رابطة الببتيد

في الكيمياء العضوية ، الرابطة الببتيدية هي نوع من الروابط الكيميائية التساهمية من نوع الأميد ، تربط حمضين أمينيين ألفا متتاليين من ذرة الكربون رقم 1 (C1 ) لأحد الأحماض الأمينية ألفا وذرة النيتروجين رقم 2 (N2) لحمض أميني ألفا آخر، على طول سلسلة الببتيد أو البروتين . ^{[ 1 ]}

ويمكن أيضًا تسميتها رابطة يوبيبتيد ^{[ 1 ]} لتمييزها عن رابطة إيزوبيبتيد ، وهي نوع آخر من رابطة الأميد بين حمضين أمينيين.

عندما يرتبط حمضان أمينيان برابطة ببتيدية لتكوين ثنائي الببتيد ، ^{[ 1 ]} يُعدّ ذلك نوعًا من تفاعلات التكثيف . ^{[ 2 ]} في هذا النوع من التفاعلات، يقترب الحمضان الأمينيان من بعضهما، حيث تقترب مجموعة الكربوكسيل (C1) لأحدهما من مجموعة الأمين (N2) للآخر. يفقد أحد الحمضين الأمينيين ذرة هيدروجين وذرة أكسجين من مجموعة الكربوكسيل (COOH)، بينما يفقد الآخر ذرة هيدروجين من مجموعة الأمين (NH2 ₎ . ينتج عن هذا التفاعل جزيء ماء واحد (H2O ₎ ، بالإضافة إلى حمضين أمينيين مرتبطين برابطة ببتيدية (-CO-NH-). يُطلق على الحمضين الأمينيين المرتبطين اسم ثنائي الببتيد.

يتم تكوين رابطة الأميد عندما تتفاعل مجموعة الكربوكسيل لجزيء حمض أميني واحد مع مجموعة الأمين لجزيء حمض أميني آخر، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء من الماء (H2O ₎ ، وبالتالي فإن العملية هي تفاعل كيميائي لتكوين الماء .

يستهلك تكوين الرابطة الببتيدية طاقة، تُستمد في الكائنات الحية من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP ). ^{[ 3 ]} الببتيدات والبروتينات عبارة عن سلاسل من الأحماض الأمينية مرتبطة معًا بروابط ببتيدية (وأحيانًا بروابط إيزوببتيدية قليلة ). تستخدم الكائنات الحية الإنزيمات لإنتاج الببتيدات غير الريبوزومية ، ^{[ 4 ]} وتستخدم الريبوزومات لإنتاج البروتينات عبر تفاعلات تختلف في تفاصيلها عن عملية التخليق بالتجفيف. ^{[ 5 ]}

تُسمى بعض الببتيدات، مثل ألفا-أمانيتين ، بالببتيدات الريبوزومية لأنها تُصنع بواسطة الريبوزومات، ^{[ 6 ]} بينما يُصنف العديد منها كببتيدات غير ريبوزومية لأنها تُصنّع بواسطة إنزيمات متخصصة بدلاً من الريبوزومات. على سبيل المثال، يُصنّع ثلاثي الببتيد غلوتاثيون في خطوتين من الأحماض الأمينية الحرة ، بواسطة إنزيمين : ليغاز الغلوتامات-سيستين (الذي يُكوّن رابطة إيزوببتيدية ، وهي ليست رابطة ببتيدية) وإنزيم سينثيتاز الغلوتاثيون (الذي يُكوّن رابطة ببتيدية). ^{[ 7 ] [ 8 ]}

يمكن كسر الرابطة الببتيدية بالتحلل المائي (إضافة الماء). يُطلق التحلل المائي للروابط الببتيدية في الماء طاقة جيبس ​​تتراوح بين 8 و16 كيلوجول / مول (2-4 كيلوكالوري / مول ) . ^{[ 9 ]} هذه العملية بطيئة للغاية، حيث يبلغ عمر النصف عند 25 درجة مئوية ما بين 350 و600 سنة لكل رابطة. ^{[ 10 ]}   

في الكائنات الحية، تُحفز هذه العملية عادةً بواسطة إنزيمات تُعرف باسم الببتيدازات أو البروتيازات ، على الرغم من وجود تقارير عن تحلل الرابطة الببتيدية الناتج عن الإجهاد البنيوي أثناء طي الببتيد/البروتين إلى بنيته الأصلية. ^{[ 11 ]} وبالتالي، لا تتسارع هذه العملية غير الإنزيمية عن طريق استقرار حالة الانتقال، بل عن طريق عدم استقرار الحالة الأرضية.

يبلغ طول موجة الامتصاص لرابطة الببتيد 190-230  نانومتر، ^{[ 12 ]} مما يجعلها عرضة بشكل خاص للأشعة فوق البنفسجية .

يُضفي التوزيع غير المتماثل للزوج الإلكتروني الحر على ذرة النيتروجين على المجموعة صفة رابطة ثنائية جزئية . تجعل هذه الرابطة الثنائية الجزئية مجموعة الأميد مستوية ، وتوجد إما في المتصاوغين سيس أو ترانس . في الحالة غير المطوية للبروتينات، تكون مجموعات الببتيد حرة في التماثل واتخاذ كلا المتصاوغين؛ ومع ذلك، في الحالة المطوية، يتم اتخاذ متصاوغ واحد فقط في كل موضع (باستثناءات نادرة). يُفضل الشكل ترانس بشكل كبير في معظم روابط الببتيد (بنسبة 1000:1 تقريبًا بين ترانس وسيس). مع ذلك، تميل مجموعات ببتيد X-Pro إلى أن تكون نسبتها 30:1 تقريبًا، ويُفترض أن ذلك يعود إلى أن التناظر بين ذرتي الكربون ^ألفا ودلتا ^{للبرولين} يجعل المتصاوغين سيس وترانس متساويين تقريبًا في الطاقة، كما هو موضح في الشكل أدناه.

يُشار إلى الزاوية ثنائية السطوح المرتبطة بمجموعة الببتيد (المحددة بواسطة الذرات الأربع C ^α –C'–N–C ^{α )}${\displaystyle \omega }$؛${\displaystyle \omega =0^{\circ }}$بالنسبة للمصاوغ cis ( التكوين المتماثل المستوي )، و${\displaystyle \omega =180^{\circ }}$بالنسبة للمصاوغ العابر ( التكوين المضاد المستوي ). يمكن لمجموعات الأميد أن تتصاوغ حول الرابطة C'–N بين الشكلين المقابل والعابر، وإن كان ذلك ببطء (${\displaystyle \tau \sim 20}$ (ثوانٍ عند درجة حرارة الغرفة). حالات الانتقال${\displaystyle \omega =\pm 90^{\circ }}$يتطلب ذلك كسر الرابطة المزدوجة الجزئية، بحيث تكون طاقة التنشيط حوالي 80  كيلوجول/مول (20  كيلوكالوري/مول). مع ذلك، يمكن خفض طاقة التنشيط ( وتحفيز عملية التماثل ) بإجراء تغييرات تُفضّل شكل الرابطة الأحادية، مثل وضع مجموعة الببتيد في بيئة كارهة للماء أو منح رابطة هيدروجينية لذرة النيتروجين في مجموعة ببتيد X-Pro. وقد لوحظت كلتا آليتي خفض طاقة التنشيط في إنزيمات ببتيديل بروليل إيزوميراز (PPIases)، وهي إنزيمات طبيعية تحفز عملية التماثل الهندسي (cis-trans) لروابط ببتيد X-Pro.

عادةً ما يكون طي البروتين التوافقي أسرع بكثير (عادةً من 10 إلى 100 مللي  ثانية) من عملية التماثل الهندسي (من 10 إلى 100  ثانية). يمكن لنظير غير أصلي لبعض مجموعات الببتيد أن يُعطّل عملية الطي التوافقي بشكل كبير، إما بإبطائها أو منعها من الحدوث حتى الوصول إلى النظير الأصلي. مع ذلك، لا تُؤثر جميع مجموعات الببتيد بنفس القدر على عملية الطي؛ فقد لا تُؤثر النظائر غير الأصلية لمجموعات ببتيد أخرى على عملية الطي إطلاقًا.

بسبب استقرارها بالرنين، تُعدّ الرابطة الببتيدية غير نشطة نسبيًا في الظروف الفيزيولوجية، حتى أقل من مركبات مشابهة مثل الإسترات . مع ذلك، يمكن للروابط الببتيدية أن تخضع لتفاعلات كيميائية، عادةً من خلال هجوم ذرة سالبة كهربائيًا على ذرة الكربون الكربونيلية ، مما يؤدي إلى كسر الرابطة المزدوجة الكربونيلية وتكوين وسيط رباعي الأوجه. هذا هو المسار المتبع في التحلل البروتيني ، وبشكل أعم، في تفاعلات تبادل الأسيل N–O مثل تلك الخاصة بالإنترونات . عندما تكون المجموعة الوظيفية التي تهاجم الرابطة الببتيدية ثيولًا أو هيدروكسيلًا أو أمينًا ، يُطلق على الجزيء الناتج اسم سيكلول ، أو بشكل أكثر تحديدًا، ثياسيكلول، أو أوكساسيكلول، أو أزاسيكلول، على التوالي.

• خريطة التحلل البروتيني