肽键

肽 键

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所有20种氨基酸的特征都是由一个中心碳共价键连接到一个羧基、一个胺基、一个氢原子和一个可变R基。虽然肽键不一定必须在两种氨基酸之间，但大多数时候你看到它们提到它们时，都会在这种情况下。

肽键形成机制

当一种氨基酸的羧酸基（R-C[O]OH）与另一种氨基酸的胺基（R-NH2）反应时，就形成了肽键。由此产生的分子是具有C-N键的酰胺（R-C(O)-NH-R）。这种缩合反应产生二肽，并释放出一个水分子——羟基（OH）离开羧基，氢原子从胺中释放——羧基释放氢氧根，胺释放氢原子。通常，当我们在生物学中提到这个过程时，我们称之为“脱水合成”，因为我们正在以牺牲水分流失为代价构建更高阶的结构。

肽键：平面和刚性

虽然作为单键绘制，但肽键具有部分双键特性，可强制使用明确定义的扁平结构。羰基氧具有部分负电荷（-0.28），是良好的氢键受体，而酰胺氮具有部分正电荷（+0.28）是一个良好的氢键供体。

这意味着肽键（C=O和N-H）都存在于一个平面上。由于羰基碳和氮之间的键具有部分双键特性，因此围绕该键的旋转受到限制（旋转需要88千焦耳/摩尔能量）。因此，肽单元是平面的刚性结构，在肽主链中的旋转仅限于涉及碳的键：

平面肽键有两种可能的构象：在反式构型中，Ca原子位于肽键的两侧，在顺式构型中，Ca原子位于肽键的同一侧。

在天然存在的多肽中，大多数肽键是反式构型的。然而，顺式形式可能发生在脯氨酸残基之前的肽键中。在这种情况下，顺式形式比平时更稳定，因为脯氨酸侧链提供的障碍较小。对于大多数肽来说，顺式形式比转型的稳定性低约1000倍。

打破肽键

需要注意的一件有趣的事情是，这种反应的平衡在于水解而不是合成。因此，肽键的生物合成需要自由能量的输入。因此，了解肽键在动力学上相当稳定可能是违反直觉的：肽键在水溶液中的寿命约为1000年。在没有酶的情况下逆转肽键极其困难，因此这个过程通常由一种称为蛋白酶的酶介导，如枯草素，它经常被添加到洗衣粉中，以分解许多蛋白质污染物。

可预测地分裂肽键的能力对许多不同的研究领域至关重要。例如，目前人们对抗体-药物结合物非常感兴趣；这些抗体碎片与药理活性化合物配对，以特异性靶向癌症肿瘤等。

生物学中的肽键

在被称为“翻译”的过程中，肽键在核糖体内形成多肽，然后经过各种分子处理和修饰，然后折叠成三维形状，我们称之为蛋白质。蛋白质可以小至四十四个氨基酸，也可以大至三万五千个氨基酸。翻译过程中的错误可能导致蛋白质折叠错误，进而导致疾病。了解肽键背后的物理力是极其重要的，因为这使科学家能够设计出精确的、可预测的三维蛋白质结构模型。

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