ペプチド結合

有機化学において、ペプチド結合は、ペプチドまたはタンパク質鎖に沿って、1つのαアミノ酸のC1（炭素番号1）と別のαアミノ酸のN2（窒素番号2）から連続する2つのαアミノ酸を結合するアミド型の共有化学結合です。^[1]

2つのアミノ酸間の別の種類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]と呼ばれることもあります。

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場合、^[1]それは縮合反応の一種です。^[2]この種の縮合では、2つのアミノ酸が互いに近づき、一方の非側鎖（C1）カルボン酸部分がもう一方の非側鎖（N2）アミノ部分に近づきます。一方はカルボキシル基（COOH）から水素と酸素を失い、もう一方はアミノ基（NH ₂）から水素を失います。この反応により、水分子（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、1 つのアミノ酸分子のカルボキシル基が他のアミノ酸分子のアミノ基と反応して水分子(H ₂ O) が放出されるときに合成されるため、このプロセスは脱水合成反応です。

ペプチド結合の形成にはエネルギーが消費されますが、生物ではそのエネルギーはATPから得られます。^[3]ペプチドとタンパク質は、ペプチド結合（場合によってはいくつかのイソペプチド結合）によって結合したアミノ酸の鎖です。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合成とは細部が異なる反応を介してタンパク質を生成します。^[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、トリペプチドのグルタチオンは、グルタミン酸システインリガーゼ（ペプチド結合ではないイソペプチド結合を形成）とグルタチオン合成酵素（ペプチド結合を形成）の2つの酵素によって遊離アミノ酸から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では、8～16 kJ / mol（2～4  kcal / mol）のギブズエネルギーが放出される。^[9]このプロセスは非常に遅く、25℃での半減期は1結合あたり350～600年である。 ^[10]

生体内では、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呼ば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配座の歪みによってペプチド結合の加水分解が引き起こされるという報告もあります。^[11]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、むしろ基底状態の不安定化によって加速されます。

ペプチド結合の吸収波長は190～230 nmであるため[12]、特に紫外線^の影響を受けやすい。

窒素原子上の孤立電子対の顕著な非局在化により、この基は部分的な二重結合特性を持つ。部分的な二重結合によりアミド基は平面状となり、シス異性体またはトランス異性体として現れる。タンパク質が折り畳まれていない状態では、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、折り畳まれた状態では、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しい（トランス：シス集団の比率はおよそ 1000：1）。ただし、X-Pro ペプチド基はおよそ 30：1 の比率になる傾向があり、これはおそらく、下の図に示すように、プロリンの C ^α原子と C ^δ原子の対称性により、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。

ペプチド基（4つの原子 C ^α –C'–N–C ^αによって定義される）に関連する二面角は、シス異性体（シンペリプラナー配座）の場合は 、トランス異性体（アンチペリプラナー配座）の場合はで示されます。アミド基は、シス形とトランス形の間の C'–N 結合の周りで異性化できますが、速度は遅いです（ 室温で数秒）。遷移状態では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およそ 80 kJ/mol（20 kcal/mol）です。ただし、ペプチド基を疎水性環境に置いたり、X-Pro ペプチド基の窒素原子に水素結合を供与したりするなど、単結合形に有利な変化によって活性化エネルギーを下げることができます（異性化が触媒されます）。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。${\displaystyle \omega}$${\displaystyle \omega =0^{\circ}}$${\displaystyle \omega =180^{\circ}}$${\displaystyle \tau \sim 20}$ ${\displaystyle \omega =\pm 90^{\circ}}$

タンパク質の立体構造の折り畳みは、通常、シス-トランス異性化 (10～100 秒) よりもはるかに高速です (通常 10～100 ミリ秒)。一部のペプチド グループの非ネイティブ異性体は、立体構造の折り畳みを大幅に妨害し、折り畳みを遅くしたり、ネイティブ異性体に達するまで折り畳みの発生を阻止したりすることがあります。ただし、すべてのペプチド グループ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 グループの非ネイティブ異性体は折り畳みにまったく影響しない場合があります。

共鳴安定化のため、ペプチド結合は生理学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。それでも、ペプチド結合は化学反応を起こす可能性があり、通常はカルボニル炭素上の電気陰性度原子の攻撃によってカルボニル二重結合が切断され、四面体中間体が形成される。これは、タンパク質分解、およびより一般的にはインテインなどのN–Oアシル交換反応でたどられる経路である。ペプチド結合を攻撃する官能基がチオール、ヒドロキシル、またはアミンである場合、結果として生じる分子はシクロル、より具体的にはそれぞれチアシクロル、オキサシクロル、またはアザシクロルと呼ばれることがある。

• タンパク質分解マップ