La delocalizzazione significativa della coppia solitaria di elettroni sull’atomo di azoto conferisce al gruppo un carattere parziale di doppio legame. Il doppio legame parziale rende il gruppo ammidico planare, che si verifica negli isomeri cis o trans. Nello stato spiegato delle proteine, i gruppi peptidici sono liberi di isomerizzare e adottare entrambi gli isomeri; tuttavia, nello stato piegato, solo un singolo isomero viene adottato in ogni posizione (con rare eccezioni). La forma trans è preferita in modo schiacciante nella maggior parte dei legami peptidici (circa rapporto 1000:1 nelle popolazioni trans:cis). Tuttavia, X-Pro peptide gruppi tendono ad avere circa 30:1 rapporto, presumibilmente perché la simmetria tra la C α {\displaystyle \mathrm {C^{\alpha }} }

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

atomi di prolina rende il isomeri cis e trans, quasi alla pari di consumo di energia (si veda la figura sotto).

Isomerizzazione di un legame peptidico X-Pro. Gli isomeri Cis e trans sono rispettivamente all’estrema sinistra e all’estrema destra, separati dagli stati di transizione.

L’angolo diedro associato con il peptide di gruppo (definito da quattro atomi di C α − C − N − C α {\displaystyle C^{\alpha }-C^{\prime }-N-C^{\alpha }}

) è indicato ω {\displaystyle \omega }

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

per l’isomero cis (synperiplanar conformazione) e ω = 180 ∘ {\displaystyle \omega =180^{\circ }}

per l’isomero trans (antiperiplanar conformazione). I gruppi ammidici possono isomerizzare circa il legame C ‘ – N tra le forme cis e trans, anche se lentamente (τ {{\displaystyle \ tau \ sim}

20 secondi a temperatura ambiente). La transizione afferma ω = ± 90 {{\displaystyle \ omega = \ pm 90 ^ {\circ}}

richiede che il doppio legame parziale sia rotto, in modo che l’energia di attivazione sia approssimativamente di 80 kilojoule/mol (20 kcal/mol). Tuttavia, l’energia di attivazione può essere abbassata (e l’isomerizzazione catalizzata) da cambiamenti che favoriscono la forma a legame singolo, come posizionare il gruppo peptidico in un ambiente idrofobo o donare un legame idrogeno all’atomo di azoto di un gruppo peptidico X-Pro. Entrambi questi meccanismi per abbassare l’energia di attivazione sono stati osservati nelle isomerasi peptidil prolil (ppiasi), che sono enzimi presenti in natura che catalizzano l’isomerizzazione cis-trans dei legami peptidici X-Pro.

Il ripiegamento delle proteine conformazionali è solitamente molto più veloce (tipicamente 10-100 ms) rispetto all’isomerizzazione cis-trans (10-100 s). Un isomero non nativo di alcuni gruppi peptidici può interrompere significativamente la piegatura conformazionale, rallentandola o impedendole di verificarsi fino a raggiungere l’isomero nativo. Tuttavia, non tutti i gruppi peptidici hanno lo stesso effetto sulla piegatura; gli isomeri non nativi di altri gruppi peptidici non possono influenzare affatto la piegatura.