21.8
קשר פפטיד מחבר באופן קוולנטי חומצות אמינו באמצעות תגובת התייבשות. קבוצת הקרבוקסיל של חומצת אמינו אחת וקבוצת האמינו של חומצת אמינו אחרת מתחברים ומשחררי…
חומצות אמינו קשורות זו לזו באמצעות קשרים פפטידיים. קשר פפטידי מקשר את קבוצת הקרבוקסיל של חומצת אמינו אחת לקבוצת האמינו של החומצה האחרת. פפטידים הם שרשראות קצרות של חומצות אמינו, הנעות בין שניים ל-50 מונומרים.
קשר פפטידי נוצר באמצעות תגובת דחיסה המשחררת מולקולת מים. כשקבוצת אמינו וקבוצת קרבוקסיל נקשרות זו לזו, התוצאה היא היווצרות של קבוצת אמיד. לקשר הפפטידי יש מבנה מישורי נוקשה ומציג כמה מהתכונות של קשר כפול.
זאת משום שהקשר הכפול בקרבוניל יכול ליצור מבנה רזוננס עם הקשר הפפטידי פחמן-חנקן. מבנה רזונסס זה מוביל לירידה באורך הקשר היחיד, לגידול באורך הקשר הכפול ולמניעת ההסיבוב של הקבוצות סביב הקשר הפפטידי. קשרים פפטידיים יכולים להתקיים בתצורות ציס וטרנס.
בתצורת ציס, פחמני אלפא נמצאים באותו צד של הקשר הפפטידי, ובתצורה טרנס הם בצדדים נגדיים של הקשר. קשרים פפטידיים מתרחשים בדרך כלל בתצורת טרנס, מלבד כשפרולין תורם את קבוצת האמינו שלו ליצירת קשר. לחומצות אמינו הקשורות באמצעות קשרים פפטידיים יש קצה-N קצה-C.
קצה-N הוא הקצה שבו קבוצת האמינו אינה מעורבת ביצירה של קשר פפטידי, וקצה-C הוא הקצה שבו קבוצת הקרבוקסיל אינה מעורבת ביצירה של קשר פפטידי. רצף חומצות האמינו בפפטיד או בחלבון תמיד מתחיל בקצה-N ומסתיים בקצה-C. כששתי חומצות אמינו נקשרות זו לזו באמצעות קשר פפטידי, הן נקראות דיפפטידים.
כששלוש וארבע חומצות אמינו נקשרות זו לזו באמצעות קשרים פפטידיים, הן מכונות טריפפטידים וטטרפפטידים, בהתאמה. וכשכמה חומצות אמינו נקשרות זו לזו בקשרים פפטידיים, הן מכונות פוליפפטידים. קשרים פפטידיים ניתנים לפירוק במהירות באמצעות הידרוליזה המבוצעת על ידי זרזים כימיים כגון חומצות או אנזימים הנקראים פרוטאזות.
ניתוק קשרים פפטידיים מערב הוספה של מולקולת מים. לחלופין, קשרים אלה יכולים להתנתק באופן ספונטני באמצעות תהליך איטי, בנוכחות מים.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How does a peptide bond form between amino acids?
A peptide bond forms through a condensation reaction where the carboxyl group of one amino acid links to the amino group of another, releasing a water molecule. This covalent bond creates an amide group, joining the two amino acids together. The reaction is reversible through hydrolysis, which adds water back to break the bond.
Q2: What is the structural difference between cis and trans peptide bonds?
In cis conformation, the alpha carbons of both amino acids are on the same side of the peptide bond, while in trans conformation they are on opposite sides. Peptide bonds predominantly occur in the trans conformation, except when proline contributes its amino group to bond formation, where cis bonds are more common.
Q3: Why does a peptide bond have a rigid planar structure?
The peptide bond exhibits rigidity due to resonance between the carbonyl group's double bond and the carbon-nitrogen single bond. This electron sharing decreases the single bond length and increases the double bond length, preventing rotation around the peptide bond and creating its characteristic planar structure.
Q4: What are N-terminal and C-terminal ends in a peptide chain?
The N-terminal is the end of a peptide chain with a free amino group not involved in peptide bond formation, while the C-terminal has a free carboxyl group. Amino acid sequences always begin at the N-terminal and end at the C-terminal, establishing the directional orientation of the polypeptide chain.
Q5: How are peptides classified based on the number of amino acids?
Peptides are classified by chain length: dipeptides contain two amino acids, tripeptides contain three, and tetrapeptides contain four. When several amino acids link through peptide bonds, they form polypeptides. Polypeptides that fold into specific three-dimensional structures with distinct functions are called proteins.
Q6: How can peptide bonds be broken down?
Peptide bonds break through hydrolysis, which adds a water molecule to cleave the bond. This can occur rapidly using chemical catalysts like acids or enzymes called proteases, or slowly through spontaneous hydrolysis in the presence of water alone. Both mechanisms reverse the condensation reaction.
Q7: What role does resonance play in peptide bond chemistry?
Resonance in peptide bonds involves electron sharing between the carbonyl group's double bond and the carbon-nitrogen single bond. This resonance stabilizes the bond structure, reduces rotation around the peptide linkage, and contributes to the rigid planar geometry essential for protein folding and function.