肽键

在有机化学中，肽键是一种酰胺类型的共价化学键，连接两个连续的α-氨基酸，一个α-氨基酸的 C1（xxx个碳）和另一个α-氨基酸的 N2（第二个氮）沿着肽或蛋白质 链。

它也可以称为肽键，以区别于异肽键，异肽键是两个氨基酸之间的另一种酰胺键。

当两个氨基酸通过肽键形成二肽时，这是一种缩合反应。 在这种缩合中，两个氨基酸相互靠近，其中一个的非侧链 (C1) 羧酸部分靠近另一个的非侧链 (N2) 氨基部分。 一个从其羧基 (COOH) 中失去一个氢和氧，另一个从其氨基 (NH2) 中失去一个氢。 该反应产生一个水分子 (H2O) 和两个通过肽键 (−CO−NH−) 连接的氨基酸。 两个连接的氨基酸称为二肽。

当一个氨基酸分子的羧基与另一个氨基酸分子的氨基反应时，会合成酰胺键，导致释放出一分子水（H2O），因此该过程是脱水合成反应。

肽键的形成消耗能量，在生物体中，能量来自 ATP。 肽和蛋白质是通过肽键（有时通过一些异肽键）连接在一起的氨基酸链。 生物体使用酶产生非核糖体肽，并使用核糖体通过与脱水合成在细节上不同的反应产生蛋白质。

一些肽，如 alpha-amanitin，被称为核糖体肽，因为它们是由核糖体制成的，但许多肽是非核糖体肽，因为它们是由专门的酶而不是核糖体合成的。 例如，三肽谷胱甘肽是通过两种酶从游离氨基酸分两步合成的：谷氨酸-半胱氨酸连接酶（形成异肽键，不是肽键）和谷胱甘肽合成酶（形成肽键）。

肽键可以通过水解（加水）而断裂。 肽键在水中的水解释放出 8–16 kJ/mol (2–4 kcal/mol) 的吉布斯能。 这个过程非常缓慢，在 25°C 下每个键的半衰期在 350 到 600 年之间。

在活生物体中，该过程通常由称为肽酶或蛋白酶的酶催化，尽管有报道称肽/蛋白质折叠成天然结构时由构象应变引起肽键水解。 因此，这种非酶促过程不会因过渡态稳定而加速，而是因基态不稳定而加速。

肽键的吸收波长为 190–230 nm，这使其特别容易受到紫外线辐射的影响。

氮原子上孤电子对的显着离域使该基团具有部分双键特征。 部分双键使酰胺基团呈平面状，出现在顺式或反式异构体中。 在蛋白质的展开状态下，肽基团可以自由异构化并采用两种异构体； 然而，在折叠状态下，每个位置仅采用一个异构体（极少数例外）。 在大多数肽键中，反式形式是压倒性的首选（反式：顺式群体中的比率大约为 1000：1）。 然而，X-Pro 肽组往往具有大约 30:1 的比例，大概是因为脯氨酸的 Cα 和 Cδ 原子之间的对称性使得顺式和反式异构体的能量几乎相等。

与肽组相关的二面角（由四个原子 Cα–C'–N–Cα 定义）表示为 ω {\displaystyle \omega } ； ω = 0 ∘ {\displaystyle \omega =0{\circ }} 对于顺式异构体（同平面构象），以及 ω = 180 ∘ {\displaystyle \omega =180{\circ }} 反式异构体（反周面构象）。

酰胺基团可以异构化顺式和反式之间的 C'-N 键，尽管速度很慢（室温下 τ ∼ 20 {\displaystyle \tau \sim 20} 秒）。 过渡态 ω = ± 90 ∘ {\displaystyle \omega =\pm 90{\circ }} 要求部分双键断裂，因此活化能大约为 80 kJ/mol（20 kcal/ 摩尔）。 然而，通过有利于单键形式的变化可以降低活化能（并催化异构化），例如将肽基团置于疏水环境中或为 X-Pro 肽基团的氮原子提供氢键 . 这两种降低活化能的机制都已在肽基脯氨酰异构酶 (PPIases) 中观察到，PPIases 是天然存在的酶，可催化 X-Pro 肽键的顺反异构化。

构象蛋白质折叠通常比顺反异构化（10-100 秒）快得多（通常为 10-100 毫秒）。