두 개의 아미노산이 펩타이드 결합을 통해다이펩타이드를 형성할 때[1] 이것은축합 반응의 일종이다.[2] 이런 종류의 축합에서 두 개의 아미노산 중 하나는 비측쇄카복실기(C-1)부분이, 다른 하나는 비측쇄아미노기(N-2) 부분이 서로 접근하면서 반응이 일어난다. 하나는 카복실기(-COOH)에서수소와산소를 잃고, 다른 하나는 아미노기(-NH2)에서 수소를 잃는다. 이러한 반응으로 물(H2O) 분자와 두 개의 아미노산이 펩타이드 결합(-CO-NH-)으로 연결된 화합물이 형성된다. 두 아미노산이 결합된 화합물을 다이펩타이드라고 부른다.
아마이드 결합은 한 아미노산 분자의카복실기가 다른 아미노산 분자의아미노기와 반응하여물(H2O) 분자를 방출하면서 합성되므로 탈수축합 반응이다.
두아미노산의 탈수축합으로 펩타이드 결합(적색)이 형성되고, 물 분자(청색)가 빠져나온다. R기(곁사슬)
펩타이드 결합의 형성은 에너지를 소비하며, 생명체에서 이 에너지는ATP(또는GTP)로부터 유래된다.[3]펩타이드와단백질은 펩타이드 결합(그리고 때로는 몇 개의 아이소펩타이드 결합)에 의해 결합된아미노산의 사슬이다. 생명체는효소를 사용하여비리보솜 펩타이드를 생성하고,[4]리보솜을 사용하여 탈수 합성과 다른 세부적인 반응들을 통해 단백질을 생성한다.[5]
알파-아마니틴과 같은 일부 펩타이드는 리보솜에 의해 만들어짐에 따라 ‘리보솜 펩타이드’라고 불리지만[6] 리보솜이 아닌 다른 전문 효소에 의해 합성되므로 비리보솜 펩타이드인 경우가 많다. 예를 들어, 트라이펩타이드인글루타티온은글루탐산-시스테인 리게이스(펩타이드 결합이 아닌 아이소펩타이드 결합을 형성함) 및글루타티온 합성효소(펩타이드 결합을 형성함)의 두 효소에 의해 유리 아미노산으로부터 두 단계로 합성된다.[7][8]
펩타이드 결합은가수분해에 의해 분해될 수 있다. 물의 존재 하에서 펩타이드 결합은 분해되어 8~16kJ/mol (2~4kcal/mol)의깁스 자유 에너지를 방출한다.[9] 이러한 펩타이드 결합의 분해는 효소가 없으면 25°C에서 350~600년의반감기로 매우 느리게 일어난다.[10]
살아있는생물체에서펩타이드/단백질이 원래의 구조로 접히면서 입체구조적 긴장에 의해 야기된 펩타이드 결합의가수분해에 대한 보고가 있지만, 펩타이드 결합의 분해는 일반적으로펩티데이스나프로테이스로 알려진효소에 의해촉매된다.[11] 따라서, 이러한 비효소적 과정은전이 상태의 안정화에 의해 촉진되는 것이 아니라,기저 상태의 불안정화에 의해 촉진된다.
질소 원자 상의고립 전자쌍의 현저한 비편재화는 펩타이드기에 부분적인 이중 결합의 특성을 부여한다. 부분적인 이중 결합은 아마이드기를평면이 되게 만들며,시스 또는 트랜스 이성질체가 형성된다. 단백질이 접혀지지 않은 상태에서 펩타이드기는 자유롭게 이성질화되고, 두 가지 이성질체 형태를 모두 채택할 수 있다. 그러나 단백질이 접힌 상태에서는 각 위치에서 하나의 이성질체 형태만 채택될 수 있다(희귀한 예외 포함). 대부분의 펩타이드 결합에서 트랜스 형태가 압도적으로 선호된다(트랜스:시스의 비율은 약 1000 : 1 이다). 그러나, X-프롤린 펩타이드기는 약 30 : 1의 비율을 갖는 경향이 있는데, 아마도프롤린의원자와원자 사이의 대칭성이 시스 이성질체와 트랜스 이성질체의 에너지 상태를 거의 동일하게 만들기 때문이다(아래의 그림 참조).
X-프롤린 펩타이드 결합의 이성질화. 시스 및 트랜스 이성질체는 각각의 전이 상태에 의해 분리되어 맨 왼쪽과 맨 오른쪽에 위치해 있다.
펩타이드기와 관련된이면각(4개의 원자에 의해 정의됨)은로 표시되며, 시스 이성질체의 경우이고, 트랜스 이성질체의 경우이다. 아마이드기는 비록 느리지만(실온에서20초), 시스 형태와 트랜스 형태 사이의 C'-N 결합에 대해 이성질화될 수 있다.전이 상태은 부분적인 이중 결합이 깨져서 활성화 에너지가 약 80 kJ/mol (20 kcal/mol)이 된다. 그러나, 소수성 환경에서 펩타이드기를 위치시키거나 X-프롤린 펩타이드기의 질소 원자에수소 결합을 형성하도록 하는 것과 같은단일 결합의 형태를 선호하는 변화에 의해 이성질화가촉매되고활성화 에너지가 낮아질 수 있다. 활성화 에너지를 낮추기 위한 이러한 두 가지 메커니즘은 X-프롤린 펩타이드 결합의 시스-트랜스 이성질화를 촉매하는 효소인 펩티딜 프롤린 이성질화효소에서 관찰되었다.
입체구조적인단백질 접힘(10~100ms)은 시스-트랜스 이성질화(10~100초)보다 일반적으로 훨씬 빠르다. 일부 펩타이드기의 비고유 이성질체는 고유한 이성질체에 도달할 때까지 그것의 형성을 느리게 하거나 심지어 생성되지 않도록 입체구조적인 접힘 과정을 크게 방해할 수 있다. 그러나 모든 펩타이드기들이 단백질 접힘 과정에 동일한 영향을 미치는 것은 아니다. 다른 펩타이드기의 비고유 이성질체는 단백질 접힘 과정에 전혀 영향을 미치지 않을 수 있다.
펩타이드 결합의 공명 안정화 때문에, 펩타이드 결합은 생리적 조건 하에서에스터와 같은 유사한 화합물보다 상대적으로 비반응성이다. 그럼에도 불구하고, 펩타이드 결합은 화학 반응을 겪을 수 있는데, 대개카보닐탄소 상의전기음성도를 나타내는 원자의 공격을 통해 카보닐 이중 결합을 분해하고 사면체의중간생성물을 형성한다. 이것은단백질 분해에서, 그리고 보다 일반적으로는인테인과 같은 N-O 아실 교환 반응에 따르는 경로이다. 펩타이드 결합을 공격하는 작용기가티올,하이드록시기 또는아민일 때, 그 결과로 생기는 분자를 사이클롤(cyclol) 또는 보다 더 구체적으로 싸이아사이클롤(thiacyclol), 옥사사이클롤(oxacyclol) 또는 아자사이클롤(azacyclol)로 부를 수 있다.
↑Watson J, Hopkins N, Roberts J, Agetsinger Steitz J, Weiner A (1987) [1965]. 《Molecualar Biology of the Gene》 (hardcover) Four판. Menlo Park, CA: The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. 168쪽.ISBN978-0805396140.
↑Griffiths AJ, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (2000).《Protein synthesis》. 《An Introduction to Genetic Analysis》 7판 (New York: W. H. Freeman).ISBN978-0716735205.
↑Wu G, Fang YZ, Yang S, Lupton JR, Turner ND (March 2004). “Glutathione metabolism and its implications for health”. 《The Journal of Nutrition》134 (3): 489–92.doi:10.1093/jn/134.3.489.PMID14988435.
↑Radzicka A, Wolfenden R (1996년 1월 1일). “Rates of Uncatalyzed Peptide Bond Hydrolysis in Neutral Solution and the Transition State Affinities of Proteases”. 《Journal of the American Chemical Society》118 (26): 6105–6109.doi:10.1021/ja954077c.ISSN0002-7863.
↑Sandberg A, Johansson DG, Macao B, Härd T (April 2008). “SEA domain autoproteolysis accelerated by conformational strain: energetic aspects”. 《Journal of Molecular Biology》377 (4): 1117–29.doi:10.1016/j.jmb.2008.01.051.PMID18308334.
