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有機化学において、ペプチド結合とは、ペプチド鎖またはタンパク質鎖に沿って、一方のα-アミノ酸のC1（炭素番号1）と他方のα-アミノ酸のN2（窒素番号2）によって連結される、アミド型の共有結合である。[ 1 ]
また、 2つのアミノ酸間の別のタイプのアミド結合であるイソペプチド結合と区別するために、ユーペプチド結合[ 1 ]とも呼ばれる。
2 つのアミノ酸がペプチド結合を介してジペプチドを形成するとき、[ 1 ]これは縮合反応の一種です。[ 2 ]この反応では、2 つのアミノ酸が互いに接近し、一方の非側鎖(C1)カルボン酸部分が他方の非側鎖 (N2)アミノ部分に近づきます。一方のアミノ酸はカルボキシル基 (COOH) から水素と酸素を失い、もう一方のアミノ酸はアミノ基 (NH 2 ) から水素を失います。この反応により、1 分子の水 (H 2 O) と、ペプチド結合 (−CO−NH−) で結合した 2 つのアミノ酸が生成されます。結合した 2 つのアミノ酸はジペプチドと呼ばれます。
アミド結合は、一方のアミノ酸分子のカルボキシル基が他方のアミノ酸分子のアミノ基と反応し、水分子（H₂O ）が放出されることで合成されるため、このプロセスは脱水合成化学反応である。
ペプチド結合の形成にはエネルギーが消費され、生物ではそのエネルギーはATPから得られる。[ 3 ]ペプチドとタンパク質は、ペプチド結合（および場合によっては少数のイソペプチド結合）によって結合されたアミノ酸の鎖である。生物は酵素を使用して非リボソームペプチドを生成し、[ 4 ]リボソームを使用して脱水縮合とは詳細が異なる反応を介してタンパク質を生成する。[ 5 ]
α-アマニチンなどの一部のペプチドはリボソームによって作られるためリボソームペプチドと呼ばれますが[ 6 ]、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るため非リボソームペプチドです。たとえば、トリペプチドであるグルタチオンは、遊離アミノ酸から2つの酵素、グルタミン酸-システインリガーゼ（イソペプチド結合を形成するが、これはペプチド結合ではない）とグルタチオンシンテターゼ（ペプチド結合を形成する）によって2段階で合成されます。[ 7 ] [ 8 ]
ペプチド結合は加水分解（水の添加）によって切断される。水中でのペプチド結合の加水分解は、8～16 kJ / mol（2～4 kcal / mol）のギブズエネルギーを放出する。[ 9 ]このプロセスは非常に遅く、25 °C での半減期は結合あたり 350 ～ 600 年である。[ 10 ]
生物では、このプロセスは通常、ペプチダーゼまたはプロテアーゼとして知られる酵素によって触媒されますが、ペプチド/タンパク質が天然構造に折り畳まれる際の立体構造の歪みによってペプチド結合の加水分解が起こるという報告もあります。[ 11 ]したがって、この非酵素的プロセスは遷移状態の安定化によって加速されるのではなく、基底状態の不安定化によって加速されます。
窒素原子上の孤立電子対の著しい非局在化により、この基は部分的な二重結合性を持つ。部分的な二重結合により、アミド基は平面構造となり、シス異性体またはトランス異性体のいずれかで存在する。タンパク質の非折り畳み状態では、ペプチド基は自由に異性化して両方の異性体をとることができるが、折り畳み状態では、各位置で単一の異性体のみが採用される（まれな例外を除く）。ほとんどのペプチド結合では、トランス型が圧倒的に好まれる（トランス：シスの比率は約1000：1）。しかし、X-Proペプチド基は、約30：1の比率となる傾向がある。これはおそらく、プロリンのCα原子とCδ原子間の対称性により、シス異性体とトランス異性体のエネルギーがほぼ等しくなるためと考えられる（下図参照）。
ペプチド基（4つの原子Cα–C'–N–Cαで定義される）に関連する二面角は、;シス異性体（シンペリプラナー配座）の場合、トランス異性体（アンチペリプラナー配座）の場合。アミド基は、シス型とトランス型の間でC'–N結合に関して異性化することができるが、その速度は遅い（ （室温で数秒）。部分的な二重結合が切断される必要があるため、活性化エネルギーは約 80 kJ/mol (20 kcal/mol) です。しかし、ペプチド基を疎水性環境に置く、または X- Pro ペプチド基の窒素原子に水素結合を供与するなど、単結合型を有利にする変化によって活性化エネルギーを下げ（異性化を触媒する）ことができます。活性化エネルギーを下げるこれらのメカニズムは両方とも、X-Pro ペプチド結合のシス-トランス異性化を触媒する天然酵素であるペプチジルプロリルイソメラーゼ(PPIase) で観察されています。
タンパク質の立体構造変化に伴う折り畳みは、通常、 シス-トランス異性化（10～100秒）よりもはるかに速い（典型的には10～100 ミリ秒）。一部のペプチド基の非天然異性体は、立体構造変化に伴う折り畳みを著しく阻害し、折り畳みを遅らせたり、天然異性体に到達するまで折り畳み自体を阻害したりする可能性がある。しかし、すべてのペプチド基が折り畳みに同じ影響を与えるわけではなく、他のペプチド基の非天然異性体は折り畳みに全く影響を与えない場合もある。
ペプチド結合は共鳴安定化により、生理的条件下では比較的反応性が低く、エステルなどの類似化合物よりもさらに反応性が低い。しかしながら、ペプチド結合は化学反応を起こすことがあり、通常は電気陰性原子がカルボニル炭素を攻撃し、カルボニル二重結合を切断して四面体中間体を形成する。これはタンパク質分解、より一般的にはインテインなどのN-Oアシル交換反応で起こる経路である。ペプチド結合を攻撃する官能基がチオール基、ヒドロキシル基、またはアミン基である場合、生成される分子はシクロル、より具体的にはチアシクロル、オキサシクロル、またはアザシクロルと呼ばれる。
