušeniu peptidových väzieb udržujúcich jeho primárnu sekvenciu.

Kovalentný však neznamená nezničiteľný.

Enzýmy a vhodné chemické podmienky môžu spôsobiť štiepenie peptidových väzieb. Takéto štiepenie je však chemická reakcia, ktorá mení spôsob väzby atómov, a nielen zmenou tvaru molekuly.

Štruktúrne výskumy jednej z aspartylproteináz ukazujú, akým spôsobom môže enzým vhodne organizovať substrát obsahujúci peptidovú väzbu a molekulu vody spôsobom, ktorý je dôležitý pre hydrolýzu. [4]

Čiastočný charakter dvojitej väzby a rezonancia

Peptidová väzba C–N sa vo vzorcoch často znázorňuje ako jednoduchá čiara, avšak skutočné rozdelenie elektronov je zložitejšie.

Voľný elektronový pár atomu dusíka sa môže účastniť na susednom elektronovom systéme karbonylovej skupiny. Delokalizácia elektronov spôsobuje, že väzba C–N získava čiastočný charakter dvojitej väzby.

Tento jav sa často vysvetľuje pomocou rezonančných štruktúr.

Rezonančné štruktúry sú alternatívnymi spôsobmi znázornenia rozloženia elektrónov v tej istej molekule. Nemali by sa interpretovať ako odlišné formy molekuly, ktoré sa rýchlo menia jedna na druhú.

Podobne je to aj s čiastočným charakterom dvojitej väzby – to neznamená, že peptidová väzba je počas určitého percenta času obyčajnou jednoduchou väzbou a počas zvyšného času obyčajnou dvojitou väzbou.

Skutočná elektrónová štruktúra vyplýva z delokalizácie elektronov v rámci celej amidovej skupiny.

Vo výpočtovej štúdii Fedorov analyzoval podiel rezonancie na určovaní rádu peptidovej väzby. Konkrétne číselné hodnoty závisia od použitej metódy analýzy elektronovej štruktúry. Pre všeobecné pochopenie je však najdôležitejší záver, že interakcia medzi elektronovým systémom dusíka a karbonylovou skupinou je zodpovedná za časť neobvyklých vlastností väzby C–N. [1]

Prečo je rotácia okolo peptidovej väzby obmedzená?

Čiastočný charakter dvojitej väzby má dôležitý štrukturálny dôsledok: otáčanie okolo amidovej väzby C–N je obmedzenejšie než otáčanie okolo typickej jednoduché väzby uhlík–dusík.

To však neznamená, že sa bielkoviny nemôžu ohýbať ani zvinovať.

Peptidový skelet obsahuje aj iné väzby, okolo ktorých je možná rotácia. Bielkovinový reťazec sa teda skladá z opakujúcich sa, relatívne tuhých peptidových skupín spojených prostredníctvom iných väzieb skeletu, ktoré sa vyznačujú väčšou konformačnou pružnosťou.

Kombinácia týchto obmedzení a možností rotácie prispieva k obrovskej rozmanitosti trojrozmerných štruktúr, aké môžu peptidy a bielkoviny nadobudnúť.

Približná rovinnosť neznamená ideálne rovinnú štruktúru

Delokalizácia elektronov podporuje približne rovinná geometria peptidovej skupiny a obmedzuje rotáciu okolo amidovej väzby C–N.

Skutočné molekulárne štruktúry sa však môžu mierne líšiť od ideálnej matematickej roviny.

Improta a spolupracovníci skombinovali kvantovo-mechanické výpočty s analýzou kryštálových štruktúr peptidov a bielokovín. Výsledky ukázali malé, systematické odchýlky závislé od lokálnej geometrie kostry. [2]

Preto je správne tvrdenie, že peptidové skupiny sú približne ploché, tvrdenie, že každá peptidová väzba v každom peptide alebo proteine je ideálne plochá, by však bolo príliš veľkým zjednodušením.

Toto je dobrý príklad rozdielu medzi užitočným vzdelávacím modelom a podrobnejším správaním skutočných molekulárnych štruktúr.

Kde sa vyskytujú peptidové väzby?

V kostre peptidov a bielkovín

Peptidové väzby sa nachádzajú medzi susednými aminokyselinovými zvyškami v typických peptidových a bielkovinových reťazcoch.

Spolu s okolitými atómami vytvárajú opakujúci sa molekulová kostra. Bočné reťazce aminokyselín vyčnievajú z tejto kostry a dodávajú jednotlivým zvyškom dodatočné chemické vlastnosti.

Bielkovina sa môže skladať z jedného peptidového reťazca alebo z viacerých reťazcov spojených do väčšieho molekulárneho komplexu. Každý z nich má svoje vlastné väzby kostry.

Rôzne reťazce sa môžu spájať prostredníctvom nekovalentných interakcií alebo dodatočných kovalentných väzieb. takéto spojenia by sa nemali automaticky považovať za peptidové väzby.

Chemická syntéza bovinného pankreatického inhibítora trypsínu, teda BPTI, dobre ukazuje rozdiel medzi tvorbou peptidovej kostry a vznikom dodatočných disulfidových mostíkov. Vedci najprv získali lineárny materiál a následne vykonali jeho oxidáciu a charakterizáciu. Štúdia teda oddelí výstavbu reťazca od neskoršej štrukturálnej organizácie. [5]

Peptidové väzby určujú kontinuitu primárnej sekvencie

Poradie aminokyselinových zvyškov v peptide alebo proteine sa označuje ako jeho primárna štruktúra.

Peptidové väzby zabezpečujú základnú kovalentnú kontinuitu, ktorá udržiava túto sekvenciu.

Napríklad sekvencia:

Ala–Gly–Ser

obsahuje tie isté tri druhy aminokyselín ako:

Ser–Gly–Ala

Nie sú to však tie isté peptidové sekvencie.

Poloha jednotlivých zvyškov vzhľadom na peptidové väzby je iná.

Preto samotný zoznam aminokwasy prítomných v vzorke nestačí na identifikáciu peptidu. Nevyhnutná je aj znalosť ich poradia a spôsobu prepojenia.

V lineárnych a cyklických peptidoch

Typický otvorený peptidový reťazec má dva konce, označované ako N-koniec i C-koniec.

N-koniec zodpovedá jednej strane peptidovej kostry, zatiaľ čo C-koniec druhej. Peptidové sekvencie sa štandardne zapisujú od N-koniec v smere C-konca.

Cyklický peptid typu head-to-tail, teda uzavretý spojením koncov reťazca, obsahuje dodatočnú väzbu kostry tvoriacu kruh.

Nie všetky cyklické peptidy sa však uzatvárajú rovnakým spôsobom. Prsteň môže vznikať aj za účasti postranného reťazca a niektoré molekuly obsahujú viac ako jeden typ priečneho väzenia.

Definícia cyklický pretože opisuje vlastnosť štruktúry molekuly, a nie jeden univerzálny spôsob jej spojenia.

Kalata B1 je konkrétnym príkladom peptidu, ktorého cyklická kostra sa potvrdila okrem iného štúdiami enzymatického štiepenia, analýzou sekvencie a molekulárnou štruktúrou. Molekula obsahuje aj disulfidové mostíky. Tieto dodatočné väzby síra-síra sa chemicky líšia od amidových väzieb spájajúcich zvyšky v kostre peptidu. [6]

Peptidové väzby vs. izopeptidové väzby

V typovej bielkovinovej kostre spájajú peptidové väzby hlavné aminové skupiny a skupiny pochádzajúce z karboxylových skupín.

Amidová väzba, na ktorej vzniku sa zúčastňuje funkčná skupina postranného reťazca aminokyseliny, sa často označuje ako izopeptidová väzba.

Najdôležitejším pravidlom je preto určiť, ktoré atomy sa navzájom skutočne spojili.

Samotná prítomnosť amidovej väzby automaticky neznamená, že sa nachádza v typickej peptidovej kostre. Zároveň nie každá príčna väzba v peptide alebo proteíne je amidovou väzbou – disulfidové mostíky a iné kovalentné modifikácie majú odlišnú chémiu.

Pre začiatočníkov je najužitočnejším východiskovým bodom bežné peptidové väzby nachádzajúce sa v kostre. Špecializovanejšie väzby možno potom považovať za odlišné varianty molekulárnej organizácie.

Koľko peptidových väzieb sa nachádza v reťazci?

Jednoduchý otvorený, nerozvetvený reťazec obsahujúci n zvyškov aminokyselín má n − 1 peptidových väzieb v kostre.

To znamená, že:

• dipeptid má 2 zvyšky a 1 peptidovú väzbu;
• tripeptid má 3 zvyšky a 2 peptidové väzby;
• tetrapeptid má 4 zvyšky a 3 peptidové väzby;
• pentapeptid má 5 zvyškov a 4 peptidové väzby;
• otvorený reťazec obsahujúci 10 zvyškov má 9 peptidových väzieb.

Táto závislosť priamo vyplýva zo spôsobu spojenia molekúl: každá ďalšia zložka predlžuje existujúci reťazec o jednu dodatočnú kostrú väzbu.

Zodpovedajúci mu cyklický reťazec typu „head-to-tail“ obsahuje n peptidových väzieb v kostre, pretože dodatočná väzba uzatvára kruh.

Tieto predpoklady sú však dôležité. Vetvenie, netypické spojenia bočných reťazcov, prítomnosť viacerých reťazcov, izopeptidové väzby alebo iné ako amidové prvky kostry si vyžadujú podrobnejšiu analýzu.

Samotný počet zvyškov teda nie vždy stačí na určenie všetkých kovalentných väzieb prítomných v zložitom peptide alebo bielkovine.

Ako peptidové väzby spájajú aminokyseliny?

Od voľných aminokyselín k aminokyselinovým zvyškom

Voľná aminokyselina a jej zodpovedajúci zvyšok nachádzajúci sa v peptide sú navzájom prepojené, ale neopisujú presne ten istý chemický stav.

Keď sa aminokyselina začlení do peptidu, jej funkčné skupiny sa podieľajú na väzbách tvoriacich reťazec.

Napríklad spojenie glycínu a alanínu v jednom poradí vedie k vzniku glycylalaníny. Zmena poradia vedie k vzniku alanylglycín.

Druhy aminokyselín sú rovnaké, ale líšia sa ich poloha a chemické prostredie.

Ukazuje to, prečo sekvencia peptidu obsahuje viac informácií než len obyčajný zoznam jeho zložiek.

Vytváranie väzieb je možné skúmať priamo. Stachelhaus a jeho spolupracovníci analyzovali zložky nerybosomálneho systému syntézy peptidov a preukázali, že zmena zvyšku nachádzajúceho sa v navrhovanom katalytickom mieste znemožnila skúmanú kondenzačnú reakciu. Experiment teda spája vznik konkrétneho peptidového produktu s činnosťou konkrétneho molekulárneho mechanizmu. [7]

Rovnica kondenzácie je modelom reakčnej bilancie

V základnej chémii sa tvorba peptidu často znázorňuje pomocou rovnice:

aminokyselina + aminokyselina → dipeptid + voda

Rovnica ukazuje rozdiel v zložení medzi voľnými východiskovými molekulami a spojeným produktom.

Je to užitočné na pochopenie chemického vzťahu medzi substrátmi a produktom.

Nemalo by sa to však interpretovať ako kompletný mechanizmus syntézy bielkovín vo vnútri živej bunky.

Voľné aminokyseliny sa vo vode jednoducho neusporiadajú vedľa seba, spontánne neuvoľňujú molekuly vody a samovoľne nevytvárajú určitú sekvenciu bielkoviny.

Biologická syntéza si vyžaduje aktivované substráty, usporiadaný molekulárny mechanizmus, informácie určujúce sekvenciu a prípravné procesy, ktoré si vyžadujú energiu.

Je teda dôležité rozlišovať medzi súhrnnou chemickou rovnicou a reakčný mechanizmus.

Rovnica opisuje počiatočné a konečné zloženie. Mechanizmus vysvetľuje skutočné molekulárne etapy a medziprodukty vedúce k reakcii.

Experimenty týkajúce sa ribozómov skúmajú práve takéto mechanistické detaily a nespokojujú sa len s reprodukciou známej rovnice kondenzácie. [3]

Ako ribozóm vytvára peptidové väzby?

Počas translácie sa transferové RNA, teda tRNA, prenášajú aminokyseliny a rastúci peptidový reťazec v rámci ribozómu.

Aminová skupina novo dodanej aminokyseliny reaguje s aktivovaným koncom existujúceho reťazca spojeným s tRNA, čo vedie k prenosu rastúceho peptidu na zvyšok spojený s novou tRNA.

Peptidový reťazec sa zvyčajne predlžuje zo strany C-koniec.

Aktivácia aminokyselín a ich naväzovanie na tRNA sú procesy závislé od energie. Preto by bolo prílišným zjednodušením opisovať každú rybosomálnu peptidovú väzbu ako vznikajúcu priamo medzi dvoma voľnými aminokyselinami alebo ako jednoduché „odstránenie vody” rybosómom.

Weinger a spolupracovníci modifikovali chemickú skupinu v substráte tRNA a pozorovali výrazné obmedzenie tvorby peptidových väzieb bez zodpovedajúceho zníženia väzby substrátu. Tento výsledok poskytol dôkazy o katalýza podporovaná substrátom, pri ktorej sa na priebehu reakcie podieľajú chemické vlastnosti samotných substrátov. [3]

Experiment teda poukazuje na mechanistickú úlohu chémie tRNA, a nie len na jej funkciu ako pasívneho nosiča.

Vytváranie peptidových väzieb má určitý smer

Syntéza bielkovín je jednosmerný proces.

Keďže sa rastúci reťazec predlžuje zo strany C-konca, sekvencia sa rozvíja v určitej orientácii.

Súvisí to s bežnou konvenciou zápisu sekvencií peptidov a bielkovín od Od konca do konca.

Smer však nie je len konvenciou zápisu. Obrátenie sekvencie zvyčajne vedie k vzniku inej molekuly, pretože každý zvyšok potom zaujíma inú pozíciu voči ostatným prvkom reťazca.

Iné spôsoby vytvárania podobného druhu väzieb

Peptidové väzby môžu vznikať aj mimo ribozómu.

Špecializované neriabozomové enzymatické systémy syntetizujú niektoré peptidy, zatiaľ čo laboratórna syntéza peptidov využíva aktivované zložky a kontrolované reakcie spájania.

Tieto dráhy sa líšia organizáciou, substrátmi, reakčnými podmienkami a katalytickými mechanizmami.

Nemali by sa považovať za identické procesy len preto, že konečné produkty obsahujú amidové väzby.

Výskum nerybosomálnej tvorby väzieb a chemická syntéza BPTI predstavujú príklady takýchto odlišných spôsobov výroby. [7] [5]

Sam spôsob výroby tiež neurčuje, či je daná molekula peptidom alebo bielkovinou. Chemická syntéza môže viesť k získaniu materiálu zodpovedajúcemu prirodzene sa vyskytujúcemu peptidu alebo bielkovine, za predpokladu správneho stanovenia jeho sekvencie a iných dôležitých štrukturálnych vlastností.

Peptidové väzby a iné väzby v bielkovinách

Kostrové väzby verzus interakcie zodpovedné za zvinovanie

Peptidové väzby spájajú a držia pokope sekvenciu aminokyselín.

Iné interakcie naopak pomáhajú určiť spôsob, akým sa táto sekvencia priestorovo usporadúva do troch dimenzií alebo ako jednotlivé peptidové reťazce medzi sebou interagujú.

Vodíkové väzby vznikajú medzi príslušnými donormi a akceptormi vodíka. V rámci peptidovej kostry môžu atómy kyslíka karbonylových skupín slúžiť ako akceptory a mnohé amidové skupiny N–H môžu byť donormi.

Amidový dusík sa zvyčajne nepovažuje za akceptor vodíkovej väzby, pretože jeho voľný the elektronový pár sa podieľa na elektronovom systéme amidovej skupiny.

Osobitnú pozornosť si vyžadujú aj peptidové skupiny obsahujúce prolín, pretože dusík v kosthre vtedy nemá typický vodík N–H.

Skupina obsahujúca peptidovú väzbu sa teda môže podieľať na tvorbe vodíkových väzieb, ale peptidová väzba a vodíková väzba sú rôzne druhy spojení.

Jedno z nich kovalentne spája aminokyselinové zvyšky. Druhé sa účastní interakcií vnútri molekuly alebo medzi molekulami.

Výskum krátkeho, zvlneného peptidu CLN025 analyzoval štruktúru stabilizovanú okrem iného vodíkovými väzbami a inými vnútromolekulárnymi interakciami. To ukazuje, že skladanie môže prebiehať bez vytvorenia novej kostrovej sekvencie. [8]

Disulfidové mostíky spájajú postranné reťazce obsahujúce síru

Disulfidové mostíky sú kovalentné väzby síra-síra, ktoré najčastejšie vznikajú medzi postrannými reťazcami cysteínu.

Môžu spájať vzdialené fragmenty toho istého peptidového reťazca alebo rôzne reťazce.

Nie sú peptidovými väzbami a nevyskytujú sa vo všetkých proteínoch.

Vznik alebo rozpad disulfidového mostíka môže výrazne zmeniť priestorovú organizáciu molekuly bez toho, aby bolo nutné prerušiť jej peptidovú kostru.

V štúdii týkajúcej sa syntézy BPTI sa pripravila prirodzená sekvencia a analógy navrhnuté s cieľom zmeniť možnosť tvorby disulfidových mostíkov. Materiál s prirodzenou sekvenciou sa porovnával s prirodzeným BPTI pomocou analytických a funkčných metód. Abstrakt publikácie nepotvrdzoval všetky štrukturálne dôsledky týkajúce sa analógov, preto by sa navrhované rozdiely nemali prezentovať ako plne ustálené výsledky. [5]

Iónové a hydrofóbne interakcie

Nabité skupiny sa môžu priťahovať alebo odpudzovať, čím ovplyvňujú priestorovú organizáciu molekuly.

Nepolárne regióny naproti tomu interagujú s vodným prostredím spôsobom, ktorý môže podporovať ich ukrývanie vo vnútri štruktúry, asociáciu alebo agregáciu. Tento jav sa často diskutuje v kontexte hydrofóbneho efektu.

Tieto interakcie môžu mať obrovský význam pre skladanie bielkovín, avšak hydrofóbna interakcia nie je novou kovalentnou väzbou medzi aminokyselinami.

Preto je nesprávne označovať všetky sily stabilizujúce bielkovinu názvom peptidové väzby.

Jednotlivé typy interakcií taktiež môžu reagovať odlišne na teplotu, rozpúšťadlo, kyslosť, iónové podmienky a iné zmeny prostredia. Určenie, ktorý typ väzby alebo interakcie sa mení, umožňuje presnejšie pochopiť výsledok experimentu.

Denaturácia nie je to isté ako hydrolýza

Denaturácia zmenia typovú štruktúrnu organizáciu bielkoviny.

Môže narušiť fázovanie alebo asociáciu molekúl, pričom zároveň ponechá väčšinu alebo všetky peptidové väzby nedotknuté.

Hydrolyza Zmena však spôsobuje chemické zmeny rozštiepením citlivého väziva v reakcii s prítomnosťou vody.

Za určitých podmienok môžu oba procesy prebiehať v jednej vzorke, ale nie sú to synonymá.

Rozvinutie proteínu teda automaticky neznamená jeho premenu na kratšie peptidy alebo voľné aminokyseliny.

Toto rozlíšenie je viditeľné aj v štrukturálnych štúdiách. V experimentoch týkajúcich sa termicky vyvinutého kolagénu sa identifikovali rôzne konfigurácie cis a trans peptidových väzieb spojených s prolinom. Zmena konfigurácie štruktúry je iným javom ako jej chemické rozpadanie [9].

Vytvorenie, vlastnosti a hydrolýza peptidových väzieb

Stabilita závisí od typu analyzovanej reakcie

Peptidové väzby sú dostatočne pevné na to, aby udržiavali biologické reťazce, pričom organizmy ich zároveň môžu selektívne vytvárať a rozdeľovať.

V tom nie je žiadna protirečnosť.

Rýchlosť reakcie závisí okrem iného od bariéry aktivácie a prítomnosti katalyzátorov, No, či je daná reakcia termodynamicky výhodná, je samostatný problém.

Tento proces môže byť chemicky možný, ale bez vhodnej katalyzátora prebieha mimoriadne pomaly.

Na druhej strane môže enzým významne urýchliť určitú reakciu tým, že zabezpečí vhodnejšiu cestu reakcie.

Enzim nemení peptidové väzby na úplne inú formu väzby. Mení spôsob, akým prebieha chemická reakcia.

Bylo by tiež nesprávne pridávať jeden univerzálny termín trvanlivosti všetkým peptidovým väzbám, peptydom alebo bielkovinám nachádzajúcim sa vo vode.

Sekvencia, lokálna štruktúra, dostupnosť väzby, susedné chemické skupiny, teplota, pH, zloženie roztoku a prítomnosť katalyzátorov môžu ovplyvniť pozorované správanie.

Čo zmení hydrolýza?

Hydrolyza využíva vodu pri chemickom rozštiepení amidového väzby, čo vedie k vzniku nových koncov pochádzajúcich z karboksylových a aminových skupín.

Ich presná jónová forma závisí od podmienok okolitej roztoku.

Rozštiepenie jedného väziva v skeletoch nevedie automaticky k vzniku voľných aminokyselín.

Ak sa roztrhne vnútorné peptidové väzisko v dlhšom otvorenom reťazci, priamymi produktmi budú zvyčajne dva kratšie peptidové fragmenty.

Ďalšie reakcie rozštiepenia sú potrebné na postupné skracovanie týchto fragmentov a následné uvoľňovanie jednotlivých aminokyselín.

Štrukturálne štúdie penicillopepsínu analyzovali spôsob, akým aspartová proteáza organizuje vodu a skupiny substrátov v procese hydrolýzy. Navrhovaný model reakcie bol založený na pozorovaniach kryštalografických a modelovaní. Poskytuje informácie o jednom enzymatickom mechanizme, ale neprokázal, že každá proteáza využíva rovnaký spôsob katalyzácie. [4]

Hydrolyza môže byť selektívna

Proteázy a peptidázy sa líšia v rámci rozpoznávaných väzieb a molekulárnych prostredí.

Niektoré enzýmy prekrývajú väzby nachádzajúce sa vo vnútri reťazca, zatiaľ čo iné odstraňujú zvyšky od koncov reťazca.

Sequencia, lokálna štruktúra, dostupnosť a okolité chemické skupiny môžu ovplyvniť to, či bude potenciálne citlivé miesto skutočne rozštiepené.

Davidson a Hutton skúmali enzým spojený s proteínmi produkujúcimi inzulín. Čistený produkt odstránil zásadité zvyšky z substrátov pochádzajúcich z proinsulínu a v použitej skúške nevedel spôsobiť ďalší rozpad zrelého inzulínu. [10]

To to ukazuje selektívna biologická úprava, a nie náhodné roztrhnutie všetkých peptidových väzieb.

Selektívne rozštiepenie má významný biologický význam, pretože väčšie prekursorové molekuly môžu byť spracované na konkrétnych miestach, čo vedie k vzniku konkrétnych zrelých produktov namiesto náhodnej degradácie.

Podmienky majú význam: dva experimentálne príklady

Kenley a Warne skúmali rekombinovanú ľudskú interleukín 11 v zámorské stresových podmienkach, ktoré zahŕňali zvýšenú teplotu a rôzne pH hodnoty.

V kyslom prostredí identifikovali rozštiepenie v určitej pozícii Asp–Pro. Výsledky ukazujú závislú degradáciu podľa sekvencie a podmienok, ale nemali by byť interpretované ako univerzálna zásada opisujúca správanie všetkých bielkovín v typických biologických podmienkach. [11]

V inej štúdii sa pozoroval rozpad rádioaktívne označeného gastrointestinálneho vazooktínového peptidu v zriedenom roztoku s neutrálnejším pH. Súvisiace, kratšie fragmenty nevykazovali merateľnú degradáciu za tých istých experimentálnych podmienok a prídavky do roztoku ovplyvňovali výsledok. [12]

Obidva výskumy ukazujú, prečo je potrebné diskutovať o stabilite peptidových väzieb v súvislosti s konkrétnej molekuly, sekvencie, prostredia a experimentálnych podmienok, Namiesto toho sa predpokladá, že konkrétne pH alebo teplota by spôsobili rovnaké správanie každého peptidu.

Prečo sú peptidové väzby biologicky dôležité?

Peptidové väzby zachovávajú poradie aminokyselinových reťazcov, ktoré definujú peptidový alebo bielkovinový reťazec.

Ich geometria obmedzuje možné usporiadania priestorových reťazcov, zatiaľ čo karbonylové skupiny a skupiny dusíka prítomné v peptidovom skelete sa podieľajú na molekulárnych interakciách.

Kontrolovane vytváranie peptidových väzieb umožňuje syntézu peptidov a bielkovín.

Kontrolované rozštiepenie týchto väzieb sa však podieľa na spracovaní prekurzorov, trávení, prenose bielkovín, regulačných dráhach a konečnej degradácii molekúl.

Tento základný typ chemického spojenia sa teda podieľa na niekoľkých úrovniach biologickej organizácie.

Jeho vznik určuje kontinuitu sekvencie.

Jeho elektronická štruktúra má vplyv na geometriu skeletu.

Existujúce chemické skupiny v ňom sa podieľajú na molekulárnych interakciách.

Jeho selektívna deštrukcia umožňuje biologickým systémom spracúvať a eliminovať bielkoviny a peptidy.

Tieto funkcie spájajú molekulárnu chémiu s biologiou. Dôkazy pochádzajú okrem iného z výpočtov elektrónovej štruktúry, štruktúrnych meraní, enzýmových štúdií, chemickej syntézy a experimentov s použitím kompletných biologických systémov. Každá z týchto metód ukazuje inú súčasť mechanizmu a nemala by sa používať na vyvodzovanie záverov, ktoré presahujú skutočne skúmaný proces. [2] [3] [10]

Často kladené otázky

1. Je peptidové viazanie kovalentné?

Áno. Peptidové väzby sú kovalentnými amidovými väzbami medzi skupinami pochádzajúcimi z aminokyselin. Atóm uhlíka a atóm dusíka zdieľajú elektróny, čo zabezpečuje chemickú kontinuitu peptidového reťazca. Štúdie elektronovej štruktúry skúmajú, ako toto zdieľanie elektronov ovplyvňuje susednú karbonylovú skupinu a ako prispieva k charakteristickým vlastnostiam kovalentných väzieb. Termín „kovalentný” však neznamená, že väzby nemožno rozložiť. V príslušných chemických podmienkach alebo pri účasti enzýmov môže dochádzať k hydrolýze. Najdôležitejšie je rozlíšiť, že kovalentné väzby chemicky spájajú zvyšky do jednej molekuly a nespôsobujú len príťažlivosť medzi oddelenými molekulami alebo fragmentmi tej istej molekuly. [1]

2. Prečo peptidové väzby majú čiastočný charakter dvojitých väzieb?

Čiastočný charakter dvojitého väzenia vyplýva z pôsobenia voľnej elektronovej pary dusíka na susedný elektronový systém karbonylovej skupiny. Vďaka tomu dochádza k delokalizácii hustoty elektronov v rámci amidovej skupiny. Výpočtové štúdie analyzovali podiel tohto javu v reťazci peptidového väzenia. Rezonančné štruktúry použité na jeho objasnenie predstavujú alternatívne spôsoby zobrazenia tej istej elektronovej štruktúry, a nie odlišných častíc, ktoré sa navzájom menia. Rovnako aj numerické hodnoty opisujúce reťazec väziva môžu závisieť od použitej analytickej metódy. Najdôležitejšou štrukturálnou konsekvenciou je obmedzenie otáčania okolo väzby C–N v porovnaní s typickým, voľne otáčajúcim sa väzivom jednotlivých atómov. [1]

3. Ktoré atómy vytvárajú peptidové väzby?

V typickom peptidovom skelete sa väzba peptidová spája uhlíkovým atómom karboxylovej skupiny jednej zložky s atómom dusíka ďalšej zložky. Atóm kyslíka zostáva súčasťou karboxylovej skupiny a nepredstavuje priame spojenie medzi dvoma aminokyselinovými zložkami. Elektrónové a štrukturálne štúdie tieto atómy analyzujú ako súčasť prepojenej amidovej skupiny, pričom zároveň rozlišujú ich jednotlivé väzby. Pri identifikácii typického peptidového väzenia v štruktúrnom vzore je teda vhodným východiskovým bodom nájdenie väzby C–N, ktorá priamo susedí s karboxylovou skupinou. [2]

4. Kde v proteíne sa nachádza peptidové viazanie?

Peptidové väzby sa nachádzajú v štruktúre každého bielkovinového reťazca a spájajú susedné aminokyselinové reťazce. Rôznicu sa odlišujú od priečnych väzieb medzi bočnými reťazcami a interakcií medzi jednotlivými reťazcami. Chemická syntéza BPTI dokazuje tento rozdiel oddeľovaním štruktúry štruktúry od následného vzniku disiarčných mostov. Plná trojrozmerná štruktúra proteínu môže obsahovať rôzne druhy kovalentných a nekovalentných interakcií, a preto identifikácia peptidových väzieb vyžaduje sledovanie aminokyselinového štruktúry, a nie počítanie všetkých línií alebo spojení znázornených na molekulárnom modeli. [5]

5. Je každé amidové väznenie peptidovým väznením?

Nie. Amidové väzby sa vyskytujú v mnohých rôznych organických zlúčeninách, zatiaľ čo pojem „peptidové väzby” sa týka konkrétnych väzieb pochádzajúcich z aminokyselín v peptidoch a proteínach. Typické amidové väzby v skeletoch sú jedným z typov amidových väzieb. Štruktúra amidových väzieb využívajúcich bočný reťazec aminokyseliny však automaticky nepatrí do bežných skeletových väzieb. Výskum geometrie peptidov sa zameriava na definovanú skupinu amidových skeletov a nepozerá sa na všetky možné amidy ako chemicky a štruktúrne identické. Vhodná definícia závisí od zúčastnených skupín a ich umiestnenia v molekule. [2]

6. Koľko peptidových väzieb sa nachádza v tripeptide?

Typický otvorený, nerozgaľovaný tripeptid obsahuje dva peptidové väzby, Pretože tri zvyšky vyžadujú dva väzby na vytvorenie jedného trvalého otvoreného reťazca. To vyplýva z všeobecnej rovnice n − 1 pre typický otvorený reťazec obsahujúci n zvyškov. Toto je výpočet vyplývajúci z štruktúry molekuly a nie výsledok experimentu ani informácia o jej biologickej funkcii. Odpoveď bude iná, ak ďalšie väzby štruktúry uzavrú molekulu do kruhu. Väzby bočných reťazcov a iné kovalentné väzby by však mali byť počítané samostatne. Pred použitím všeobecnej pravidla je preto potrebné určiť štruktúru analyzovanej molekuly.

7. Má cyklické peptidy ďalšie peptidové väzby?

Cyklický peptid typu head-to-tail má o jedno sklenínové väznenie viac ako jeho otvorený reťazec, pretože dodatočné amidové väznenie spája oba konce a uzavrie krúžok. Iné cyklické peptidy však môžu vytvárať krúžok s použitím bočných reťazcov, a preto táto zásada automaticky neplatí pre každú látku označovanú ako cyklická. Výskum sily B1 potvrdil konkrétny prípad cyklického skeletu obsahujúceho navyše disiarčné mostíky. Uzatvorenie skeletu do kruhu a vytváranie spojení medzi bočnými reťazcami sa preto musí opísať osobitne pri výpočte väzieb a prezentácii molekulárnej štruktúry. [6]

8. Sú peptidové väzby vždy dokonale rovné?

Nie. Peptidové skupiny sú približne ploché, ale sú možné merateľné odchýlky od ideálnej geometrie. Štúdia spájajúca kvantovo-mechanické výpočty s analýzou štrukturálnych údajov peptidov a bielkovín ukázala malé deformácie spojené s lokálnym usporiadaním skeletu. Tieto pozorovanie dopĺňajú zjednodušený príručný model, ale neznamenajú, že by bol zbytočný. Planárnosť zostáva dôležitou štrukturálnou preferenciou vyplývajúcou z elektronickej štruktúry amidovej skupiny, avšak presná štrukturálna analýza by mala zohľadňovať lokálne rozdiely charakteristické pre konkrétnu molekulu. [2]

9. Môže sa proteín zovrieť, keď je obrat okolo peptidového väzby obmedzený?

Áno. Štruktúra proteínu obsahuje ďalšie väzby, okolo ktorých môžu dochádzať zmeny torsionálnych uhlov. Omezený pohyb okolo amidového väzby C–N teda nezanecháva celý reťazec nepohyblivým. Štrukturálne analýzy rozlišujú uhly otáčania okolo okolitých štruktúr proteínu od uhla spojeného s samotným peptidovým väznením. Striktné a lokálne chemické pôsobenia a typ susedných reťazcov navyše ovplyvňujú, ktoré usporiadania sú energeticky a fyzikálne dostupné. Proteíny teda nie sú ani pevnými prútmi, ani reťazcami zloženými z úplne voľne sa otáčajúcich prvkov. Ich štruktúra vyplýva z kombinácie obmedzených a relatívne pružných stupňov voľnosti štruktúry proteínu. [2]

10. Čo sú cisové a transové peptidové väzby?

Termy cis a trans opisujú rôzne priestorové usporiadanie skupín nachádzajúcich sa na oboch stranách peptidového väziva. V typických bielkovinových štruktúrach dominuje konfigurácia trans. Špeciálnu pozornosť si vyžadujú peptidové väzby spojené s prolinom, pretože v ich prípade sa konfigurácia cis vyskytuje častejšie ako u mnohých ďalších kombinácií aminokyselín. V NMR skúškach termicky modifikovaného kolagénu boli zistené obe konfigurácie. Tieto výsledky sa však týkajú konkrétneho proteínu za konkrétnych experimentálnych podmienok a nemali by byť interpretované ako univerzálne percentuálne hodnoty týkajúce sa všetkých peptidov a proteínov. Termíny cis a trans opisujú geometriu peptidového väziva a nie rôzne typy chemických väzieb. [9]

11. Počas tvorby peptidového väzby sa vždy priamo uvoľňuje voda?

Nie. Poznaný vzorec opisujúci uvoľňovanie vody opisuje súhrnnú reláciu kondenzácie medzi voľnými funkčnými skupinami, ale nepredstavuje každý reálny mechanizmus vzniku peptidových väzieb. Synteza ribozómov využíva aktivované substráty spojené s tRNA, pričom experimentálne štúdie poukazujú na prítomnosť chemického substrátu pri katalýze. Bezprostredný priebeh reakcie je teda zložitejší ako jednoduché odstránenie vody z dvoch voľne rozpustených aminokyselín. Rozlišovanie medzi súhrnným bilanciom reakcie a reálnym biologickým mechanizmom zabraňuje premeneniu užitočného vzorca výučby na nesprávny opis syntézy bielkovín. [3]

12. Vedie zmiešanie aminokyselín s vodou k tvorbe proteínu?

Nie. Zmes voľných aminokyselin automaticky nevytvorí definovanú bielkovinovú sekvenciu. Kontrolované syntézy peptidov vyžadujú vhodnú chemiu a v bunkách aj usporiadanú syntetickú mechanizáciu schopnú kontrolovať poradie aminokyselín a vytvárať väzby. Experimenty týkajúce sa nierybosomálneho syntetizovania peptidov ukázali, že porucha určitého katalytického elementu môže znemožniť vznik testovaného peptidového produktu. Výsledky sa týkajú konkrétneho biosyntetického systému, ale ukazujú širšiu zásadu: samotná prítomnosť molekulárnych stavebných prvkov nestačí. Na vznik definovanej sekvencie je potrebná kontrolovaná syntéza molekulárnych spojení. [7]

13. Je peptidové viazanie to isté čo vodíkové viazanie?

Nie. Peptidové väzby sú kovalentnými väzbami v štruktúre molekuly, zatiaľ čo vodné väzby sú interakciami medzi príslušným donorom a akceptorom vodíka. Chemické skupiny nachádzajúce sa v štruktúre peptidového reťazca môžu prispieť k tvorbe vodných väzieb bez vytvárania ďalších peptidových väzieb. Výskum zafalgovaného dekapeptydu CLN025 analyzoval vodné väzby a ďalšie interakcie zohrávajúce úlohu pri stabilizácii jeho štruktúry. Tento rozdiel oddeľuje väzby definujúce základnú kovalentnú sekvenciu reťazca od interakcií pomáhajúcich zoskupiť sa v trojrozmernom priestore už po spojení reťazca. [8]

14. Je disiarčný mostík typom peptidového väzby?

Nie. Mostkový disiarčný zlúčenie je kovové zlúčenie uhlíka–uhlíka, ktoré zvyčajne vzniká medzi bočnými reťazcami cystínu. Peptidové väzby sú však amidové väzby, ktoré spájajú skupiny pochádzajúce z aminokyselín v štruktúre peptidu. Štúdie syntézy BPTI skúmali štruktúru skeletu a vznik disiarčných mostkov ako samostatné procesy. Oba typy väzieb môžu mať významné dôsledky pre štruktúru molekuly, ale spájajú aj iné atómy a zúčastňujú sa na iných chemických reakciách. Roztrhnutie disiarčného mostka nemusí teda narušiť štruktúru peptidu, zatiaľ čo rozpad peptidového väzenia priamo mení kontinuitu reťazcového reťazca. [5]

15. Vyvoláva denaturácia proteínu roztrhnutie peptidových väzieb?

To nie je potrebné. Denaturácia znamená narušenie typickej tvarovej alebo komplexnej štruktúry proteínu a definíciou nevyžaduje rozpad peptidových väzieb. V závislosti od použitých podmienok môže chemická degradácia prebiehať súčasne s denaturáciou, ale obidva procesy sa nemusia automaticky považovať za jeden. V štúdiách termicky vyvinutého kolagénu sa stále analyzovali rôzne konfigurácie jeho peptidových väzieb. Rozvinutý reťazec a reťazec podrobený hydrolýze sú teda rôznymi molekulárnymi stavmi: prvý sa týka predovšetkým trojrozmernej organizácie, zatiaľ čo druhý zahŕňa zmeny kovalentných väzieb. [9]

16. Způsobuje hydrolýza okamžitú tvorbu voľných aminokyselín?

Nie vždy. Hydrolyza jedného vnútorného peptidového väziva v dlhšom otvorenom reťazci zvyčajne vedie k vytvoreniu dvoch kratších peptidových fragmentov. Ďalšie reakcie rozpadu sú potrebné na postupné zmenšovanie dĺžky týchto fragmentov a následné uvoľnenie jednotlivých aminokyselín. V experimentálnych štúdiách boli identifikované konkrétne fragmenty vznikajúce po rozpadu peptidových väzieb, napríklad počas štúdií degradácie interleukínu 11 a gastrointestinálneho aktivačného peptidu. Typ produktov závisí od miest, ktoré boli roztratené, a stupňa pokročilosti hydrolýzy. Výraz „hydrolyzovaný” teda automaticky neznamená, že peptid alebo proteín bol úplne premenený na voľné aminokyseliny. [11] [12]

17. Rozpadajú sa všetky peptidové väzby rovnako rýchlo?

Nie. Pozorovaná rýchlosť rozpadu závisí od sekvencie peptidu, lokálnej molekulárnej štruktúry, dostupnosti väzby, susedných chemických skupín, zloženia roztoku, teploty, pH a prítomnosti katalyzátorov, ako sú proteolytické enzýmy. Výskumy interleukínu 11 a gastrointestinálneho aktívneho peptidu ukázali selektívnu degradáciu závislú od podmienok a nie rovnomerné zachovanie všetkých väzieb. Tieto experimenty neposkytujú univerzálny čas trvania pre ostatné peptidy. Veda uznáva, že stabilitu peptidového väzby je potrebné posudzovať vo vzťahu k konkrétnej molekule, prostrediu a reakcii, a nie predvídať ju len na základe názvu väzby. [11] [12]

18. Aký je rozdiel medzi peptidovým a izopeptidovým väznením?

Typické peptidové väzby v skeletoch zvyčajne spájajú hlavnú skupinu pochádzajúcu z karboksylovej skupiny jednej z ostatných zložiek s hlavnou aminovou skupinou ďalšej zložky. Izopeptidové väzby sú tiež amidovými väzbami, ale pri ich tvorbe sa zúčastňuje aspoň jedna funkčná skupina nachádzajúca sa mimo typického skeletového systému, napríklad vhodná skupina v bočnom reťazci aminokyseliny. Oba typy väzieb sú teda založené na príbuznej amidovej chemii, ale nachádzajú sa na iných miestach v molekulárnej štruktúre. Rozlišovanie je dôležité, pretože samotné zistenie amidového väzby nestačí na potvrdenie toho, že ide o bežný peptidový skelet.

19. Prečo sú peptidové väzby dôležité pre štruktúru proteínov?

Peptidové väzby udržujú usporiadanú kovafíziálnu sekvenciu aminokyselin a zároveň kladú geometrické obmedzenia na štruktúru molekuly. Ich čiastočný charakter dvojitých väzieb obmedzuje otáčanie okolo amidového spojenia C–N a prispieva k približne plochému geometrickému tvaru peptidovej skupiny. Rovnako karbónové skupiny a N–H v štruktúre môžu byť súčasťou väzieb vodíkových, ktoré sú dôležité pre štruktúry vyšších úrovní. Peptidové väzby teda nielen spájajú aminokyseliny – ich elektrónové a geometrické vlastnosti pomáhajú určiť štrukturálne možnosti celého reťazca. [1] [2]

20. Môžu enzýmy rozkladať peptidové väzby?

Áno. Proteázy a peptidázy môžu katalyzovať hydrolýzu peptidových väzieb, ale nemusia bez rozdielu odštiepiť všetky väzby. Rôzne enzýmy rozpoznávajú konkrétne sekvencie, štrukturálne prostredia alebo pozície v peptidových reťazcoch. Štrukturálne štúdie penicillopepsínu analyzovali spôsob, akým proteáza aspartová rozkladá substrát a vodu počas hydrolýzy, zatiaľ čo Davidson a Hutton preukázali selektívnu úpravu substrátov spojených s proinsulínom. Tieto príklady ukazujú, ako môžu biologické systémy kontrolovaným spôsobom rozkladať konkrétne peptidové väzby počas procesu spracovania a degradácie molekúl. [4] [10]

Obmedzenia v interpretácii štúdií o peptidových väzbách

Pri prechode od základnej chémie peptidových väzieb k záverom o skutočných peptidoch a proteínach je potrebné mať na pamäti niekoľko obmedzení.

Prvým je, že idealizovaná peptidová skupina, ktorá je prezentovaná v príručkách, je model typického štruktúrneho systému. Skutočné molekulárne štruktúry môžu vykazovať merateľné odchýlky od ideálnej plošnosti a geometrie. [2]

Po druhé, stabilita peptidového väzby To záleží od kontextu. Výsledky experimentov vykonávaných pri zvýšenej teplote, nepriaznivom pH, veľmi nízkom obsahu alebo v prítomnosti špecifických katalyzátorov sa nesmú automaticky použiť na predpovedanie správania sa molekuly za úplne iných podmienok. [11] [12]

Po tretie, rôzne enzýmy využívajú rôzne katalitycké mechanizmy. Dôkazy opisujúce hydrolýzu vedenú jednou aspartyláznou proteázou neznamenajú, že všetky proteázy rozkladajú peptidové väzby úplne rovnakým spôsobom. [4]

Po štvrté, peptidové väzby môžu vzniknúť rôznymi mechanizmami. Translokácia ribozómovej, biosyntéza nonribozómovej a laboratórna chemická syntéza môžu viesť k vzniku amidových väzieb, hoci využívajú rôzne substráty a molekulárne zariadenia. [3] [7]

Po piate, zmenu štruktúry proteínu nemožno automaticky interpretovať ako rozpad peptidových väzieb. Denaturácia, konformatívne zmeny, cis-trans prechody, porucha vodných väzieb, redukcia disiarčných mostov a hydrolýza peptidových väzieb opisujú rôzne molekulárne procesy.

Tieto rozdiely sú dôležité, pretože pojem peptidové väzby popisuje konkrétny typ kovalentného spojenia. Ak chceme pochopiť, čo sa vlastne deje s peptidom alebo bielkovinou, musíme zistiť, ktoré chemické väzby alebo molekulárne interakcie sa zmenili.

Zhrnutie

Peptidové väzby sú kovalentné amidové väzby, ktoré spájajú aminokyselinové zvyšky do peptidových a bielkovinových reťazcov. Hoci ich často zobrazujú jednoducho ako väzby C–N v opakujúcom sa fragmente štruktúry, –C(=O)–NH–, Ich chemická štruktúra je zložitejšia ako štruktúra bežného, voľne rotujúceho väzby jedného atómu.

De-lokalizácia elektrónov v amidovej skupine dáva C–N väzbe čiastočne dvojitú väzbu, čo obmedzuje jej rotáciu a uprednostňuje približne plochú geometriu peptidovej skupiny. Zároveň možnosť rotácie okolo susedných väzieb chrbtového reťazca umožňuje peptidovým reťazcom prijať veľmi rôznorodé trojrozmerné štruktúry.[1][2]

Peptidové väzby sa vyskytujú v štruktúre typických peptidov a bielkovín, ale treba ich odlíšiť od väzieb vodíkových, disiarčných mostov, iónových interakcií, hydrofóbneho efektu a špecializovaných väzieb bočných reťazcov, ako sú izopeptidové väzby.

Môžu vzniknúť v dôsledku rôznych procesov. Rybosomy vytvárajú peptidové väzby počas translácie pomocou aktivovaných substrátov spojených s tRNA, neribozomálne systémy využívajú špecializovanú enzymatickú mechanizáciu, zatiaľ čo syntéza v laboratóriu je založená na kontrolovaných chemických reakciách spájania. [3] [7]

Rovnako dôležité je ich rozštiepenie. Hydrolyza môže rozložiť peptidový reťazec na kratšie časti a proteázy a peptydázy umožňujú organizmom selektívne uskutočňovať tento proces. Výskum proteáz, spracovania proinsulínu, degradácie interleukínu 11 a gastrointestinálneho aktivačného peptidu ukazujú, že rozštiepenie závisí od molekulárneho kontextu a experimentálnych podmienok. [4] [10] [11] [12]

Najdôležitejšou zásadou je teda jednoduchá:

peptidové väzby zabezpečujú kovalenčnú kontinuitu aminokyselinových reťazcov, zatiaľ čo ich elektrónová štruktúra, kontrolované vytváranie a selektívne rozpadanie spájajú základnú chémiu s biologiou peptidov a bielkovín.

Zrieknutie sa zodpovednosti

Článok má výhradne edukačný a vedecko-informačný charakter. Vysvetľuje chemikú peptidových väzieb, ich molekulárnu štruktúru, vznik, hydrolýzu a príklady pochádzajúce z publikovaných štúdií. Neobsahuje lekársku radu, pokyny týkajúce sa liečby, laboratórne pokyny, odporúčania produktu ani rady týkajúce sa použitia akéhokoľvek peptidu alebo proteínu. Výsledky výpočtových, štrukturálnych, biochemických, pokusov na zvieratách a iných experimentov by mali byť interpretované v rámci podmienok a obmedzení jednotlivých štúdií.

Odkazy

1. Fedorov, D. G. (2024). Peptidový väzob: Resonancia zvyšuje poradie väzieb a komplikuje fragmentáciu. ChemPhysChem, 25(14), Článok e202400170. https://doi.org/10.1002/cphc.202400170
2. Improta, R., Vitagliano, L., & Esposito, L. (2011). Zmeny peptidových väzieb spôsobené plošnosťou: Nové poznatky z kvantovo-mechanických výpočtov a štruktúr peptidových/proteínových kryštálov. PLOS ONE, 6(9), Článok e24533. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0024533
3. Weinger, J. S., Parnell, K. M., Dorner, S., Green, R., & Strobel, S. A. (2004). Katalýza formovania peptidových väzieb pomocou substrátu realizovaná ribozómom. Nature Structural & Molecular Biology, 11(11), 1101–1106. https://doi.org/10.1038/nsmb841
4. James, M. N., & Sielecki, A. R. (1985). Stereochemická analýza hydrolýzy peptidových väzieb katalyzovanej aspartovou proteázou penicillopepsinom. Biochemia, 24(14), 3701–3713. https://doi.org/10.1021/bi00335a045
5. Ferrer, M., Woodward, C., & Barany, G. (1992). Syntéza pečeňového trypsinového inhibítora (BPTI) a dvoch analógov v pevných fázach. Chemický prístup na vyhodnotenie úlohy disulfidových mostov pri skladaní a stabilite proteínov. Medzinárodný časopis pre výskum peptidov a proteínov, 40(3–4), 194–207. Rekord v databáze PubMed
6. Saether, O., Craik, D. J., Campbell, I. D., Sletten, K., Juul, J., & Norman, D. G. (1995). Rozjasnenie primárnej a trojrozmernej štruktúry uterotónického polypeptidu kalata B1. Biochemia, 34(13), 4147–4158. https://doi.org/10.1021/bi00013a002
7. Stachelhaus, T., Mootz, H. D., Bergendahl, V., & Marahiel, M. A. (1998). Vytvorenie peptidových väzieb pri biosyntéze ne-ribozomálnych peptidov. Katalytická úloha kondenzačného domény. 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). Spektroskopické vlastnosti VCD beta-krúžkového miniproteínu CLN025 v rôznych rozpúšťadlách. Biopolyméry, 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). Detekcia cis- a trans-peptidových väzieb X-Pro v proteínoch pomocou 13C NMR: aplikácia na kolagén. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 81(15), 4800–4803. https://doi.org/10.1073/pnas.81.15.4800
10. Davidson, H. W., & Hutton, J. C. (1987). Karboxypeptidáza H, ktorá sekréciu inzulínu podporuje. Purifikácia a demonštrácia jej účasti pri spracovaní proinzulínu. Biochemiatický časopis, 245(2), 575–582. https://doi.org/10.1042/bj2450575
11. Kenley, R. A., & Warne, N. W. (1994). Hydrolyza peptidových väzieb kyselinou katalyzovaná rekombinantným ľudským interleukinom 11. Farmaceutický výskum, 11(1), 72–76. https://doi.org/10.1023/a:1018945727640
12. Mody, R., Tramontano, A., & Paul, S. (1994). Spontánna hydrolýza vazokonstriktívneho peptidu čriev v neutrálnom vodnom roztoku. Medzinárodný časopis pre peptidové a proteínové výskumy, 44(5), 441–447. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1994.tb00180.x