Пептиды. Белки. Современное представление о структуре белков (пептидов)

Пептиды. Белки.

Учебно-целевые вопросы

1. Понятие «пептиды, белки»;
2. Классификация пептидов;
3. Строение пептидной связи, ее свойства;
4. Современное представление о структуре белков (пептидов):

·  четыре уровня организации молекулы;

·  конформация молекулы, ее лабильность при взаимодействии с компонентами среды (водой, липидами и др.).

5. Физико-химические свойства белков:

·  растворимость и набухание;

·  осаждение (денатурация и высаливание);

·  электрофорез;

·  осмотическое давление;

·  вязкость;

·  лиофилизация;

·  гидролиз.

6. Влияние рН среды на свойства белков, рI;
7. Реакции, позволяющие обнаружить пептидную природу органических соединений;
8. Функции пептидов и белков;
9. Реакции, позволяющие обнаружить остатки цистеина в молекуле.

Пептиды. Каскадный синтез дипептида.

Все рассмотренные выше метаболические процессы, происходящие с a-аминокислотами, а также бесконечное множество не рассмотренных превращений этих важнейших молекул, составляющих предмет изучения в курсе биохимии, хоть и являются жизненно важными, но все же представляют собой как бы вторые профессии a-аминокислот. Главная и основная их особенность – способность конденсироваться друг с другом, образуя макромолекулы пептидов и белков.

Условно считают, что пептиды соединяют в молекуле до 100, а белки – выше 100 аминокислотных остатков.

Пептидную или белковую макромолекулу формально легко представить как продукт поликонденсации a-аминокислот, протекающей с образованием пептидной связи между мономерными звеньями:

Если соединяются две молекулы a-аминокислот, то образуется молекула дипептида, если три – молекула трипептида и т.д., наконец, при большом количестве соединенных a-аминокислотных звеньев говорят о полипептидах. Но сколько бы аминокислот не входило в состав макромолекулы, в ней всегда различают N-конец (по свободной концевой NH₂-группе) и С-конец (по свободной концевой СООН-группе). Конструкция полипептидной цепи одинакова для всего разнообразия пептидов и белков – эта цепь имеет неразветвленное строение.

Название пептида складывается из трехбуквенных обозначений входящих в него a-аминокислот. При формировании полного названия начинают перечислять последовательность аминокислот с N-конца макромолекулы с изменением окончания на   -ил тех аминокислот, которые участвуют в образовании пептидной связи своей карбоксильной группой, название же последней аминокислоты, имеющей свободную концевую СООН-группу (на С-конце) сохраняет без изменения.

Например, трипептид Ала-Фен-Вал,

, имеет полное название Аланил-Фенилаланил-Валин.

Электронное строение пептидной связи.

Связь С-N носит в значительной степени характер двойной связи вследствие сопряжения неподеленной пары электронов атома азота с p-электронами двойной связи. Ее длина 1,32 Å, что значительно меньше длины обычной одинарной связи (1,53 Å), но больше двойной (1,27 Å).

Благодаря образованию трехцентровой сопряженной системы с делокализацией общего p-электронного облака пептидная связь является планарной (плоской), а вращение вокруг связи  становится запрещенным. С^α-атомы, примыкающие с двух сторон к одной пептидной группе, обычно находятся в транс-положении по отношению друг к другу. С^α-атом связан одинарными связями с N-атомом одной пептидной группы и с С-атомом следующей. Вокруг этих одинарных связей возможно относительно свободное вращение:

В пептидной группе возможна прототропная лактим-лактамная таутомерия:

Пептиды играют важную роль в работе нервной системы человека и животных. В последнее десятилетие было доказано, что они служат важным средством «общения» между собой нервных клеток, наравне с давно известными медиаторами – дофамином, норадреналином, ацетилхолином. Пептиды смело можно назвать вездесущими работниками центральной нервной системы. Во всем мире сейчас идут широкие исследования пептидов, регулирующих состояние голода, жажды, боли, агрессии, страха. Многие из них работают в «системе удовольствия» или «системе положительного подкрепления», моделируя проведение нервных импульсов по тем нервным путям, которые создают чувство радости, веселья, обезболивания. К последним, например, относятся так называемые опиоидные нейропептиды – энкефалины и эндорфины, которые образуются в мозге и оказывают на ЦНС действие, сходное с действием морфина. Однако к ним не возникает наркотического привыкания, о чем свидетельствует их физиологически управляемый биосинтез. И до сих пор остается загадкой, каким образом организм не попадает в расставленную себе самому ловушку. Нейропептиды – пентапептиды, например, Тир-Гли-Гли-Фен-Мет (мет-энкефалин) и Тир-Гли-Гли-Фен-Лей (лей-энкефалин) – относятся именно к таким пептидам.

Некоторые пептиды проявляют антибактериальное действие и используются как лекарственные средства, например, грамицидин С – циклический декапептид. Большое значение имеет группа пептидов, обладающих гормональным действием, например, инсулин, с недостатком которого в организме связаны серьезные нарушения углеводного обмена, на расшифровку строения молекулы которого ушло 10 лет. Большие надежды, особенно у нерадивых студентов, может пробудить вазопрессин, вырабатываемый задней долей гипофиза и регулирующий минеральный обмен и баланс жидкости, так как в последнее время установлено, что он относится к числу мощных стимуляторов запоминания.