在肽的化学降解过程中,脱酰胺作用是一种不容忽视的化学反应,它如同隐藏在肽类药物内部的“定时炸弹”,对肽的物理稳定性有着重要影响。
脱酰胺作用主要发生在天冬酰胺(Asn)或谷氨酰胺(Gln)侧链中的酰胺基团上,其反应过程与pH值密切相关。在pH值<3时,酰胺基团会发生水解反应;而在pH值>6时,则会发生分子内环化,最终形成相应的羧酸盐:天冬氨酸(Asp)或谷氨酸(Glu)。其中,天冬氨酸(Asp)异构化形成异天冬氨酸(iso-Asp)的过程涉及主链到侧链的重排,就像分子内部进行了一场“结构调整”。在pH值<4时,天冬酰胺(Asn)的脱酰胺是通过侧链的直接水解发生,生成单一产物天冬氨酸(Asp);但在碱性条件下(pH值>6),脱酰胺作用会产生两种产物:天冬氨酸Asp和异天冬氨酸(iso-Asp),并且这种反应还可能导致肽和蛋白质片段化,就像一把剪刀将肽链剪断。
在众多氨基酸中,Asn比Gln更易发生脱酰胺。而且,Asn的脱酰胺强烈依赖于一级结构,C末端侧的相邻氨基酸对反应速率的影响最大。在肽中,Asn-Gly序列就像一个“反应热点”,特别容易发生脱酰胺。Asp降解与Asn降解类似,也会导致形成iso-Asp和外消旋产物,同时Asp残基还可发生主链水解。
虽然关于脱酰胺与物理稳定性之间联系的文献相对有限,但已有的研究表明,脱酰胺可能会改变肽的局部结构。Asn脱酰胺为Asp会导致电荷改变(-1),不过Asp与Asn是等电子的;而异天冬氨酸(iso-Asp)由于在其肽主链中含有亚甲基,就像在原本整齐的链条中插入了一个“异物”,可能对局部结构更具破坏性。在实际案例中,脱酰胺已被证明会加速淀粉样形成并改变淀粉样纤维结构。胰岛淀粉样多肽20-29和胰岛淀粉样多肽在发生脱酰胺后,淀粉样形成速度加快,纤维结构也发生了改变;人γS-晶状体蛋白中Asn76的脱酰胺促进了二聚体的形成,晶状体蛋白βA3-晶状体蛋白的脱酰胺则使其变得不稳定并引发聚集。脱酰胺作用对肽物理稳定性的影响复杂且具有重要意义,进一步深入研究其作用机制,对于保障肽类药物的质量和稳定性至关重要。
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