Peptidisidos

Peptidisidos on amidisidostyyppi. Se on kahden alfa-aminohapon välinen kovalenttinen sidos.[1]

Peptidisidoksen muodostuminen dehydraatiolla. Peptidisidos on oikealla punaisella korostettu C–N välinen sidos. R:t ovat sivuryhmiä. Reaktio on tasapainoreaktio (toisin kuin kuvassa) eli se voi edetä kumpaankin suuntaan. Reaktio ei kuitenkaan etene kumpaankaan suuntaan juuri lainkaan kehossa ilman entsyymikatalyysiä ja reaktio tapahtuu hieman eri tavalla esimerkiksi proteiineja tuottavilla ribosomeilla.[2]

Peptidisidos voi muun muassa muodostua dehydraatioreaktion kautta. Tässä reaktiossa yhden α-aminohapon karboksyyliryhmä (-COOH) reagoi toisen α-aminohapon aminoryhmän (-NH2) kanssa, aminohapot yhtyvät peptidisidoksen muodostaen ja vapautuu vesimolekyyli (H2O).[1] Reaktio on kondensaatioreaktio.[3]

Peptidisidoksesta voidaan puhua vain, kun yhtyneet amino- tai karboksyyliryhmät eivät ole osa aminohapon sivuryhmää R. Esimerkiksi lysiinissä myös sivuryhmässä on aminoryhmä ja glutamiinihapolla sivuryhmässä on karboksyyliryhmä. Nämä voivat reagoida keskenään tai jonkin toisen aminohapon kanssa muodostaen vaihtoehtoisen isopeptidisidoksen.[1]

Peptidisidosta kutsutaan joskus eupeptidisidokseksi (eng. eupeptide bond),[1] erityisesti kerrottaessa isopeptidisidoksista samassa yhteydessä, jotta sidostyypit voidaan selkeästi erottaa toisistaan.

Yksi tai useampi perättäinen peptidisidos muodostaa peptidin ja jos sidoksia on kylliksi, kyseessä on proteiini.[1]

cis-trans-isomeria ja sidoskulmat

Peptidisidoksen resonanssi.

Atomien C–N peptidisidokset ovat kiertymättömiä ja siksi peptidisidoksen lähialue on kolmiulotteiselta rakenteeltaan tasomainen. Kiertymättömyys johtuu peptidisidoksen resonanssista,[2] jonka saa aikaan elektronien "siirtyminen" eli delokalisoituminen atomien O ja C välisestä kaksoissidoksesta osin myös N-atomin π-orbitaaleille. Tämä saa C–N sidoksen käyttäytymään aivan kuin niiden välillä olisi kaksoissidos. Siksi peptidisidoksilla on cis-trans-isomeriaa.[4] Proteiineissa valtaosa on trans-sidoksia,[2] sillä niiden muodostuminen on energeettisesti edullisempaa kuin cis-muodon, jossa kohdakkaiset ryhmät muodostavat steerisen esteen.[4]

N–Cα ja Cα–C (Cα on α-hiili) väliset sidokset voivat taas kiertyä φ- ja ψ-kiertokulmiin vastaavasti. Kiertyminen on mahdollista sillä sidokset ovat yksöissidoksia ilman resonanssia. Näidenkin kiertyminen on tosin rajoittunutta johtuen aminohappojen sivuryhmien R aiheuttamista steerisistä esteistä. Mahdollisia kulmia voidaan kuvata kaksiulotteisella Ramachandran-kuvaajalla, jossa φ- ja ψ-kulmat ovat x- ja y-akseleina vastaavasti.[2]

Peptidiketju. Kiertymätöntä C–N -sidosta ympäröivä sininen alue on tasomainen. Sidokset N–Cα (φ-kulma) ja Cα–C (ψ-kulmat) kiertyvät, mutta sivuryhmien R rajoittamana.

Biosynteesi

Proteiinien peptidisidoksia muodostavat ribosomit soluissa ATP:n tuoman energian avulla translaatioksi kutsutussa prosessissa.[2] Tiettyjä peptidisidoksia muodostavat omanlaisensa entsyymit: esimerkiksi glutationi-tripeptidin kysteiini-glysiini peptidisidoksen muodostaa glutationisyntetaasi. Glutamaatti-kysteiiniligaasi muodostaa toisen sidoksen,[5] joka on isopeptidisidos.[6]

Hajoaminen

Peptidisidos voi hajota hydrolyyttisesti eli veden liittyessä sidokseen, mutta tämä on äärimmäisen hidasta. 25 °C vesiliuoksessa peptidisidoksen muodostumisen tasapainoreaktio on hydrolyysin suuntaan sidosten muodostumisen sijaan. Kuitenkin näissä oloissa sidosten ei-katalyyttisen hajoamisen puoliintumisaika on 350–600 vuotta per sidos. Edes pH:n muutos alueella 4.2–7.8 tai ionivahvuuden muutos ei vaikuta merkittävästi hajoamisnopeuteen.[7] Kehossa sidoksia hajottavat katalyyttisesti siksi proteaasit.[2] Vesiliuoksessa sidosten rikkoutuminen hydrolyyttisesti vapauttaa 8–16 kJ/mol (2–4 kcal/mol) Gibbsin energiaa 25–37 °C lämpötilassa.[8]

Lähteet

  1. ↑ a b c d e Nomenclature and Symbolism for Amino Acids and Peptides. Recommendations 1983. European Journal of Biochemistry, tammikuu 1984, 138. vsk, nro 1, s. 9–37. doi:10.1111/j.1432-1033.1984.tb07877.x ISSN 0014-2956 Artikkelin verkkoversio. (Arkistoitu – Internet Archive)
  2. ↑ a b c d e f D. L. Nelson & M. M. Cox: Lehninger principles of biochemistry, s. 82, 93, 116–117, 1092. (5. painos) New York: W.H. Freeman, 2008. OCLC: 191854286. LCCN: 2007941224 ISBN 9780716771081 Teoksen verkkoversio.
  3. ↑ P Muller: Glossary of terms used in physical organic chemistry (IUPAC Recommendations 1994). Pure and Applied Chemistry, 1994, 66. vsk, nro 5, s. 1077–1184. doi:10.1351/pac199466051077 ISSN 1365-3075 Artikkelin verkkoversio.
  4. ↑ a b J. Clayden et al: Organic chemistry, s. 164, 166. Oxford: Oxford University Press, 2000. OCLC: 43338068 ISBN 9780198503460 Teoksen verkkoversio.
  5. ↑ SC Lu: Glutathione synthesis. Biochimica et biophysica acta, 2013, 1830. vsk, nro 5, s. 3143–3153. PubMed:22995213 doi:10.1016/j.bbagen.2012.09.008 ISSN 0006-3002 Artikkelin verkkoversio.
  6. ↑ Berg, J. M. & Tymoczko, J. L. & Stryer, L.: ”24.4 Amino Acids Are Precursors of Many Biomolecules”, Biochemistry. (5. painos) New York: W.H. Freeman, 2002. OCLC: 48055706 ISBN 9780716730514 Teoksen verkkoversio.
  7. ↑ A Radzicka, R Wolfenden: Rates of Uncatalyzed Peptide Bond Hydrolysis in Neutral Solution and the Transition State Affinities of Proteases. Journal of the American Chemical Society, 1996, 118. vsk, nro 26, s. 6105–6109. doi:10.1021/ja954077c ISSN 0002-7863 Artikkelin verkkoversio.
  8. ↑ RB Martin: Free energies and equilibria of peptide bond hydrolysis and formation. Biopolymers, 15.4.1998, 45. vsk, nro 5. doi:10.1002/(sici)1097-0282(19980415)45:5%3C351::aid-bip3%3E3.0.co;2-k ISSN 1097-0282 Artikkelin verkkoversio.

Aiheesta muualla