结构生物化学/有机化学/生物化学中的重要有机反应/肽键
肽键（或酰胺键）是生物化学中最重要的一种反应，因为它是在氨基酸形成蛋白质时使用的键。 当第一个氨基酸的氨基与第二个氨基酸的羧基结合时，氨基酸会与其他氨基酸形成肽键。 形成的二肽会随后失去水分子。 由肽键连接的氨基酸链称为多肽链，而每个单独的氨基酸被称为残基。 这些链随后会由于各种内部和外部力而折叠，最终形成蛋白质。
肽键的稳定性是由于酰胺的共振。 通过共振，氮能够将它的孤对电子捐献给羧基碳，并将电子从羧基双键推向氧，形成氧阴离子。 这种共振效应非常稳定，因为电子可以离域到多个原子，其中一个特别稳定的共振结构包含高度电负性的氧作为阴离子。 C-N 键的双键特征导致键相对较短（1.32 埃，而纯 C-N 键的正常长度为 1.47 埃）。 肽键的双键共振形式有助于增加稳定性并减少该键的旋转。 部分双键特征会根据其所在的环境而增强或减弱。 例如，在疏水环境中，双键形式会受到很大抑制，因为双键形式在氮上带正电荷，在氧上带负电荷。
部分双键导致酰胺基团呈平面状，从而使其处于顺式或反式构象。 在顺式构象中，两个 α 碳原子位于肽键的同侧。 在反式构象中，这些基团位于肽键的异侧。 当蛋白质处于展开状态时，肽基团可以自由异构化，因此经常处于两种构象。 然而，这在折叠状态中并不成立，在折叠状态中，除了极少数例外，每个位置只占据一种构象。 在肽键中，绝大多数处于反式构象，顺式与反式比例约为 1:1000。 反式构象比顺式构象更受青睐，因为反式构象中连接到 α 碳原子上的基团之间存在较少的位阻。
与刚性的肽键不同，连接氨基与 α 碳原子的键和连接 α 碳原子与羰基碳原子的键都是单键。 这些两个键可以绕酰胺键自由旋转，从而使其可以采取多种取向。 这些两个键的旋转自由度增加使蛋白质能够以多种形状折叠。 每个键的旋转程度可以通过它们的扭转角来量化。 扭转角定义在 -180 到 +180 之间。 扭转角也称为二面角。 氮与 α 碳原子之间键的旋转角度称为 φ 角，而 α 碳原子与羰基碳原子之间键的旋转角度称为 ψ 角。 从氮原子顺时针移动到 α 碳原子，或从羰基碳原子移动到 α 碳原子，在拉曼图上会产生正值。 拉曼图说明了多肽的各种取向，并显示了基于 φ 和 ψ 值不可能存在的特定取向，因为原子之间的空间位阻。 在某些 φ 和 ψ 值下，某些结构可能不存在，因为原子之间会发生碰撞。
总反应涉及两种氨基酸的反应，该反应由体内酶催化，生成两种氨基酸的组合和一个水分子。
形成肽键的反应涉及将一个氨基酸（N 端）的氨基与另一个氨基酸（C 端）的羧基反应。 肽键是一种脱水反应或缩合反应，意味着它在反应过程中会释放一个水分子。 由肽键形成的分子称为酰胺。
在水的存在下，肽键会自发断裂； 这就是酰胺水解。 这是因为肽反应具有一个平衡，该平衡推动反应朝水解方向（反向进行），这意味着反应是吸能反应，需要能量才能进行。 尽管这种反应需要能量输入，但肽键仍然是稳定的键，因为水解速率非常慢。 酶促进活生物体中肽的水解反应形成蛋白质。
水解反应非常缓慢，因为氨基与羧基之间的键由于共振而非常稳定。 氮上的孤对电子会捐献电子给羰基。 共振降低了亲电性，并稳定了形成肽键的羰基。 尽管肽键很稳定，但它们仍然可以发生反应。 肽键的反应包括在羰基碳上的攻击和四面体中间体的形成。
为了在特定氨基酸残基之间形成肽键，氨基酸的官能团必须受到保护。 氨基端通常使用苯甲氧羰基（或 Cbz）进行封闭。 然后，氨基可以通过使用 H2 和 Pd-C 试剂的氢解反应恢复。 另一种常用的氨基保护基团是 1,1-二甲基乙氧羰基（或叔丁氧羰基，Boc）。 它可以在酸性条件下（例如，用 HCl）去除。 在另一端，羧基端可以通过形成酯进行保护。 羧基端的脱保护可以通过用碱处理来实现。 多肽可以通过在二环己基碳二亚胺 (DCC) 的帮助下，使一个氨基保护的氨基酸与另一个羧基端受保护的氨基酸偶联来合成。
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