Пептиды. Пептидная связь

Пептидная связь по своей химической природе является ковалентной и придает высокую прочность первичной структуре белковой молекулы. Являясь повторяющимся элементом полипептидной цепи и имея специфические особенности структуры, пептидная связь влияет не только на форму первичной структуры, но и на высшие уровни организации полипептидной цепи.

Большой вклад в изучение строения белковой молекулы внесли Л.Полинг и Р.Кори. Обратив внимание на то, что в молекуле белка больше всего пептидных связей, они первыми провели кропотливые рентгеноструктурные исследования этой связи. Изучили длины связей, углы под которыми располагаются атомы, направление расположения атомов относительно связи. На основании исследований были установлены следующие основные характеристики пептидной связи.

1. Четыре атома пептидной связи (С,О,N,Н) и два присоединенных
a-углеродных атома лежат в одной плоскости. Группы R и Н a-углеродных атомов лежат вне этой плоскости.

2. Атомы О и Н пептидной связи и два a-углеродных атома, а также R-группы имеют транс-ориентацию относительно пептидной связи.

3. Длина связи С–N, равная 1,32 Å, имеет промежуточное значение между длиной двойной ковалентной связи (1,21 Å) и одинарной ковалентной связи (1,47 Å). Отсюда следует, что связь С–N имеет частично ненасыщенный характер. Это создает предпосылки для осуществления по месту двойной связи таутомерных перегруппировок с образованием енольной формы,т.е. пептидная связь может существовать в кето-енольной форме.

Вращение вокруг связи –С=N– затруднено и все атомы, входящие в пептидную группу, имеют планарную транс-конфигурацию. Цис-конфигурация является энергетически менее выгодной и встречается лишь в некоторых циклических пептидах. Каждый планарный пептидный фрагмент содержит две связи с a-углеродными атомами, способными к вращению.

Между первичной структурой белка и его функцией у данного организма существует самая тесная связь. Для того, чтобы белок выполнял свойственную ему функцию, необходима совершенно определенная последовательность аминокислот в полипептидной цепи этого белка. Эта определенная последовательность аминокислот, качественный и количественный состав закреплен генетически (ДНК→РНК→белок). Каждый белок характеризуется определенной последовательностью аминокислот, замена хотя бы одной аминокислоты в белке приводит не только к структурным перестройкам, но и к изменениям физико-химических свойств и биологических функций. Имеющаяся первичная структура предопределяет последующие (вторичную, третичную, четвертичную) структуры. Например, в эритроцитах здоровых людей содержится белок– гемоглобин с определенной последовательностью аминокислот. Небольшая часть людей имеет врожденную аномалию структуры гемоглобина: их эритроциты содержат гемоглобин, у которого в одном положении вместо глутаминовой кислоты (заряженной, полярной) содержится аминокислота валин (гидрофобная, неполярная). Такой гемоглобин существенно отличается по физико-химическим и биологическим свойствам от нормального. Появление гидрофобной аминокислоты, приводит к возникновению «липкого» гидрофобного контакта (эритроциты плохо передвигаются в кровеносных сосудах), к изменению формы эритроцита (из двояковогнутого в серповидный), а также к ухудшению переноса кислорода и т.д. Дети, родившееся с этой аномалией, в раннем детстве погибают от серповидноклеточной анемии.

Исчерпывающие доказательства в пользу утверждения, что биологическая активность определяется аминокислотной последовательностью, были получены, после искусственного синтеза фермента рибонуклеазы (Меррифилд). Синтезированный полипептид с той же аминокислотной последовательностью, что и естественный фермент, обладал такой же ферментативной активностью.

Исследования последних десятилетий показали, что первичная структура закреплена генетически, т.е. последовательность аминокислот в полипептидной цепи определяется генетическим кодом ДНК, и, в свою очередь определяет вторичную, третичную и четвертичную структуры белковой молекулы и ее общую конформацию. Первым белком, у которого была установлена первичная структура, был белковый гормон инсулин (содержит 51 аминокислоту). Это было сделано в 1953 г. Фредериком Сэнгером. К настоящему времени расшифрована первичная структура более десяти тысяч белков, но это очень небольшое количество, если учесть, что в природе белков около 10 12 . В результате свободного вращения полипептидные цепи способны скручиваться (складываться) в различные структуры.

Вторичная структура. Под вторичной структурой белковой молекулы понимают способ укладки полипептидной цепи в пространстве. Вторичная структура белковой молекулы образуется в результате того или иного вида свободного вращения вокруг связей, соединяющих a-углеродные атомы в полипептидной цепи.В результате этого свободного вращения полипептидные цепи способны скручиваться(складываться) в пространстве в различные структуры.

В природных полипептидных цепях обнаружены три основных типа структуры:

- a-спираль;

- β-структура(складчатый лист);

- статистический клубок.

Наиболее вероятным типом строения глобулярных белков принято считать α-спираль Закручивание происходит по часовой стрелке (правый ход спирали), что обусловлено L-аминокислотным составом природных белков. Движущей силой в возникновении α-спирали является способность аминокислот к образованию водородных связей. R-группы аминокислот направлены наружу от центральной оси a-спирали . диполи >С=О и >N–Н соседних пептидных связей ориентированы оптимальным образом для дипольного взаимодействия, образуя вследствие этого обширную систему внутримолекулярных кооперативных водородных связей, стабилизирующих a-спираль.

Шаг спирали (один полный виток) 5,4Å включает 3,6 аминокислотных остатка.

Рисунок 2 – Структура и параметры a-спирали белка

Для каждого белка характерна определенная степень спирализации его полипептидной цепи

Спиральную структуру могут нарушить два фактора:

1) в наличие в цепи остатка пролина, циклическая структура которого вносит излом в полипептидную цепь – нет группы –NН 2 , поэтому невозможно образования внутрицепочечной водородной связи;

2) если в полипептидной цепи подряд расположено много остатков аминокислот, имеющих положительный заряд (лизин, аргинин) или отрицательный заряд (глутаминовой, аспарагиновой кислот), в этом случае сильное взаимное отталкивание одноименнозаряженных групп (–СОО – или –NН 3 +) значительно превосходит стабилизирующее влияние водородных связей в a-спирали .

Другой тип конфигурации полипептидных цепей, обнаруженный в белках волос, шелка, мышц и в других фибриллярных белках, получил название β-структуры или складчатого листа. Структура типа складчатого листа также стабилизирована водородными связями между теми же диполями –NН...... О=С<. Однако в этом случае возникает совершенно иная структура, при которой остов полипептидной цепи вытянут таким образом, что имеет зигзагообразную структуру. Складчатые участки полипептидной цепи проявляют кооперативные свойства, т.е. стремятся расположиться рядом в белковой молекуле, и формируют параллельные

одинаковонаправленные полипептидные цепи или антипараллельные,

которые укрепляются благодаря водородным связям между этими цепями. Такие структуры называются b-складчатые листы (рисунок 2).

Рисунок 3 – b-структура полипептидных цепей

a-Спираль и складчатые листы – это упорядоченные структуры, в них имеется регулярная укладка аминокислотных остатков в пространстве. Некоторые участки полипептидной цепи не имеют какой-либо правильной периодической пространственной организации, их обозначают как беспорядочный или статистический клубок.

Все эти структуры возникают самопроизвольно и автоматически вследствие того, что данный полипептид имеет определенную аминокислотную последовательность, которая предопределена генетически. a-спирали и b-структуры обуславливают определенную способность белков к выполнению специфических биологических функций. Так, a-спиральная структура (a-кератин) хорошо приспособлена к тому, чтобы образовывать наружные защитные структуры-перья, волосы, рога, копыта. b-структура способствует образованию гибких и нерастяжимых нитей шелка и паутины, а конформация белка коллагена обеспечивает высокую прочность на разрыв, необходимую для сухожилий. Наличие только a-спиралей или b-структур характерно – для нитевидных (фибрилярных белков). В составе глобулярных (шаровидных) белков содержание a-спиралей и b-структур и бесструктурных участков сильно варьируется. Например: инсулин спирализованна 60%, фермент рибонуклеаза – 57%, белок куриного яйца лизоцим – на 40%.

Третичная структура. Под третичнойструктурой понимают способ укладки полипептидной цепи в пространстве в определенном объеме.

Третичная структура белков образуется путем дополнительного складывания пептидной цепи содержащей a-спираль, b-структуры и участки беспорядочного клубка. Третичная структура белка формируется совершенно автоматически, самопроизвольно и полностью предопределяется первичной структурой и имеет непосредственное отношение к форме белковой молекулы, которая может быть различной: от шарообразной до нитевидной. Форма белковой молекулы характеризуется таким показателем, как степень асимметрии (отношение длинной оси к короткой). У фибриллярных или нитевидных белков степень асимметрии больше 80. При степени асимметрии меньше 80 белки относятся к глобулярным . Большинство из них имеет степень асимметрии 3-5, т.е. третичная структура характеризуется достаточно плотной упаковкой полипептидной цепи, приближающейся по форме к шару.

При формировании глобулярных белков неполярные гидрофобные радикалы аминокислот группируются внутри белковой молекулы, в то время как полярные радикалы ориентируются в сторону воды. В какой-то момент возникает термодинамически наиболее выгодная стабильная конформация молекулы – глобула. В такой форме белковая молекула характеризуется минимальной свободной энергией. На конформацию возникшей глобулы оказывают влияние такие факторы как рН раствора, ионная сила раствора, а также взаимодействие белковых молекул с другими веществами.

Основной движущей силой в возникновении трехмерной структуры, является взаимодействие радикалов аминокислот с молекулами воды.

Фибриллярные белки. При формировании третичной структуры не образуют глобул – их полипептидные цепи не сворачиваются, а остаются вытянутыми в виде линейных цепей, группируясь в волокна- фибриллы.

Рисунок– Строение коллагеновой фибриллы (фрагмент).

В последнее время появились доказательства, что процесс формирования третичной структуры не является автоматическим, а регулируется и контролируется специальными молекулярными механизмами. В этом процессе задействованы специфические белки – шапероны. Основными функциями их являются способность предотвращать образование из полипептидной цепи неспецифических (хаотичных) беспорядочных клубков, и обеспечение доставки (транспорта) их к субклеточным мишеням, создавая условия для завершения свертывания белковой молекулы.

Стабилизация третичной структуры обеспечивается благодаря нековалентным взаимодействиям между атомными группировками боковых радикалов.

Рисунок 4- Типы связей, стабилизирующих третичную структуру белка

а) электростатические силы притяжения между радикалами, несущими противоположно заряженные ионные группы (ион-ионные взаимодействия), например отрицательно заряженная карбоксильная группа (– СОО –) аспарагиновой кислоты и (NН 3 +) положительно заряженной e-аминогруппой остатка лизина.

б) водородные связи между функциональными группами боковых радикалов. Например, между ОН- группой тирозина и карбоксильным кислородом аспарагиновой кислоты

в) гидрофобные взаимодействия обусловлены силами Ван-дер-Ваальса между неполярными радикалами аминокислот. (Например, группами
–СН 3 – аланина, валина и т.д..

г) диполь-дипольные взаимодействия

д) дисульфидные связи (–S–S–) между остатками цистеина. Эта связь очень прочная и присутствует не во всех белках. Важную роль эта связь играет в белковых веществах зерна и муки, т.к. оказывает влияние на качество клейковины, структурно-механические свойства теста и соответственно на качество готовой продукции – хлеба и т.д.

Белковая глобула не является абсолютно жесткой структурой: в известных приделах возможны обратимые перемещения частей пептидной цепи относительно друг друга с разрывом небольшого количества слабых связей и образования новых. Молекула как бы дышит, пульсирует в разных своих частях. Эти пульсации не нарушают основного плана конформации молекулы, подобно тому, как тепловые колебания атомов в кристалле не изменяют структуру кристалла, если температура не настолько велика, что наступает плавление.

Только после приобретения белковой молекулой естественной, нативной третичной структуры он проявляет свою специфическую функциональную активность: каталитическую, гормональную, антигенную и т.д. Именно при образовании третичной структуры происходит формирование активных центров ферментов, центров ответственных за встраивание белка в мультиферментный комплекс, центров, ответственных за самосборку надмолекуляных структур. Поэтому любые воздействия (термические, физические, механические, химические), приводящие к разрушению этой нативной конформации белка (разрыв связей), сопровождается частичной или полной потерей белком его биологических свойств.

Изучение полных химических структур некоторых белков показало, что в их третичной структуре выявляются зоны, где сконцентрированы гидрофобные радикалы аминокислот, и полипептидная цепь фактически обматывается вокруг гидрофобного ядра. Более того, в ряде случаев в белковой молекуле обособляются два и даже три гидрофобных ядра, в результате возникает 2-х или 3-х ядерная структура. Такой тип строения молекулы характерен для многих белков, обладающих каталитической функцией (рибонуклеаза, лизоцим и т.д.). Обособленная часть или область молекулы белка обладающая в определенной степени структурной и функциональной автономией называется доменом. У ряда ферментов, например, обособленны субстрат-связывающие и кофермент связывающие домены.

В биологическом отношении фибриллярные белки играют очень важную роль, связанную с анатомией и физиологией животных. У позвоночных на долю этих белков приходится 1/3 от их общего содержания. Примером фибрилярных белков может служить белок шелка – фиброин, который состоит из нескольких антипараллельных цепей со структурой складчатого листа. Белок a-кератин содержит от 3-7 цепей. Коллаген имеет сложную структуру, в которой 3 одинаковые левовращающие цепи скручены вместе с образованием правовращающей тройной спирали. Эта тройная спираль стабилизирована многочисленными межмолекулярными водородными связями. Наличие таких аминокислот, как гидроксипролина и гидроксилизина также вносит вклад в образование водородных связей, стабилизирующих структуру тройной спирали. Все фибриллярные белки плохо растворимы или совсем нерастворимы в воде, так как в их составе содержится много аминокислот, содержащих гидрофобные, нерастворимые в воде R-группы изолейцин, фенилаланин, валин, аланин, метионин. После специальной обработки нерастворимый и неперевариваемый коллаген превращается в желатин-растворимую смесь полипептидов, который затем используют в пищевой промышленности.

Глобулярные белки . Выполняют разнообразные биологические функции. Они выполняют транспортную функцию, т.е. переносят питательные вещества, неорганические ионы, липиды и т.д. К этому же классу белков принадлежат гормоны, а также компоненты мембран и рибосом. Все ферменты тоже глобулярные белки.

Четвертичная структура. Белки содержащие две или большее число полипептидных цепей называют олигомерными белками , для них характерно наличие четвертичной структуры.

Рисунок – Схемы третичной (а) и четвертичной (б) структур белка

В олигомерных белках каждая из полипептидных цепей характеризуется своей первичной, вторичной и третичной структурой, и называется субъединицей или протомером Полипептидные цепи (протомеры) в таких белках могут быть либо одинаковыми либо разными. Олигомерные белки называют гомогенными, если их протомеры одинаковы и гетерогенными, если их протомеры различны. Например-белок гемоглобин состоит из 4-х цепей: двух -a и двух -b протомеров. Фермент a-амилаза состоит из 2-х одинаковых полипептидных цепей. Под четвертичной структурой понимают расположение полипептидных цепей (протомеров) относительно друг друга, т.е. способ их совместной укладки и упаковки. При этом протомеры взаимодействуют друг с другом не любой частью своей поверхности, а определенным участком (контактной поверхностью). Контактные поверхности имеют такое расположение атомных группировок, между которыми возникают водородные, ионные, гидрофобные связи. Кроме того, геометрия протомеров также способствует их соединению. Протомеры подходят друг к другу, как ключ к замку. Такие поверхности называются комплиментарными. Каждый протомер взаимодействует с другим во множестве точек, это приводит к тому, что соединение с другими полипептидными цепями или белками невозможно. Такие комплиментарные взаимодействия молекул лежат в основе всех биохимических процессов в организме.

Образование пептидной связи в общем сводится к отщеплению элементов воды.
Образование пептидных связей, катализируемое гидролитическими ферментами, наблюдали в таких системах, где продукт реакции нерастворим и, тем самым, удаляется из сферы реакции.
Образование пептидной связи, на которое оказывают ката литическое действие ионы металла (серебра, свинца, Меди или ртути), требует контроля рН для достижения оптимальных выходов.
Образование пептидной связи, как уже указывалось (разд.
Образование пептидной связи активированием аминогруппы также проходит через приобретение положительного заряда атомом углерода карбоксильной группы, так как первой стадией процесса является присоединение карбоксильной группы к активируемой части молекулы. В этом случае течению реакции способствуют также стерические факторы.
Образование пептидной связи требует участия макроэргичг-ских молекул ГТФ.
Основной принцип пептидного синтеза. Образование пептидной связи в случае дипептида является простым химическим процессом. Последовательное повторение этого процесса, казалось бы, должно привести к длинным пептидам и даже к белкам. Однако реализация этого прит нципа возможна только в жестких условиях неконтролируемой реакции.
Образование пептидной связи, как уже указывалось (разд. Повышение электрофильных потенциалов достигается введением электроаффинных - I или - М (индуктивных или мезомерных) заместителей (XR), которые снижают электронную плотность как на карбонильном углероде, так и на карбонильном кислороде.
Образование пептидной связи может протекать как одно - или двухста-дийный процесс (разд.
Образование пептидной связи представляет собой нуклеофильную атаку аминогруппой одной аминокислоты карбонильного атома углерода другой аминокислоты.
После образования пептидной связи бензилоксикарбонильную группу отщепляют посредством бромоводорода в ледяной уксусной кислоте. Для защиты а-карбоксильной группы ее превращают в метиловый или бутиловый эфир. Затем по мере надобности соответствующий эфир омыляют щелочью.
Шаро-стержневая скелетная модель (без водородов остатка аланилпролиладенозина как донорного субстрата в пептидилтрансферазном центре рибосомы (предоставлено В. И. Лимом, Институт белка АН СССР, Пущино. До образования пептидной связи атом азота имеет три валентные связи, направленные к вершинам тетраэдра, в то время как к четвертой вершине направлена орбиталь неподеленной пары электронов.

Процеоо образования пептидной связи термодинамически невыгоден и может идти лишь в жестких условиях.
Методы образования пептидной связи, рассматриваемые ниже, отличаются оригинальными подходами. До сих пор они не получили широкого практического применения, но все же представляют потенциальные возможности для развития пептидной химии.
В образовании пептидных связей участвует гл. В синтезе пептидов из Ь - изомера наряду с а Н2 - группой защищают у-карбок-сильную группу, для чего ее этерифицируют бензиловым спиртом или получают трет-бутиловый эфир действием изобутилена в присут.
В образовании пептидной связи у м оноамино динар-боковых и диаминомонокарбоковых кислот принимают участие только аминогруппы и карбоксильные группы, связанные с и-утл сродным атомом.
Например, образование пептидной связи в белке соответствует увеличению функции Гпб-бса примерло на 17 кДж / моль, однако биосинтез не идет напрямую, и используемая в нем последовательность реакций эквивалента потреблению трех молекул АТФ на каждую связь. В случае белка относительно небольшой величины, например миоглобнна, содержащего примерно 150 пептидных связей, для биосинтеза требуется 450 молекул АТФ или 12 молей глюкозы на каждый моль образующегося белка.
Азидный метод образования пептидной связи, хотя и сопровождается нек-рыми побочными процессами (в основном подавляемыми при темп - pax от-10 до 5 С), выгодно отличается от всех остальных методов активации карбоксильных групп практически полным отсутствием рацемизации. Прочие методы могут, однако, применяться для активации аминокислот и пептидов с N-защитой уретанового типа, а также пептидов с С-концевыми группами глицина и пролина, устойчивого к рацемизации.
Интересный метод образования пептидных связей описал в 1955 г. Бреннер ; несколько позднее появился обзор об этих работах (см. также [ 149а ], стр.
Общий метод образований пептидной связи иллюстрирует следующий пример.
Общий метод образования пептидной связи иллюстрирует следующий пример.
Карбодиимидный метод образования пептидной связи предусматривает использование в качестве конденсирующих реагентов разл.
В процессе образования пептидной связи необходимо защищать реакци-онноояоообныв боковые группы некоторых аминокислот. К ним относятся: / - аминогруппа лизина, ув-амяногруппа орнитина, гуанидиновая группа аргинина, карбоксильные группы аспарагиновой и глутаминовой кислот, гидрокоилыше и тиольные группы серина, треонина, тирозина и цистеи-на, имидазольное кольцо гистидина. В некоторых случаях осуществляют блокирование боковых групп метиояина, аспарагина и глутвми-на. Недавно предложены защитные группы для индольного кольца триптофана.
Очень удобный способ образования пептидной связи заключается во взаимодействии карбоновой кислоты и амина с дици-клогексилкарбодиимидом (DCCI; ДЦКИ) в качестве водоотщепляю-щего средства.
Очень удобный способ образования пептидной связи заключается во взаимодействии карбоновой кислоты и амина с днцн-клогексилкарбодиимидом (DCCI; ДЦК.
Синтоны, использованные для синтеза протеазы ВИЧ-1. Реакции, используемые для образования пептидной связи и удаления защитных групп, могут повреждать ряд боковых функциональных групп. Поэтому использование защитных групп важно не только для fr - амино - и а-карбоксиль-ных групп, но и для многих боковых радикалов. Эти группы должны оставаться защищенными во время всего процесса образования полипептидной цепи и должны удаляться только по завершении процесса. В практике полипептидного синтеза используются различные комбинации этих групп. Они вводятся в мономеры в дополнение к группам, защищающим o - NH2 - и а - С00 - - группы. Мономеры, содержащие набор защитных групп и в ряде случаев активированные остатки, делающие возможным их непосредственное использование в процессе синтеза, обычно называют синтонами. В качестве примера, в табл. 7.6 приведены синтоны, использованные для синтеза 99-членного пептида, который представляет собой протеазу, кодированную вирусом ВЙЧ-1, вызывающим СПИД. Огромный интерес к этой протеазе обусловлен надеждой найти специфические ингибиторы протеазы, которые позволят предотвратить созревание вирусных белков и, следовательно, размножение этого вируса.

Под действием макролида прекращается образование пептидных связей при синтезе белка, нарушается процесс транслокации на этапе, когда пептидил-т РНК возвращается из акцепторного (А) места в (Р) место.
Существует большое число методов образования пептидной связи между замещенными аминокислотами или пептидами. Обычно их разделяют на методы, при которых активируется карбоксильная группа, и методы, связанные с активированием аминогруппы.
Поскольку это первый пример образования ыс пептидной связи у остатка, отличающегося от пролина, к нему следует отнестись с некоторой осторожностью. С другой стороны, возможно, что такой способ образования связи имеет значение для активности фермента.
Фосфорилирование нуклеозида хлорфосфатом аналогично образованию пептидной связи, происходящему при взаимодействии амина с ацилхлоридом. Вероятно, один из простейших таких примеров - реакция рибонуклеозида с хлороксидом фосфора.
Напомним, что энергия на образование пептидной связи выделяется при аминолизе тиоэфира.
Дициклогексилкарбодиимид применяют не только для образования пептидных связей, но часто используют и для эте-рификации, например, при синтезе активированных тиоалкило-вых и тиоариловых эфиров. С помощью N, N - дициклогексилкарбодиимида синтезирован также пропио-тиолактон (см. гл.
Наиболее распространенные антибиотики. У большинства грамположительных бактерий ингибируют образование пептидных связей между молекулами клеточной стенки, что приводит к ее лизису. Эффективны только в отношении делящихся бактерий.
Другим направлением в разрешении проблемы образования пептидных связей являются поиски биологических систем, которые обладают выраженной потребностью в некоторых пептидах, более выраженной, чем их потребность в отдельных аминокислотах, составляющих эти пептиды. Если, например, бактериальная клетка использует пептид для своего роста более эффективно, чем аминокислоты, то можно предположить, что скорость синтеза пептида определяет собой скорость использования аминокислот для образования белка. Этот метод был использован в исследованиях по обмену пептидов у бактерий, проводившихся Софьей Симмондс и автором данной статьи в Иэльском университете.
Наиболее широко применяются следующие методы образования пептидной связи: 1) карбодиимидный; 2) азидный; 3) смешанных ангидридов; 4) активированных эфиров; 5) карбокоиаигидридный.
Липмана о том, что образованию пептидных связей предшествует синтез фосфорнокислых производных аминокислот.
Мегги определил теплоту и энтропию образования пептидной связи в твердом полиглицине, которые равны соответственно 3 3 ккал / моль и 17 энтр.
Конечно, как и в случае образования пептидной связи, вается определенная энергия, и поэтому необходима Синтез фосфодиэфирной связи был бы невозможен при простом смешивании фосфорной кислоты с соответствующими защищенными нуклеозидами. Наконец (см. ниже), может потребоваться даже блокирование фосфатной группы. Хотя это не строго необходимо (и не применялось в первых нуклеотидных синтезах), такой метод имеет свои преимущества и в настоящее время наиболее распространен.
Разработанные еще Фишером и Курциусом методы образования пептидной связи не нашли широкого применения из-за отсутствия селективно-отщепляемых защитных групп.
Этим реакциям явно благоприятствует невысокая скорость образования нужной пептидной связи, что происходит из-за пространственных препятствий, и по этой причине объемистые аминокислотные остатки, например валин и изолейцин, не следует располагать в местах сшивки. Во всех случаях, когда пептидные фрагменты содержат С-концевые остатки, не являющиеся глицином или пролином, должна использоваться также методика, делающая риск рацемизации минимальным.

Для всех аминокислот характерна способнесть к образованию пептидных связей. При этом группа NH2 одной молекулы аминокислоты реагирует с группой СООН другой молекулы. В результате отщепляется вода и получаются продукты сложного состава, называемые пептидами.
Для всех аминокислот характерна способность к образованию пептидных связей. При этом группа NH3 одной молекулы аминокислоты реагирует с группой СООН другой молекулы. В результате отщепляется вода и получаются продукты сложного состава, называемые пептидами.
II ] и подобно тетраэтилпирофосфиту применяют для образования пептидных связей.
Примером такого процесса является приведенная выше реакция образования пептидной связи, идущая с увеличением свободной г нергии системы. Эта реакция становится осуществимой в присутствии дициклогексилкарбодиимида, поскольку при гидратации последнего освобождается свободная энергия, перекрывающая затраты свободной энергии на синтез пептидной связи.
Примером такого процесса является приведенная выше реакция образования пептидной связи, идущая с увеличением свободной энергии системы. Эта реакция становится осуществимой в присутствии дициклогексилкарбодиимида, поскольку при гид - ратации последнего освобождается свободная энергия, перекрывающая затраты свободной энергии на синтез пептидной связи.
Принимая, что те же значения соответствуют образованию пептидных связей из других аминокислот, Мегги приходит к выводу, что синтез протеинов в биологических условиях термодинамически возможен, если сопровождается гидролизом аде-нозинтрифосфата, пирофосфата или полифосфата.
Ацилирование другой аминокислоты смешанным ангидридом приводит к образованию пептидной связи. Карбоксильная группа полученного таким образом пептида вновь может быть активирована и соединена со следующей аминокислотой.

Пептиды – это природные или синтетические соединения, молекулы которых построены из остатков аминокислот, соединенных между собой пептидными (пептидный мостик), по своей сути, амидными связями.

Молекулы пептидов могут содержать неаминокислотную компоненту. Пептиды, имеющие до 10 аминокислотных остатков, называются олигопептидами (дипептиды, трипептиды и т.д.) Пептиды, содержащие более 10 до 60 аминокислотных остатков, относят к полипептидам . Природные полипептиды с молекуляроной массой более 6000 дальтон называют белками.

Номенклатура

Аминокислотный остаток пептида, который несет -аминогруппу, называют N -концевым , несущий свободную -карбоксильную группу – С-концевым. Название пептида состоит из перечисления тривиальных названий аминокислот, начиная с N-концевой. При этом суффикс «ин» меняется на «ил» для всех аминокислот, кроме С-концевой.

Примеры

Глицилаланин или Gly-Ala

б) аланил-серил-аспаргил-фенилаланил-глицин

или Ala – Ser – Asp – Phe – Gly. Здесь аланин N-концевая аминокислота, а глутамин – С-концевая аминокислота.

Классификация пептидов

1. Гомомерные – при гидролизе образуются только аминокислоты.

2. Гетеромерные – при гидролизе кроме -аминокислот, образуются неаминокислотные компоненты, например:

а) гликопептиды;

б) нуклеопептиды;

в) фосфопептиды.

Пептиды могут быть линейными или циклическими. Пептиды, в которых связи между аминокислотными остатками только амидные (пептидные), называются гомодетными. Если, кроме амидной группы, имеются сложноэфирные, дисульфидные группы пептиды называются гетеродетным. Гетеродетные пептиды, содержащие гидроксиаминокислоты называются пептолидами. Пептиды, состоящие из одной аминокислоты называются гомополиаминокислотами. Те пептиды, которые содержат одинаковые повторяющиеся участки (из одного или нескольких аминокислотных остатков), называют регулярными. Гетеромерные и гетеродетные пептиды называются депсипептидами .

Строение пептидной связи

В амидах связь углерод-азот является частично двоесвязанной вследствие р,-сопряжения НПЭ атома азота и -связи карбонила (длина связи С-N: в амидах - 0,132 нм, в аминах - 0,147 нм), поэтому амидная группа является плоской и имеет транс-конфигурацию. Таким образом, пептидная цепь представляет собой чередование плоских фрагментов амидной группы и фрагментов углеводородных радикалов соответствующих аминокислот. В последних вращение вокруг простых связей незатруднено, следствием этого является образование различных конформеров. Длинные цепи пептидов образуют -спирали и β-структуры (аналогично белкам).

Синтез пептидов

В процессе синтеза пептида должна образоваться пептидная связь между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминной группой другой аминокислоты. Из двух аминокислот возможно образование двух дипептидов:

Приведённые выше схемы являются формальными. Для синтеза, например, глицилаланина, необходимо провести соответствующие модификации исходных аминокислот (в данном пособии этот синтез не рассматривается).

Пептидная связь – это связь между альфа-карбоксильной группой одной аминокислоты и альфа-аминогруппой другой аминокислоты.

Рис 5. Образование пептидной связи

К свойствам пептидной связи относятся:

1. Трансположение заместителей (радикалов) аминокислот по отношению к C-N связи. Рис 6.

Рис 6. Радикалы аминокислот находятся в транс-положении.

2. Копланарность

Все атомы, входящие в пептидную группу находятся в одной плоскости, при этом атомы "Н" и "О" расположены по разные стороны от пептидной связи. Рис 7, а.

3. Наличие кето формы и енол ьной формы. Рис 7, б

Рис 7. а) б)

4. Способность к образованию двух водородных связей с другими пептидными группами. Рис 8.

5. Пептидная связь имеет частично характер двойной связи. Ее длина меньше, чем одинарной связи, она является жесткой структурой, и вращение вокруг нее затруднено.

Но так как, кроме пептидной, в белке есть и другие связи, цепочка аминокислот способна вращаться вокруг основной оси, что придает белкам различную конформацию(пространственное расположение атомов).

Последовательность аминокислот в составе полипептидной цепи представляет первичную структуру белка. Она уникальна для любого белка и определяет его форму, а также различные свойства и функции.
Большинство белков имеют вид спирали в результате образования водородных связей между-CO- и -NH- группами разных аминокислотных остатков полипептидной цепи. Водородные связи непрочные, но в комплексе они обеспечивают довольно прочную структуру. Эта спираль - вторичная структура белка.

Третичная структура - трехмерная пространственная «упаковка» полипептидной цепи. В результате возникает причудливая, но для каждого белка специфическая конфигурация -глобула . Прочность третичной структуры обеспечивается разнообразными связями, возникающими между радикалами аминокислот.

Четвертичная структура характерна не для всех белков. Она возникает в результате соединения нескольких макромолекул с третичной структурой в сложный комплекс. Например, гемоглобин крови человека представляет комплекс из четырех макромолекул белка, в данном случае основной вклад во взаимодействие субъединиц вносят гидрофобные взаимодействия.
Такая сложность структуры белковых молекул связана с разнообразием функций, которые свойственны этим биополимерам, например, защитная, структурная и т.д.
Нарушение природной структуры белка называют денатурацией . Она может происходить под воздействием температуры, химических веществ, лучистой энергии и других факторов. При слабом воздействии распадается только четвертичная структура, при более сильном - третичная, а затем - вторичная, и белок остается в виде полипептидной цепи, то есть в виде первичной структуры.
Этот процесс частично обратим: если не нарушена первичная структура, то денатурированный белок способен восстанавливать свою структуру. Отсюда следует, что все особенность строение макромолекулы белка определяются его первичной структурой.

Рис 9. Белковые структуры

©2015-2017 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.