Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 11
Текст из файла (страница 11)
4.1. Структурная формула трипептида. Пептидные связи для наглядности затенены. изображать так, чтобы Х-концевой остаток (содержащий свободную а-аминогруппу) располагался слева, а С-концевой остаток (со свободной акарбоксильной группой) †спра. Такой пептид имеет только одну свободную а-аминогруппу и только одну а-карбоксильную группу.
Это справедливо для всех полипептидов, которые образованы только аминокислотными остатками, соединенными друг с другом пептидными связями, образовавшимися между а-аминогруппой и а-карбоксильной группой. В некоторых пептидах концевая аминогруппа или концевая карбоксильная группа модифицирована (примером могут служить ацильное производное аминогруппы или амид карбоксильной группы) и,таким образом, не является свободной. Запись структурной формулы цептцдов Укажем самый простой способ записи.
Вопервых, нарисуем «остов» из связанных друг с другом а-ХН; и и-СООН-групп и из атомов а- углерода. Эти группы чередуются вдоль остова цепи. Затем подсоединим к а-углеродным атомам соответствующие боковые группы. Опишем зту процедуру подробнее. 1. Вычертим зигзагообразную линию произвольной длины и добавим слева И-концевую аминогруппу: +н и 3 Глаеи 4 61и-А!а-1.ув-б1у-Туг-А1а Е А К О У А рх(соон) рК(!чН'1! 9,60 8,17 7,91 О!у (3!у-О1у О!у-О!у-О!у 2,34 3,12 3,26 2.
Встроим в цепочку а-углеродные атомы, а- карбоксильную и а-аминную группы: Н н к с с~ н соо Г ~Г и н !! О 3. Присоединим соответствующие К-группы (они затенены) и атомы а-водорода к а-углеродным ато- мам: о н ~с й соо ~ ~н ~с ~с н !! н снЗ о н Рис. 4.2. Представление первичной структуры гексапептнла с помогцыо трехбуквенных н олнобуквенных обозначений аминокислотных остатков. Данный гексапептил содержит на гч'-конце глутамат (Ии.
Е!. а на С-конце алании (А!а, А). Первичная структура пептндя Линейная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи называется первичной структурой пептида. Чтобы определить первичную структуру полипептнда, нужно установить число„химическую структуру и порядок расположения всех аминокислотных остатков, входящих в его состав. Полипептнды (белки) могут содержать 100 и более остатков, поэтому традиционные структурные формулы оказываются неудобными для представления первичной структуры.
«Химическая скоропись» использует либо трехбуквенные, либо однобуквенные обозначения аминокислот, выписанные во втором столбце табл. 3.3 (рис. 4.2). При наименовании непт яда его рассматривают как производное С- концевого амянокяслотиого остатка. Если первичнаяструктураоднозначно установлена, то трехбуквенные обозначения аминокислотных остатков соединяют черточками. Однобуквенные обозначения черточками не соединяют. Если на ка-' ком-то участке полипептидной цепи точный порядок следования аминокислотных остатков неизвестен, эти остатки заключают в скобки и разделяют запятыми (рис. 4.3). О!и-1.уя-(А1а, Иу, Туг)-Н!в-А1а Рис.
4.3. Гептапептил. содержагцнй участок, точная пер- вичная структура которого не установлена. Физиологические последствия изменений в первичной структуре Замена всего одной аминокислоты на другую в линейной последовательности из 100 и более аминокислот может привести к снижению или полной потере биологической активности пептида, а это повлечет за собой весьма серьезные последствия (в качестве примера можно привести серповндноклеточную анемию; см. гл.
б). Многие наследуемые нарушения метаболизма обусловлены именно одиночными заменами такого типа. С развитием новых мощных методов определения структуры белков и ДНК удалось выяснить биохимическую основу многих наследуемых болезней, связанных с нарушениями метаболизма: ИОННЫЕ ФОРМЫ ПЕПТИДОВ Пептидная (амидная) группа остается незаряженной при всех физиологических значениях рН. Образование пептида из аминокислот при рН 7,4 сопровождается потерей одного отрицательного и одного положительного заряда на каждую образовавшуюся пептидную связь.
Однако пептиды при физиологических рН несут суммарный заряд, поскольку заряженными являются С- и Х-концевые группы и связанные с а-углеродными атомами заряженные боковые цепи (табл. 3.1). Полипецтиды, так же как аминокислоты и другие заряженные молекулы, можно выделить с помощью методов, основанных на разделении по заряду (электрофорез, ионообменная хроматография). Значение рК С-концевой карбоксильной группы полипептида выше, чем у а-карбоксильной группы соответствующей аминокислоты (т.е.
пептидная СООН- группа — более слабая кислота). Протонированная Х-концевая аминогруппа, напротив, является более сильной кислотой (с более низким значением рК), чем аминогруппа соответствующей свободной аминокислоты, от которой она произошла (табл. 4.1). Таблица 4.1.
Значения рЛ для глицина и глнциновых пепти- дов Пептиды 35 КОНФОРМАЦИЯ ПЕПТИДОВ В РАСТВОРЕ Теоретически пептид может находиться в самых разнообразных конформационных состояниях (т.е. иметь множество вариантов пространственного расположения атомов). Однако, судя по имеющимся данным, в растворе диапазон возможных конформаций невелик. Наличие преимущественных конформаций обусловлено такими факторами, как стерические ограничения, кулоновские взаимодействия, водородные связи и гидрофобные взаимодействия (гл. 5). Как и в случае белков, физиологическая активность полипептидов (например, ангиотензина и вазопрессина) тоже зависит от их конформации (гл. 45, 48).
Физиологически активные пептиды Животные, растительные и бактериальные клетки содержат множество разных полипептидов (от 3 до 100 аминокислотных остатков), обладающих высокой физиологической активностью. Некоторые из них, в частности большинство полипептидных гормонов млекопитающих, содержат только пептидные связи, образованные между а-амино- и акарбоксильной группами двадцати 1.- а-аминокислот, входящих в состав белков.
Однако в полипептидах (но не в белках) могут содержаться и другие аминокислоты или производные обычных, встречающихся в белках, аминокислот. Приведем несколько примеров такого рода. Короткие полипептиды брадикинин и каллидин вызывают расслабление гладких мышц и являются продуктами ограниченного протеолиза специфических белков плазмы. Поскольку эти пептиды происходят из белков, они содержат только аминокислоты, встречающиеся в белках: Агя-Рго-Рго-61 у-РЬе-Бег-Рго-РЬе-Ага Брадикинин 1 уа-Агя-Рго-Рго-61у-РЬе-Бег-Рго-РЬе-Агя Каллидин Глутатион (рис.
4.4) встречается во всех видах организмов; зто атипичный трипептид, в котором 1Ч- концевой глутамат и цистеин связаны не апептидной связью. В организме человека и других животных глутатион необходим для работы ряда ферментов. По имеющимся представлениям, глутазн О Сн, н г~~ / сн, н с сн ! 1 И 1 Сн~ н О СОО ! н-с-нн, + СОО- Рис. 4.4. Глутатиои (у-глутамилцистеииилглипии). тион вместе с ферментом глутатионредуктазой участвует в образовании «правильных» дисульфидных связей во многих белках н полипептидных гормонах (гл. 5). Полипептидные антибиотики, синтезируемые грибами, часто содержат как Р-, так и 1= аминокислоты, а также некоторые аминокислоты, не встречающиеся в белках. Примерами могут служить тироцидин и грамицидин Б — циклические полипептиды, содержание 13-фенилаланин и «небелковую» аминокислоту орннтин.
Синтез этих полипептидов осуществляется не в рибосомах. Еще одним примером служит тиреолиберин (рис. 4.5). Его И-концевой глутамат циклизован с образованием остатка пироглутаминовой кислоты, а С- концевая карбоксильная группа пролина амидирована. О н О П 1 1! н!ч с-и — сн — с— О 1 сн. и, нн С-О 1 йнг Рис. 4.5. Тиреолиберии (пироглутамилгистидилпролии- амид).
МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ПЕПТИДОВ Хроматография и высоковольтный злектрофорез Эти методы (гл. 3) применимы для разделения не только аминокислот, но и низкомолекулярных поли- пептидов. Гель-фильтрвция При автоматическом секвенировании (определении аминокислотной последовательности) используют крупные (30 — 100 остатков) пептиды. Однако многие денатурированные высокомолекулярные полицептиды оказыватся нерастворимыми. Это связано с тем, что гидрофобные остатки, ранее укрытые В организме млекопитающих синтезируется полипептид, включающий несколько полипептидов, потенциально обладающих физиологической активностью.
13-Липотропнн — гипофизарный гормон, стимулирующий освобождение жирных кислот из жировой ткани,— содержит аминокислотные последовательности, идентичные последовательностям некоторых других цолипептидных гормонов с иной физиологической активностью (рис. 4.6). Этот высокомолекулярный полипептид служит предшественником полипептндов меныпего размера. Г'лава 4 1 6 Ь Т 6 О Д С Д Н 6 6 6 Р М А 6 А М 6 6 Е 6 Р М А Ь Е М Е Т-ЭндОРфим а-Эндорфин Мат-аннафаиин Рис. 4.6.
Первичная структура 11-липотропина. Фрагмент. включаюший остатки 41 — 53. соответствует меланоцитстимулируюн1ему гормону (11-МСТ), а фрагмент, состоян1ий из остатков 61 — -91, включает послеловательности укаэанных эндорфинов. внутри молекулы„при денатурации могут экспонироваться. Такие полипептиды можно в принципе растворить в мочевине, спиртах, органических кислотах и основаниях, но это ограничивает возможности последующего разделения пептидов с помощью ионообменной хроматографии. Впрочем, гель- фильтрацию крупных гидрофобных пептидов можно проводить в 1 — 4 М муравьиной или уксусной кислоте (рис.
4.7). Жидкостная хроматография на колонках с обращенной фазой нри высоком давлении ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМИНОКИСЛОТНОГО СОСТАВА ПЕПТИЛОВ Прежде всего путем гидролиза разрушают пептидные связи. Поскольку 'при нейтральных рН пептидные связи стабильны, применяют кислотный или щелочной катализ. Ферментативный катализ для полного гидролиза менее пригоден. Полный гидролиз белка на составляющие аминокислоты неизбежно сопровождается частичной потерей некоторых аминокислотных остатков. Лучше всего проводить Высоковольтный злектрофорез на молекулярных ситах В этом методе используются одновременно и разделение по заряду, и эффект молекулярного сита.
В качестве сита применяют крахмал и агарозу, Мощным методом очистки высокомолекулярных неполярных пептидов является жидкостная хроматография при высоком давлении на неполярных материалах с использованием для элюирования полярных растворителей. Рис. 4.8 иллюстрирует разделение с помощью этого метода тех же бромциановых фрагментов фетального глобина человека„которые фигурировали на рис. 4.7. Совместно используя гель-фильтрацию и указанный метод, можно разделить сложные смеси пептидов, полученные путем частичного протеолиза. Для разделения крупных пептидов созданы новые стационарные фазы. а также полимер акриламида (СН,= СН С01ЧН,) с поперечными сшивками. Если злектрофорез проводятся в нолвакриламидвом геле (ПАГ), то раствор белка наносят на насыщенные буфером блоки полиакриламида, «прошитого» метиленбисакриламидом («биса) (степень сшивания 2 — 10%) или другим аналогичным сшивающим реагентом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
