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Peptidbindung

by admin

Eine signifikante Delokalisierung des einsamen Elektronenpaares am Stickstoffatom verleiht der Gruppe einen partiellen Doppelbindungscharakter. Die partielle Doppelbindung macht die Amidgruppe planar und tritt entweder in den cis- oder trans-Isomeren auf. Im entfalteten Zustand von Proteinen sind die Peptidgruppen frei zu isomerisieren und beide Isomere anzunehmen; Im gefalteten Zustand wird jedoch nur ein einziges Isomer an jeder Position angenommen (mit seltenen Ausnahmen). Die Trans-Form wird in den meisten Peptidbindungen überwiegend bevorzugt (etwa 1000: 1-Verhältnis in trans: cis-Populationen). X-Pro-Peptidgruppen neigen jedoch dazu, ein Verhältnis von ungefähr 30:1 zu haben, vermutlich weil die Symmetrie zwischen dem C α {\displaystyle \mathrm {C^{\alpha }} }

\mathrm{C^{\alpha}}

und C δ {\displaystyle \mathrm {C^{\delta }} }

mathrm {C^{{\delta }}}}

Atome von Prolin machen die cis- und trans-Isomere nahezu gleich in der Energie (siehe Abbildung unten).

Diagramm der Isomerisierung einer X-Pro Peptidbindung. Das Diagramm zeigt das cis-Isomer links, die Übergangszustände in der Mitte und das trans-Isomer rechts mit bidirektionalen Pfeilen zwischen jedem Zustandspaar.
Isomerisierung einer X-Pro Peptidbindung. Cis- und trans-Isomere sind ganz links bzw. ganz rechts durch die Übergangszustände getrennt.

Der der Peptidgruppe zugeordnete Diederwinkel (definiert durch die vier Atome C α − C ‚ − N − C α {\displaystyle C^{\alpha }-C^{\prime }-N-C^{\alpha }}

C^{{\alpha }}-C^{{\prime }}-N-C^{{\alpha }}

) bezeichnet ω {\displaystyle \omega }

\omega

; ω = 0 ∘ {\displaystyle \omega =0^{\circ }}

\omega =0^{{\circ }}

für das cis-Isomer (synperiplanare Konformation) und ω = 180 ∘ {\displaystyle \omega =180^{\circ }}

\omega =180^{{ \circ }}

für das trans-Isomer (antiperiplanare Konformation). Amidgruppen können über die C‘-N-Bindung zwischen den cis- und trans-Formen isomerisieren, wenn auch langsam (τ ∼ {\displaystyle \tau\sim }

\tau\sim

20 Sekunden bei Raumtemperatur). Die Übergangszustände ω = ± 90 ∘ {\displaystyle \omega =\pm 90^{\circ }}

\omega =\pm 90^{{\circ }}

erfordern, dass die partielle Doppelbindung gebrochen wird, so dass die Aktivierungsenergie etwa 80 Kilojoule/mol (20 kcal/mol) beträgt. Die Aktivierungsenergie kann jedoch durch Änderungen, die die einfach gebundene Form begünstigen, wie das Platzieren der Peptidgruppe in einer hydrophoben Umgebung oder das Spenden einer Wasserstoffbindung an das Stickstoffatom einer X-Pro-Peptidgruppe, gesenkt (und die Isomerisierung katalysiert) werden. Beide Mechanismen zur Senkung der Aktivierungsenergie wurden in Peptidyl-Prolyl-Isomerasen (PPIasen) beobachtet, bei denen es sich um natürlich vorkommende Enzyme handelt, die die Cis-trans-Isomerisierung von X-Pro-Peptidbindungen katalysieren. Die konformationelle Proteinfaltung ist normalerweise viel schneller (typischerweise 10-100 ms) als die Cis-trans-Isomerisierung (10-100 s). Ein nicht-natives Isomer einiger Peptidgruppen kann die Konformationsfaltung signifikant stören, entweder verlangsamen oder verhindern, dass es sogar auftritt, bis das native Isomer erreicht ist. Jedoch haben nicht alle Peptidgruppen den gleichen Effekt auf die Faltung; nonnative Isomere anderer Peptidgruppen können die Faltung überhaupt nicht beeinflussen.