ペプチド情報による 
2025 年 4 月 21 日
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ペプチド結合とは
ペプチド結合は、ペプチドおよびタンパク質内のアミノ酸残基を接続するアミド共有結合です。従来のαペプチドでは、あるアミノ酸のα-カルボキシル基に由来するカルボニル炭素と、次の残基のα-アミノ基に由来する窒素との間で形成されます。
構造用語では、ペプチド結合は次のように表されます。
–C(=O)–NH–
ペプチド結合が繰り返されると、 伸びるペプチド鎖の骨格が形成されます N 末端から まで C 末端。アミノ酸側鎖はこの骨格から突き出ており、個々のペプチド配列間の化学的差異の多くに寄与しています。
IUPAC では、ペプチドを、1 つの残基のカルボニル炭素と別の残基の窒素の間の共有結合を介して 2 つ以上のアミノ カルボン酸分子から形成されるアミドとして説明しています。
ペプチド結合は、自由に回転する通常の C-N 単結合と化学的に同等ではありません。カルボニル基とアミド窒素間の共鳴により、C-N 結合に部分的な二重結合の性質が与えられます。その結果、ペプチドのC-N結合を中心とした回転が制限され、ペプチド基を構成する原子がほぼ平面状の配置になる傾向があります。
この一見単純な構造的特徴は、ペプチドの立体構造に大きな影響を及ぼします。ペプチド結合自体の周りの回転は制限されているため、ペプチド主鎖の立体構造の柔軟性の多くは、代わりに隣接する N-Cα および Cα-C' 結合の周りの回転によってもたらされます。
生物系におけるペプチド結合の形成
生物学的タンパク質合成では、 リボソームのペプチジルトランスフェラーゼ中心でペプチド結合が形成されます。.
翻訳中、次のアミノ酸を運ぶアミノアシル tRNA がリボソーム A 部位に入り、成長するペプチド鎖が P 部位の tRNA に結合します。入ってくるアミノアシル tRNA の遊離 α-アミノ基は、成長中のペプチドを P 部位 tRNA に接続するエステル結合のカルボニル炭素を攻撃します。
成長するペプチド鎖は、結果として、A 部位 tRNA が持つアミノ酸に転移し、鎖を 1 残基だけ延長します。その後、リボソームが移動し、伸長サイクルが継続できるようになります。
この反応は、 2 つの遊離アミノ酸間の単純な脱水縮合としてではなく、 活性化エステルのアミノリシス またはアシル転移反応としてより正確に説明されます。リボソームペプチジルトランスフェラーゼ中心は主に保存されたリボソームRNAから構成され、効率的なペプチド結合形成に必要な幾何学的配置に反応基質を配置します。
もう 1 つの重要な違いは、エネルギー使用に関するものです。 GTP 加水分解は、アミノアシル tRNA の送達、校正、リボソーム転座などのプロセスに関与しますが、ペプチド結合の形成自体は単に「GTP によって強化される」わけではありません。アミノ酸は、リボソームに到達する前に、tRNA への結合を通じてすでに化学的に活性化されています。
ペプチド合成の方向は高度に規則正しいままです。mRNA N 末端から C 末端に向かって組み立てられます。によってコードされている配列情報に従って、成長する鎖が
ペプチド結合は、制御された実験室条件下でも形成できます。
現代のペプチド化学において、最も広く使用されているアプローチの 1 つは 固相ペプチド合成 (SPPS)です。ペプチド合成では、2 つの非活性化アミノ酸の自発的反応に依存するのではなく、保護され化学的に活性化されたアミノ酸誘導体が使用されるため、結合形成は選択的かつ制御された順序で起こることができます。
SPPS中、成長中のペプチドは固体樹脂に付着したままになります。典型的なサイクルには、一時的な保護基の除去、次のアミノ酸の活性化とカップリング、洗浄、および目的の配列が構築されるまでのプロセスの繰り返しが含まれます。
鎖の集合後、通常、ペプチドは樹脂から切断され、残りの保護基が除去され、粗製物質の精製と分析特性評価が行われます。
アミノ酸には複数の潜在的に反応性の官能基が含まれているため、この制御された化学は重要です。保護基戦略と選択的活性化により、望ましくない副反応を軽減しながら、目的のペプチド結合を形成できます。
ペプチド C-N 結合の部分的な二重結合の特徴により、ペプチド グループは比較的剛直でほぼ平面的になります。
ペプチドの C-N 結合の周りのねじれ角は ω (オメガ)と呼ばれます。ほとんどのペプチド結合は トランス配置を採用します。、ω が 180° に近いはるかに小さい部分は シス配置を採用しており、ω は 0°に近くなります。
シスペプチド結合は一般にまれですが、次の残基がプロリンである場合にはより頻繁に発生します。シス立体構造とトランス立体構造の間のエネルギーの差は、他のほとんどの残基の組み合わせよりも Xaa-Pro ペプチド結合の方が小さくなります。
元の概念が過度に単純化される場合があるため、この点は重要です。ペプチド結合は、 ません。 骨格全体にわたる回転を排除し
代わりに、ペプチドの C-N 結合は比較的制約されていますが、隣接する 2 つの主鎖結合により立体構造の自由度が大幅に提供されます。
φ (ファイ) は、 N-Cα 結合の周りの回転を表します。
ψ (psi) は、 Cα-C' カルボニル結合の周りの回転を表します。
φ 角度と ψ 角度のさまざまな組み合わせにより、ペプチド鎖は、α ヘリックス、β 構造、ターン、伸長鎖、その他の構造配置に関連した立体配座をとることができます。
水素結合とペプチド構造
ペプチド主鎖には、水素結合ドナーとアクセプターの両方が含まれています。
従来のペプチド結合のカルボニル酸素は水素結合アクセプターとして機能することができますが、そのような水素が存在する場合、アミド NH 基は水素結合ドナーとして機能することができます。
これらの相互作用は、ペプチドおよびタンパク質の構造の組織化に重要に寄与します。規則的な水素結合パターンは、α-ヘリックスやβ-シートなどの二次構造配置を安定化するのに特に重要です。
ただし、ペプチドの立体構造は水素結合のみに起因すると考えるべきではありません。側鎖相互作用、静電力、疎水効果、溶媒条件、温度、pH、イオン強度、および他の分子との相互作用はすべて、実験的に観察される構造に影響を与える可能性があります。
ペプチド骨格は、アミド基に関連する電子遷移により、遠紫外領域の紫外線を強く吸収します。
この特性はペプチド分析に役立ちます。たとえば、 214 nm付近の波長は 、ペプチド主鎖がこの領域で強い吸光度に寄与するため、逆相 HPLC でのペプチド含有成分の検出に一般的に使用されます。
ただし、これを付近の吸光度測定と混同しないでください 280 nm。 280 nm付近の吸光度は、ペプチド結合そのものではなく、トリプトファンやチロシンなどの芳香族アミノ酸残基に大きく依存します。
そのため、ペプチド配列、分析手法、移動相、濃度、測定目的などにより、最適な波長や定量方法が異なります。
この区別は、210 ～ 230 nm の吸光度を「タンパク質濃度」を決定するための普遍的な方法として扱うよりも正確です。
ペプチド結合は、多くの通常の水性条件下で速度論的に安定しており、一般に中性 pH では急速な自発的加水分解を受けません。
それにもかかわらず、それらは十分に強い化学条件下または酵素触媒反応によって切断される可能性があります。
プロテアーゼとペプチダーゼは、 さまざまな程度の基質と配列の特異性でペプチド結合の加水分解を促進します。生体系では、制御されたタンパク質分解は、タンパク質の成熟からタンパク質の代謝回転、シグナル伝達経路の制御に至るまでのプロセスに関与しています。
実験室の観点から見ると、ペプチド結合の安定性は、pH、温度、溶媒組成、配列、隣接する官能基、および保管条件によっても影響を受ける可能性があります。
このため、化学的完全性はペプチド結合の存在のみから推測することはできません。完全なペプチド配列の挙動は、関連する実験条件下で評価する必要があります。
ペプチド結合は、アミノ酸配列が定義されたペプチドおよびタンパク質として存在できるようにする連続的な共有結合の枠組みを提供します。
化学的安定性と制限された形状の組み合わせが特に重要です。結合は、配列の完全性を維持するために十分な安定性を維持しながら、酵素による切断または規定の化学条件下での制御された切断が可能である必要があります。
生体系では、ペプチド結合の選択的切断により、タンパク質やペプチドの処理、活性化、不活化、リサイクル、または分解が可能になります。これらの反応の特異性は主に、関与する酵素と切断部位の周囲の分子環境に依存します。
このため、ペプチド結合化学は、ペプチド構造だけでなく、タンパク質分解、分子認識、タンパク質代謝回転、酵素特異性、および生化学研究の他の多くの分野の研究にとっても基礎となります。
ペプチド結合化学を理解することは、ペプチド合成、構造分析、分析化学、生化学研究全体にわたって重要です。
合成ペプチド化学では、制御されたアミド結合形成が、定義されたアミノ酸配列を構築するために使用される中心的な反応です。
構造研究では、ペプチド結合の平面性と主鎖のねじれ角は、ペプチド鎖がアクセスできる立体構造を説明するのに役立ちます。
分析研究では、ペプチド結合吸光度はクロマトグラフィー検出をサポートし、質量分析などの技術は分子量と配列関連の同一性に関する補足的な情報を提供します。
選択的なペプチド結合切断は、プロテオミクスおよび生化学のワークフローでも使用されます。定義された切断優先性を持つプロテアーゼは、後でクロマトグラフィーまたは質量分析法によって検査されるフラグメントを生成できます。
歴史的に、 エドマン分解は、 ペプチドまたはタンパク質の N 末端からアミノ酸を連続的に分析する方法を提供しました。現代のペプチドの特性評価は、質量分析法と補完的な分析技術にますます依存していますが、エドマン化学は依然として科学的に重要です。
ペプチド結合類似体および修飾されたアミド結合の研究は、酵素機構、ペプチドの安定性、分子構造、およびペプチド模倣化学の研究にも貢献します。
ペプチド結合は一見単純そうに見えますが、カルボニル基が窒素に結合したものです。
しかし、ペプチドの共鳴、平面性、水素結合特性、化学的安定性、および制御された反応性が集合的にペプチドの構造挙動の多くを決定します。
したがって、ペプチド結合を明確に理解することは、ペプチドの合成、精製、立体構造、安定性、酵素切断、分析的特性評価を研究するための基礎となります。
実験室の研究者にとって、ペプチド結合は単なるアミノ酸間の結合ではありません。これは、ペプチド鎖がどのように構築され、どのように構造を採用し、実験条件下でどのように挙動するかを決定する中心的な化学的特徴の 1 つです。
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