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ペプチド結合 けつごう (円 えん 内 ない )
ペプチド結合 けつごう (ペプチドけつごう、英 えい : peptide bond )とは、アミド結合 けつごう のうちα あるふぁ -アミノ酸 あみのさん 同士 どうし が脱水 だっすい 縮 ちぢみ 合 あい して形成 けいせい される共有 きょうゆう 結合 けつごう である[1] 。分類 ぶんるい 上 じょう は2級 きゅう アミドに分類 ぶんるい される。また、タンパク質 たんぱくしつ 中 ちゅう でもα あるふぁ -アミノ酸 あみのさん が連続 れんぞく していない場合 ばあい はペプチド結合 けつごう と呼 よ ばれず、単 たん にアミド結合 けつごう と呼 よ ばれる。
このようにして生成 せいせい する物質 ぶっしつ はペプチド と呼 よ ばれ、その縮 ちぢみ 合 あわ しているアミノ酸 あみのさん の数 かず が2つ、3つ、4つ、5つ……となるごとにジペプチド、トリペプチド、テトラペプチド、ペンタペプチド……という。多数 たすう のアミノ酸 あみのさん が縮 ちぢみ 合 あわ した高分子 こうぶんし 物質 ぶっしつ はタンパク質 たんぱくしつ であり、このため、タンパク質 たんぱくしつ をポリペプチド とも呼 よ ぶ。
アミド結合 けつごう は強固 きょうこ な結合 けつごう であり、加水 かすい 分解 ぶんかい は強 つよ 酸性 さんせい や強 つよ アルカリ性 あるかりせい の条件 じょうけん でしか起 お こらない。しかし生体 せいたい 内 ない にはペプチド結合 けつごう のみを選択 せんたく 的 てき に加水 かすい 分解 ぶんかい する酵素 こうそ ペプチダーゼ、プロテアーゼ が存在 そんざい し、これらの中 なか には中性 ちゅうせい に近 ちか い生物 せいぶつ の体温 たいおん 程度 ていど の温度 おんど でかなり迅速 じんそく にペプチド結合 けつごう を加水 かすい 分解 ぶんかい することができるものもある。
脱水 だっすい 反応 はんのう によるペプチド結合 けつごう の形成 けいせい 2つのアミノ酸 あみのさん がペプチド結合 けつごう を介 かい してジペプチド を形成 けいせい する場合 ばあい [1] 、これは縮 ちぢみ 合 あい 反応 はんのう の一種 いっしゅ である[2] 。この種 たね の縮 ちぢみ 合 あい では、2つのアミノ酸 あみのさん が互 たが いに接近 せっきん して、一方 いっぽう の非 ひ 側 がわ 鎖 くさり (C1)カルボン酸 さん 部分 ぶぶん が、他方 たほう の非 ひ 側 がわ 鎖 くさり (N2)アミノ 部分 ぶぶん に接近 せっきん する。一方 いっぽう はカルボキシル基 もと (COOH)から水素 すいそ と酸素 さんそ を失 うしな い、もう一方 いっぽう はアミノ基 もと (NH2 )から水素 すいそ を失 うしな う。この反応 はんのう により、1分子 ぶんし の水 みず (H2 O )とペプチド結合 けつごう (-CO-NH- )で結合 けつごう した2つのアミノ酸 あみのさん が生成 せいせい する。2つのアミノ酸 あみのさん が結合 けつごう したものをジペプチドと呼 よ ぶ。
アミド結合 けつごう のプロセスは脱水 だっすい 合成 ごうせい 反応 はんのう であり、一方 いっぽう のアミノ酸 あみのさん 分子 ぶんし のカルボキシル基 もと と他方 たほう のアミノ酸 あみのさん 分子 ぶんし のアミノ基 もと が反応 はんのう し、1分子 ぶんし の水 みず (H2 O )が放出 ほうしゅつ されて合成 ごうせい が行 おこな われる。
2つのアミノ酸 あみのさん が脱水 だっすい 縮 ちぢみ 合 あわ してペプチド結合 けつごう (赤 あか )を形成 けいせい し、水 みず (青 あお )が排出 はいしゅつ される
ペプチド結合 けつごう の形成 けいせい にはエネルギーが必要 ひつよう であるが、生物 せいぶつ の場合 ばあい はATP が使 つか われる[3] 。ペプチドやタンパク質 たんぱくしつ は、アミノ酸 あみのさん がペプチド結合 けつごう (いくつかのイソペプチド結合 けつごう の場合 ばあい もある)で結合 けつごう した鎖 くさり である。生物 せいぶつ は酵素 こうそ を使 つか って非 ひ リボソームペプチド を作 つく り[4] 、リボソーム は脱水 だっすい 合成 ごうせい とは細部 さいぶ が異 こと なる反応 はんのう を使 つか ってタンパク質 たんぱくしつ を作 つく る[5] 。
α あるふぁ -アマニチン のように、リボソームで作 つく られるためリボソームペプチドと呼 よ ばれるものもあるが[6] 、多 おお くはリボソームではなく特殊 とくしゅ な酵素 こうそ で合成 ごうせい されるため、非 ひ リボソームペプチド と呼 よ ばれる。たとえば、トリペプチドのグルタチオン は、遊離 ゆうり のアミノ酸 あみのさん から2つの酵素 こうそ 、グルタミン酸 ぐるたみんさん -システインリガーゼ(英語 えいご 版 ばん ) (ペプチド結合 けつごう ではないイソペプチド結合 けつごう を形成 けいせい )とグルタチオン合成 ごうせい 酵素 こうそ (ペプチド結合 けつごう を形成 けいせい )によって2段階 だんかい で合成 ごうせい される[7] [8] 。
ペプチド結合 けつごう は、加水 かすい 分解 ぶんかい (水 みず の添加 てんか )によって切断 せつだん される可能 かのう 性 せい がある。水 みず の存在 そんざい 下 か で分解 ぶんかい され、8~16 kJ /mol (2~4 kcal /mol)のギブスエネルギー を放出 ほうしゅつ する[9] 。このプロセスは非常 ひじょう に遅 おそ く、25℃での半減 はんげん 期 き は1結合 けつごう あたり350 - 600年 ねん になる[10] 。
生体 せいたい 内 ない では、通常 つうじょう 、ペプチダーゼまたはプロテアーゼ としても知 し られる酵素 こうそ がこのプロセスを触媒 しょくばい するが、ペプチドやタンパク質 たんぱくしつ が天然 てんねん 構造 こうぞう にフォールド (折 お りたたむ)する際 さい の立体 りったい 配 はい 座 ざ 的 てき な歪 ゆが みによってペプチド結合 けつごう が加水 かすい 分解 ぶんかい されるという報告 ほうこく もある[11] 。したがって、この非 ひ 酵素 こうそ 的 てき なプロセスは、遷移 せんい 状態 じょうたい の安定 あんてい 化 か によってではなく、むしろ基底 きてい 状態 じょうたい の不安定 ふあんてい 化 か によって促進 そくしん される。
ペプチド結合 けつごう の吸収 きゅうしゅう Aの波長 はちょう は190 - 230 nmである[12] (このため、特 とく に紫外線 しがいせん の影響 えいきょう を受 う けやすい)。
窒素 ちっそ 原子 げんし 上 じょう の孤立 こりつ 電子 でんし 対 たい が大 おお きく非 ひ 局在 きょくざい 化 か することで、ペプチド基 もと は部分 ぶぶん 二 に 重 じゅう 結合 けつごう (英語 えいご 版 ばん ) 特性 とくせい を持 も つ。この部分 ぶぶん 二 に 重 じゅう 結合 けつごう によって、アミド基 もと は平面 へいめん 的 てき になり、シス型 がた またはトランス型 がた の異性 いせい 体 たい が存在 そんざい する。タンパク質 たんぱくしつ のアンフォールド(展開 てんかい )状態 じょうたい では、ペプチド基 もと は自由 じゆう に異性 いせい 化 か して両方 りょうほう の異性 いせい 体 たい を採用 さいよう することができるが、しかし、フォールド状態 じょうたい では、各 かく 位置 いち で単一 たんいつ の異性 いせい 体 たい しか採用 さいよう されない(まれな例外 れいがい を除 のぞ く)。ほとんどのペプチド結合 けつごう では、トランス型 がた が圧倒的 あっとうてき に好 この まれる(トランス型 がた とシス型 がた の比 ひ は約 やく 1000:1)。ただし、X-Proペプチド群 ぐん の比率 ひりつ は、約 やく 30:1の割合 わりあい で存在 そんざい する傾向 けいこう がある。これは、おそらくプロリン (Pro)の
C
α あるふぁ
{\displaystyle \mathrm {C^{\alpha }} }
原子 げんし と
C
δ でるた
{\displaystyle \mathrm {C^{\delta }} }
原子 げんし の間 あいだ の対称 たいしょう 性 せい により、シス型 がた とトランス型 がた 異性 いせい 体 たい のエネルギーがほぼ等 ひと しくなるためと考 かんが えられる(下図 したず 参照 さんしょう )。
X-Proペプチド結合 けつごう の異性 いせい 化 か 。シスとトランスの異性 いせい 体 たい はそれぞれ左端 ひだりはし と右 みぎ 端 はし にあり、遷移 せんい 状態 じょうたい で区切 くぎ られている。 ペプチド基 もと (
C
α あるふぁ
−
C
′
−
N
−
C
α あるふぁ
{\displaystyle C^{\alpha }-C^{\prime }-N-C^{\alpha }}
の4つの原子 げんし で定義 ていぎ される)に関連 かんれん する二 に 面 めん 角 かく を
ω おめが
{\displaystyle \omega }
とし、シス型 がた 異性 いせい 体 たい (シンペリプラナー 配 はい 座 ざ )では
ω おめが
=
0
∘
{\displaystyle \omega =0^{\circ }}
、トランス型 がた 異性 いせい 体 たい (アンチペリプラナー 配 はい 座 ざ )では
ω おめが
=
180
∘
{\displaystyle \omega =180^{\circ }}
となる。アミド基 もと は、シス型 がた とトランス型 がた の間 あいだ でC'-N結合 けつごう を中心 ちゅうしん に、ゆっくりではあるが異性 いせい 化 か することができる(室温 しつおん で
τ たう
∼
{\displaystyle \tau \sim }
20秒 びょう )。遷移 せんい 状態 じょうたい
ω おめが
=
±
90
∘
{\displaystyle \omega =\pm 90^{\circ }}
では、部分 ぶぶん 二 に 重 じゅう 結合 けつごう を切断 せつだん する必要 ひつよう があるため、その活性 かっせい 化 か エネルギーは約 やく 80 kJ/mol(20kcal/mol)となる。ただし、ペプチド基 もと を疎水 そすい 性 せい 環境 かんきょう に配置 はいち したり、X-Proペプチド基 もと の窒素 ちっそ 原子 げんし に水素 すいそ 結合 けつごう を供与 きょうよ するなど、単 たん 結合 けつごう 型 がた に有利 ゆうり な変化 へんか を与 あた えることで、活性 かっせい 化 か エネルギー を下 さ げる(異性 いせい 化 か を触媒 しょくばい する)ことができる。活性 かっせい 化 か エネルギーを低下 ていか させるこれらの2つのメカニズムはどちらも、X-Proペプチド結合 けつごう のシス-トランス異性 いせい 化 か を触媒 しょくばい する天然 てんねん の酵素 こうそ であるペプチジルプロリルイソメラーゼ (PPIases)にも見 み られる。
立体 りったい 配 はい 座 ざ のタンパク質 たんぱくしつ フォールド は、通常 つうじょう 、シス-トランスの異性 いせい 化 か (10-100秒 びょう )よりもはるかに速 はや い(通常 つうじょう 10-100ミリ秒 びょう )。いくつかのペプチド基 もと の非 ひ 天然 てんねん 異性 いせい 体 たい は、立体 りったい 配 はい 座 ざ フォールディングを大 おお きく混乱 こんらん させ、天然 てんねん 異性 いせい 体 たい に到達 とうたつ するまでフォールディングを遅 おく らせたり妨 さまた げたりする。しかし、すべてのペプチド基 もと が同 おな じようにフォールディングに影響 えいきょう を与 あた えるわけではなく、他 た のペプチド基 もと の非 ひ 天然 てんねん 異性 いせい 体 たい はフォールディングに全 まった く影響 えいきょう を与 あた えないこともある。
ペプチド結合 けつごう は、その共鳴 きょうめい 安定 あんてい 化 か のため、生理学 せいりがく 的 てき 条件下 じょうけんか では比較的 ひかくてき 反応 はんのう 性 せい が低 ひく く、エステル などの類似 るいじ 化合 かごう 物 ぶつ よりもさらに少 すく ない。それにもかかわらず、ペプチド結合 けつごう は化学 かがく 反応 はんのう を起 お こすことがあり、カルボニル 炭素 たんそ を電気 でんき 陰性 いんせい 原子 げんし が攻撃 こうげき してカルボニル二 に 重 じゅう 結合 けつごう を切断 せつだん し、四 よん 面体 めんてい 中間 なかま 体 たい を形成 けいせい する可能 かのう 性 せい がある。これはタンパク質 たんぱくしつ 分解 ぶんかい 、より一般 いっぱん 的 てき には、インテイン のようなN-Oアシル交換 こうかん 反応 はんのう でたどる経路 けいろ である。ペプチド結合 けつごう を攻撃 こうげき する官能 かんのう 基 もと がチオール 、ヒドロキシル またはアミン である場合 ばあい 、得 え られる分子 ぶんし はシクロール と呼 よ ばれ、より具体 ぐたい 的 てき には、それぞれチアシクロール、オキサシクロールまたはアザシクロールと呼 よ ばれることがある。
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