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.
Внутри клетки сгибание белков сопровождается другими специальными белками, называемыми шаперонами, которые делают процесс складчатости более надежным и препятствуют ошибочному соединению с другими белками. Имеются данные о том, что при аномальном сгибании белков могут образовываться пространственные структуры, которые сильно отличаются от нормальных, которые мы называем родными. Эти структуры связаны с различными дегенеративными патологиями нервной системы.
Когда слабые связи, которые поддерживают структуры порядка выше первичных, нарушаются, белки развертываются или денатурируются, теряя свою функцию. Таким образом, при изменении температуры, рН или количества растворенных солей в воде белки становятся денатурированными, что затрудняет образование водородных мостиков и солевых мостиков. Для некоторых небольших белков этот процесс является обратимым, и когда исходные условия окружающей среды восстанавливаются, белок спонтанно складывается обратно в исходную форму; мы говорим, что оно восстанавливается.
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.
Денатурация-ренатурация. Свойства белков, такие как растворимость, денатурация и специфичность, в основном зависят от природы аминокислотных радикалов. Растворимость. В общем, волокнистые белки нерастворимы в воде, тогда как глобулярные являются водорастворимыми. Специфичность. Это наиболее характерное свойство белков. Эта специфика показана на разных уровнях, наиболее важной из которых является специфичность видов и функциональная специфичность.
Специфичность функции. Он находится в положении, занимаемом некоторыми аминокислотами тех, которые составляют его линейную последовательность. Эта последовательность обусловливает четвертичную структуру белка, что в конечном счете отвечает за его характерную функцию. Небольшое изменение в аминокислотной последовательности может привести к потере функциональности белка.
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.
1. Гомомерные – при гидролизе образуются только аминокислоты.
Специфичность видов. Существуют белки, которые уникальны для каждого вида. Однако наиболее распространенным является то, что белки, которые играют одну и ту же роль у разных видов, имеют сходный состав и структуру. Эти белки называются гомологичными белками. Это относится к инсулину, который встречается исключительно у позвоночных. Цепочка А инсулина идентична у человека, свиньи, собаки, кролика и кашалота.
Абсорбирующая способность. Белки обладают амфотерным поведением, как и аминокислоты, которые образуют их. Чтобы показать степень роли белков, достаточно сказать, что практически нет биологической функции, в которой одна форма или другой белок не участвует. Это функциональное разнообразие сопровождается большой специфичностью: каждый белок выполняет специфическую и специфическую функцию, которая зависит от ее структуры. Белки способны специфически распознавать и взаимодействовать с другими молекулами.
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 .
Его функциональная активность вытекает из этой способности. Основными типами функций, которые играют белки, являются. Ферментативное действие. Ферменты - это белки, которые катализируют почти все химические реакции, которые происходят в клетках. Транспорт. Некоторые белки связываются с определенными молекулами или ионами и отделяются в другом месте, что означает транспорт. Таков случай гемоглобина, который несет кровь крови. Липопротеины несут липиды. Многие мембранные белки переносят определенные вещества с одной стороны на другую.
Движение и сжатие. Существуют белки, такие как актин и миозин, участвующие в сокращении мышц. Сотовые структуры, микротрубочки, прямые внутриклеточные движения и образуют реснички и жгутики. Микротрубочки состоят из белка тубулина. Механическая и конструкционная поддержка. Волокна и другие структурные элементы состоят из белков, таких как коллаген, кератин и эластин.
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).
Питание и резервация. Кровь или яичные белки, молочный казеин или белки семян являются источниками аминокислотных компонентов. Иммунитет. Иммуноглобулины представляют собой специфические защитные белки, которые связываются вместе и нейтрализуют вирусы, бактерии или посторонние вещества.
Гормональное регулирование. Некоторые гормоны, такие как паратиреоидный гормон, гормон роста или инсулин, являются белками. Регулирование дифференциации. Существуют белки, которые подавляют или активируют экспрессию генов в клеточной дифференцировке. Прием и передача сигналов. Определенные мембранные белки являются рецепторами гормонов или других сигнальных молекул. Передача нервного импульса происходит благодаря мембранным белкам нейронов, получающих нейротрансмиттеры. Родопсин - легкий принимающий белок в глазу.
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:
В некоторых антарктических рыбе существуют даже антифризные белки. Короче говоря, функциональная универсальность белков является частью основы различных структур, которые могут быть сформированы с набором из 20 аминокислот. Белки представляют собой биомолекулы, образованные в основном углеродом, водородом, кислородом и азотом. Они могут содержать серу и некоторые типы белков, фосфора, железа, магния и меди среди других элементов. Они могут считаться полимерами малых молекул, которые называются аминокислотами и поэтому являются единичными мономерами.
Приведённые выше схемы являются формальными. Для синтеза, например, глицилаланина, необходимо провести соответствующие модификации исходных аминокислот (в данном пособии этот синтез не рассматривается).
α-Аминокислоты могут ковалентно связываться друг с другом с помощью пептидных связей. Карбоксильная группа одной аминокислоты ковалентно связывается с аминогруппой другой аминокислоты. При этом возникает R-CO-NH -R связь, называемая пептидной связью. При этом происходит отщепление молекулы воды.
Они входят в число более крупных молекул и совместно с нуклеиновыми кислотами обладают большим разнообразием и разнообразием, практически нет двух существ, которые идентичны по своим белкам. Белки составляют основу молекул, которые выполняют определенные функции в организме, такие как гемоглобин, ответственный за транспортировку газов крови; плазменный фибриноген, основной в свертывании крови; антитела, которые являются основой иммунитета, помимо многих гормонов и всех ферментов.
Аминокислоты связаны пептидными связями. В этом случае аминокислоты двукратно ионизируются, образуя ионную дипольную форму, называемую цвиттерион. Пептидная связь ведет себя как двойная связь, т.е. имеет определенную жесткость, которая фиксирует на плоскости атомы, которые ее образуют.
При помощи пептидных связей из аминокислот образуются белки и пептиды. Пептиды, содержащие до 10 аминокислот, называют олигопептиды. Часто в названии таких молекул указывают количество входящих в состав олигопептида аминокислот: трипептид, пентапептид, октапептид и т.д. Пептиды, содержащие более 10 аминокислот, называют «полипептиды», а полипептиды, состоящие из более чем 50 аминокислотных остатков, обычно называют белками. Мономеры аминокислот, входящих в состав белков, называют «аминокислотные остатки». Аминокислотный остаток, имеющий свободную аминогруппу, называется N-концевым и пишется слева, а имеющий свободную C-карбоксильную группу - С-концевым и пишется справа. Пептиды пишутся и читаются с N-конца.
Дипептиды. Если количество аминокислот является трипептидами. Если количество аминокислот является тетрапептидами. Если количество аминокислот больше, чем. Каждая из этих структур сообщает о расположении предыдущего в пространстве. Это говорит нам что. составляют полипептидную цепь и порядок, в котором они находятся. Функция белка зависит от его последовательности и формы, которую она принимает.
Поскольку они связаны во время синтеза белков и благодаря прядильной способности их связей приобретают устойчивое пространственное расположение, вторичную структуру. Существует два типа вторичной структуры: а-спираль бета-конформации. Эта структура образуется путем спирального наматывания первичной структуры на себя.
Связь между α-углеродным атомом и α-аминогруппой или α-карбоксильной группой способна к свободным вращениям (хотя ограничена размером и характером радикалов), что позволяет полипептидной цепи принимать различные конфигурации.
Пептидные связи обычно расположены в транс-конфигурации, т.е. α-углеродные атомы располагаются по разные стороны от пептидной связи. В результате боковые радикалы аминокислот находятся на наиболее удалённом расстоянии друг от друга в пространстве. Пептидные связи очень прочны и являются ковалентными .
В этой договоренности аас. они не образуют спирали, а зигзагообразную цепочку, называемую сложенным расположением листов. Эта глобулярная конформация облегчает растворимость в воде. Появляются несколько типов связей: дисульфидный мостик между аминокислотными радикалами с серой. водород соединяет электрические мостики с гетерофобными взаимодействиями. Каждая из этих полипептидных цепей называется протомером.
Специфика относится к ее функции; каждый выполняет определенную функцию и реализует ее, поскольку имеет определенную первичную структуру и собственную пространственную конформацию; поэтому изменение структуры белка может означать потерю функции. Кроме того, не все белки одинаковы во всех организмах, каждый индивид обладает специфическими белками, которые становятся очевидными в процессах отторжения трансплантата. Сходство между белками - это степень родства между людьми, поэтому он служит для построения «филогенетических деревьев» денатурации.
В организме человека вырабатывается множество пептидов, участвующих в регуляции различных биологических процессов и обладающих высокой физиологической активностью. Такими являются целый ряд гормонов – окситоцин (9 аминокислотных остатков), вазопрессин (9), брадикинин (9) регулирующий тонус сосудов, тиреолиберин (3), антибиотики – грамицидин, пептиды, обладающие обезболивающим действием (энкефалины(5) и эндорфины и другие опиоидные пептиды). Обезболивающий эффект этих пептидов в сотни раз превосходит анальгезирующий эффект морфина;
Он состоит из потери третичной структуры, путем разрушения мостов, образующих эту структуру. Все денатурированные белки имеют одинаковую конформацию, очень открытую и с максимальным взаимодействием с растворителем, в результате чего водорастворимый белок, когда он денатурирован, становится нерастворимым в воде и выпадает в осадок. Денатурация может быть вызвана изменениями температуры, изменениями рН.
В соответствии с их функциями они могут быть классифицированы следующим образом. Структурные белки: они связываются с другими белковыми и небелковыми молекулами с образованием таких структур, как мембраны, волокна, микротрубочки и т.д. Оборона Антитела: связываются с молекулами, чужеродными по отношению к телу: иммуноглобулины. Токсины: сделаны некоторыми бактериями для их собственной защиты. Специфические переносчики ионов или молекул на уровне плазматической мембраны. Рецепторы: это белки, вставленные в клеточную мембрану, которые распознают молекулы посланника.
Окситоцин выделяется в кровь во время кормления ребёнка, вызывает сокращение миоэпителиальных клеток протоков молочных желёз и стимулирует выделение молока. Кроме того, окситоцин влияет на гладкую мускулатуру матки во время родов, вызывая её сокращение.
В отличие от окситоцина, основное физиологическое действие вазопрессина - увеличение реабсорбции воды в почках при уменьшении АД или объёма крови (поэтому другое название этого гормона - антидиуретический). Кроме того, вазопрессин вызывает сужение сосудов .
Гормональная функция: Гормоны представляют собой соединения, продуцируемые эндокринными железами или внутреннюю секрецию, и доставляют эту секрецию непосредственно в кровь. Не все обладают белковой природой, но есть много аминокислот, полипептидов или белков. Все ферменты являются белками. Пример.
Те, кто участвует в реакциях окисления, называются оксидазами, которые участвуют в реакциях гидролиза, называются гидролазами. Они образованы субъединицами, называемыми нуклеотидами, и каждый из них состоит из азотистого основания, сахара и фосфорной кислоты. Соединение азотной основы плюс сахар называется нуклеозидом: Примеры.
Различают 4 уровня структурной организации белков, называемых первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурами. Существуют общие правила, по которым идёт формирование пространственных структур белков.
Первичная структура белка – это ковалентная структура остова полипептидной цепи – линейная последовательность аминокислотных остатков, соединенных друг с другом пептидными связями. Первичная структура каждого индивидуального белка закодирована в участке ДНК, называемом геном. В процессе синтеза белка информация, находящаяся в гене, сначала переписывается на мРНК, а затем, используя мРНК в качестве матрицы, на рибосоме происходит сборка первичной структуры белка. Каждый из 50 000 индивидуальных белков организма человека имеет уникальную для данного белка первичную структуру.
Фосфорный сложный эфир нуклеозида образует нуклеотид. Примеры. Нуклеотиды являются единицами конструкции более крупных молекул, которые выполняют разные функции: генетические системы: полинуклеотиды, ответственные за передачу наследственных признаков. Существуют две разновидности нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые кислоты, обнаруженные в основном на хромосомах, в ядре и в значительно меньших количествах в митохондриях и рибонуклеиновых кислотах, встречающихся в рибосомах, в цитоплазме.
Скелет фосфат-сахара расположен снаружи, а в перпендикуляре к скелету найдены азотистые основания, обращенные и соединенные парами через Н-соединения. Диаметр пропеллера ограничивает возможность сопряжения между основы; два пурины были бы слишком большими, чтобы располагаться внутри спирали, а два пиримидинов слишком малы, так что спаривание происходит между пурином и пиримидином. Поэтому противоположные строки не идентичны, но дополняют друг друга. Гены обладают уникальной базовой последовательностью, которая затем переводится в аминокислотную последовательность в синтезе белка.
Инсулин является первым белком, первичная структура которого была расшифрована. Инсулин - белковый гормон; содержит 51 аминокислоту, состоит из двух полипептидных цепей (цепь А содержит 21 аминокислоту, цепь В - 30 аминокислот). Инсулин синтезируется в β-клетках поджелудочной железы и секретируется в кровь в ответ на повышение концентрации глюкозы в крови. В структуре инсулина имеются 2 дисульфидные связи, соединяющие 2 полипептидные цепи А и В, и 1 дисульфидная связь внутри цепи А
Вторичная структура белков– это конформация полипептидной цепи, т.е. способ скручивания цепи в пространстве за счет водородных связей между группами -NH и -СО. Существует два основных способа укладки цепи - α-спираль и β-структура .
α –Спираль
Вданном типе структуры пептидный остов закручивается в виде спирали за счёт образования водородных связей между атомами кислорода карбонильных групп и атомами водорода аминогрупп, входящих в состав пептидных групп через 4 аминокислотных остатка. Водородные связи ориентированы вдоль оси спирали. На один виток α-спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка.
В образовании водородных связей участвуют практически все атомы кислорода и водорода пептидных групп. В результате α-спираль «стягивается» множеством водородных связей. Несмотря на то, что данные связи относят к разряду слабых, их количество обеспечивает максимально возможную стабильность α-спирали. Так как все гидрофильные группы пептидного остова обычно участвуют в образовании водородных связей, гидрофильность (т.е. способность образовывать водородные связи с водой) α-спиралей уменьшается, а их гидрофобность увеличивается.
α-Спиральная структура - наиболее устойчивая конформация пептидного остова, отвечающая минимуму свободной энергии. В результате образования α-спиралей полипептидная цепь укорачивается, но если создать условия для разрыва водородных связей, полипептидная цепь вновь удлинится.
Радикалы аминокислот находятся на наружной стороне α -спирали и направлены от пептидного остова в стороны. Они не
участвуют в образовании водородных связей, характерных для вторичной структуры, но некоторые из них могут нарушать формирование α-спирали. К ним относятся:
Пролин. Его атом азота входит в состав жёсткого кольца, что исключает возможность вращения вокруг -N-CH- связи. Кроме того, у атома азота пролина, образующего пептидную связь с другой аминокислотой, нет атома водорода. В результате пролин не способен образовать водородную связь в данном месте пептидного остова, и α-спиральная структура нарушается. Обычно в этом месте пептидной цепи возникает петля или изгиб;
Участки, где последовательно расположены несколько одинаково заряженных радикалов, между которыми возникают электростатические силы отталкивания;
Участки с близко расположенными объёмными радикалами, механически нарушающими формирование а-спирали, например метионин, триптофан.
β -Структура
β-Структура формируется за счёт образования множества водородных связей между атомами пептидных групп линейных областей одной полипептидной цепи, делающей изгибы, или между разными полипептидными цепями
, β-Структура образует фигуру, подобную листу, сложенному «гармошкой», - β-складчатый слой.
Складчатый слой фиброина
шелка: зигзагообразные
антипараллельные складки.
Глицина и Аланина
Когда водородные связи образуются между атомами пептидного остова различных полипептидных цепей, их называют межцепочечными связями. Водородные связи, возникающие между линейными участками внутри одной полипептидной цепи, называют внутрицепочечными. В β-структурах водородные связи расположены перпендикулярно полипептидной цепи.
Третичная структура белков - трёхмерная пространственная структура, образующаяся за счёт взаимодействий между радикалами аминокислот, которые могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга в полипептидной цепи.
Третичная структура свернутой полипептиднойцепи стабилизируется рядом взаимодействий между радикалами аминокислот: это гидрофобные
взаимодействия, электростатическое притяжение, водородные связи, а также
дисульфидные -S-S- связи.
Гидрофильные радикалы аминокислот стремятся образовать водородные связи с водой и поэтому в основном располагаются на поверхности белковой молекулы.
Все гидрофильные группы радикалов аминокислот, оказавшиеся внутри гидрофобного ядра, взаимодействуют друг с другом с помощью ионных и водородных связей.
Типы связей, возникающих между радикалами аминокислот при формировании третичной структуры белка. 1 - ионные связи; 2 - водородные связи; 3 - гидрофобные связи; 4 - дисульфидные связи.
Ионные связи (электростатическое притяжение)могут возникать между отрицательно заряженными (анионными) карбоксильными группами радикалов аспарагиновой и глутаминовой кислот и положительно заряженными (катионными) группами радикалов лизина, аргинина или гистидина. Водородные связи возникают между гидрофильными незаряженными группами (такими как -ОН, -CONH 2 , SH-группы) и любыми другими гидрофильными группами. Третичную структуру некоторых белков стабилизируют дисульфидные связи, образующиеся за счёт взаимодействия SH-групп двух остатков цистеина. Эти два остатка цистеина могут находиться далеко друг от друга в линейной первичной структуре белка, но при формировании третичной структуры они сближаются и образуют прочное ковалентное связывание радикалов.
Большинство внутриклеточных белков лишено дисульфидных связей. Однако такие связи распространены в белках, секретируемых клеткой во внеклеточное пространство. Полагают, что эти ковалентные связи стабилизируют кон-формацию белков вне клетки и предотвращают их денатурацию. К таким белкам относят гормон инсулин и иммуноглобулины.
Четвертичная структура белков. Многие белки содержат в своём составе только одну полипептидную цепь. Такие белки называют мономерами. К мономерным относят и белки, состоящие из нескольких цепей, но соединённых ковалентно, например дисульфидными связями (поэтому инсулин следует рассматривать как мономерный белок).
