ペプチド結合

ペプチド結合とは

ペプチド結合（peptide bond）は、アミノ酸同士が脱水縮合することで形成される共有結合です。具体的には、α-アミノ酸のカルボキシル基（-COOH）と別のアミノ酸のアミノ基（-NH2）の間で水分子（H2O）が失われ、-CO-NH-という結合が生成されます。この結合は、アミド結合の一種であり、特にタンパク質を構成する上で非常に重要です。

ペプチドとタンパク質

ペプチド結合によってアミノ酸が鎖状に連結した物質をペプチドと呼びます。アミノ酸が2つ結合したものをジ[[ペプチド]]、3つ結合したものをトリペプチドと呼び、多数のアミノ酸が結合した高分子物質はタンパク質です。タンパク質は、ポリペプチドとも呼ばれます。

ペプチド結合の強固さ

ペプチド結合は非常に強固な結合であり、通常の環境下では容易に加[[水分解]]されません。加[[水分解]]は、強酸性や強アルカリ性の条件下でのみ起こります。しかし、生体内には、ペプチダーゼやプロテアーゼといった酵素が存在し、これらの酵素はペプチド結合を特異的に加[[水分解]]することができます。これらの酵素の中には、中性付近のpHや体温程度の温度で、迅速にペプチド結合を切断するものも存在します。

ペプチド結合の合成

ペプチド結合は、アミノ酸同士の縮合反応によって形成されます。具体的には、2つのアミノ酸が接近し、一方のカルボキシル基から水素と酸素が、もう一方のアミノ基から水素が失われ、1分子の水が放出されます。そして、残った原子同士が結合し、ペプチド結合が形成されます。この反応は脱水合成反応とも呼ばれます。

エネルギーの必要性

ペプチド結合の形成にはエネルギーが必要です。生体内では、このエネルギーは主にATP（アデノシン三リン酸）によって供給されます。ペプチドやタンパク質は、アミノ酸がペプチド結合によって連結した鎖であり、生物は酵素を使って非リボソームペプチドを合成したり、リボソームでタンパク質を合成したりします。

非リボソームペプチドとリボソームペプチド

リボソームで合成されるペプチドはリボソームペプチドと呼ばれ、α-アマニチンなどが該当します。一方、多くはリボソームではなく特殊な酵素によって合成され、非リボソームペプチドと呼ばれます。例えば、トリペプチドのグルタチオンは、2つの酵素によって段階的に合成されます。

ペプチド結合の分解

ペプチド結合は、加[[水分解]]によって切断されます。この過程では、水分子が結合に付加され、結合が破壊されます。加[[水分解]]は通常非常に遅く、25℃では半減期が1結合あたり350年から600年にもなります。生体内では、ペプチダーゼやプロテアーゼなどの酵素がこのプロセスを触媒します。また、タンパク質の立体構造変化によってペプチド結合が不安定になり、加[[水分解]]が促進される場合もあります。

ペプチド結合のスペクトル

ペプチド結合は、190nmから230nmの波長の光を吸収します。このため、紫外線によって影響を受けやすい性質があります。

ペプチド結合のシス/トランス異性体

ペプチド結合は、窒素原子上の孤立電子対の非局在化により、部分的な二重結合の性質を持ちます。このため、アミド基は平面構造をとり、シス型またはトランス型の異性体が存在します。タンパク質のアンフォールド状態では、ペプチド基は自由に異性化できますが、フォールド状態では特定の異性体のみが選択されます。通常はトランス型が圧倒的に好まれますが、X-Proペプチドではシス型も一定の割合で存在します。

二面角

ペプチド基の二面角（ω）は、シス型では0°、トランス型では180°となります。アミド基はシス型とトランス型の間で異性化できますが、その速度は遅いです。遷移状態では、部分的な二重結合を切断する必要があるため、高い活性化エネルギーが必要です。ただし、周囲の環境を変化させることで、活性化エネルギーを下げることができます。ペプチジルプロリルイソメラーゼ（PPIases）は、X-Proペプチド結合のシス-トランス異性化を触媒します。

立体構造への影響

ペプチド基の異性化は、タンパク質の立体構造に大きな影響を与えます。非天然型の異性体は、タンパク質の折り畳みを遅らせたり、妨げたりすることがあります。しかし、すべてのペプチド基が同じように折り畳みに影響を与えるわけではありません。

ペプチド結合の化学反応

ペプチド結合は、共鳴安定化のため、生理的条件下では比較的反応性が低いですが、特定の条件下では化学反応を起こします。カルボニル炭素が求核攻撃を受けることで、結合が切断され、四面体中間体が形成されます。この反応は、タンパク質分解やN-Oアシル交換反応に見られます。

シクロール

ペプチド結合を攻撃する官能基がチオール、ヒドロキシル、またはアミンである場合、シクロールと呼ばれる環状分子が生成されます。それぞれ、チアシクロール、オキサシクロール、アザシクロールと呼ぶことがあります。

参照項目

ペプチド固相合成法
タンパク質分解マップ (PMAP)

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