 |
|
|
Архитектура Астрономия Аудит Биология Ботаника Бухгалтерский учёт Войное дело Генетика География Геология Дизайн Искусство История Кино Кулинария Культура Литература Математика Медицина Металлургия Мифология Музыка Психология Религия Спорт Строительство Техника Транспорт Туризм Усадьба Физика Фотография Химия Экология Электричество Электроника Энергетика |
К-кінцева амінокислота С-кінцева амінокислота
трипептид Назви пептидів утворюються шляхом послідовного перерахування всіх амінокислот, починаючи з N-кінцевої амінокислоти, причому назви амінокислот, крім останньої, набувають суфікса -ил (-іл). За цією послідовністю пишуть і скорочені позначення: Н^—СН— СО—N11—СН— СО—№і—СН2— СООН СН, (СН2)2— СООН Апаншглутамілгліцин; Ала-Глу-Глі БІЛКи Певну послідовність а-амінокислот, які входять у цей поліпептидний ланцюг, називають первинною структурою пептиду або білка. Зміна амінокислотної послідовності приведе до порушення або зникнення біологічної активності білка. Білки відрізняються від пептидів більш складним рівнем структури. У структурній організації білків, крім первинної, вирізняють вторинну, третинну і четвертинну структури. Вторинною структурою білка називають просторове розташування (просторове укладання) атомів основного поліпептидного ланцюга. Розрізняють два типи вторинної структури білків — а-спіраль і складчасту |3- структуру. а-Спіраль має просторову форму, подібну до правозакручених гвинтових схо- а дів (рис. 35.2). Оскільки вона побудована з ділянок (—NH—H—C(O)—), які
У формуванні спіральної структури головну роль виконують водневі зв'язки, що утворюються між групами C=O і NH, розділеними трьома амінокислотними залишками. Водневі зв'язки майже паралельні осі спіралі, а оскільки кожна група C=O і NH а-спіралі бере участь в утворенні водневого зв'язку, то це робить конформацію досить стійкою.
Найчастіше поліпептидні ланцюги в білках спіралізуються не повністю. Наприклад, залишки проліну та оксипроліну не містять атомів Гідрогену в пептидній групі і відповідно не беруть участі в утворенні водневих зв'язків: поліпептидний ланцюг на цих ділянках просто зігнутий. Ізопропільна група валіну також створює стеричні перешкоди для спіралізації. Іншим типом вторинної структури є так звана складчаста Р-структура, в якій окремі поліпептидні ланцюги в зиґзаґоподібній конформації покладені паралельно один до одного і сполучені між собою численними водневими зв'язками. якщо поліпептидні ланцюги мають однаковий напрям від N- до C-кінця, то утворюється паралельна складчаста Р-структура, а якщо протилежний — антипаралельна (рис. 35.3). У Р-структурі бокові групи амінокислотних залишків знаходяться вище і нижче умовної площини, проведеної через структуру. Поліпептидний ланцюг, який має той чи інший тип вторинної структури, здатний певним чином скручуватися в просторі, що і визначає третинну структуру білка, тобто загальну форму поліпептидного ланцюга. Третинна структура, крім водневих зв'язків, стабілізується іонними (між додатковими карбоксильними і аміногрупами) та ковалентними (дисульфідні Глава 35
-кінець -кінець М-кінець С-кінець
;с=очн< м н-
;
С-кінець С-кінець С-кінець М-кінець Рис. 35.3. Ділянки складчастої |3-структури: а — паралельна; б — антипаралельна містки в цистині) зв'язками, а також гідрофобною взаємодією (вандерваальсові сили притягання між неполярними боковими групами амінокислотних залишків) (рис. 35.4). Третинна структура білка формується також під впливом водного середовища клітини, що пов'язано зі здатністю води гідратувати деякі гідрофільні бокові групи амінокислотних залишків і зміщути всередину білкової молекули гідрофобні групи. Четвертинна структура білка належить до макромолекул, до складу яких уходять кілька поліпептидних ланцюгів (субодиниць), сполучених між собою некова-лентними зв'язками. Для виявлення пептидом специфічних функцій в організмі необхідно відтворити лише його первинну структуру, а у випадку білка — відтворити всі його конформаційні особливості (див. рис. 35.5). Особливе місце в розвитку хімії білків посідає визначення поліпептидної структури гормонів — вазопресину, окситоцину та інсуліну. У 1953 році американський біохімік Вінсент Дю Віньо розшифрував будову гормонів гіпофіза окситоцину і вазопресину. Він установив, що спільним структурним елементом цих БІЛКи
Рис. 35.4. Взаємодії, які визначають структуру білка гормонів є пептид з дев'яти амінокислотних залишків з дисульфідним зв'язком —S—S— (між четвертим і дев'ятим). Зазначені гормони відрізняються лише двома амінокислотними фрагментами: замість лейцину та ізолейцину в окситоци-ні (а) вазопресин (б) містить аргінін і фенілаланін: 1234 56 789 а) НЛЧГ— Глі —Лей— Про—Цис— Асн—Глн— Ьіе— Тир— Цис— СООН
б) Н2їчГ—Глі —Арг—Про—Цис —Асн—Глн—Фен—Тир —Цис—СООН
Десять років (1943—1953) знадобилося англійському біохіміку Фредеріку Сен-геру для розшифровки структури гормону підшлункової залози — інсуліну. Він установив, що молекула складається з двох поліпептидних ланцюгів, зв'язаних між собою дисульфідними містками: А-ланцюг містить 21 амінокислотний залишок Глава 35
Рис. 35.5. Рівні структури білка гемоглобіну: а — первинна; б — вторинна; в — третинна; г — четвертинна і додатковий дисульфідний зв'язок, завдяки якому інсулін у просторі утворює петлю, а Б-ланцюг — 30 залишків (рис. 35.6).
-Лей, Орн Вал Про \ -Фен Граміцидин С Ен Про ВалОрн Рис. 35.6. Будова бичого інсуліну У 1963—1964 році було синтезовано обидва полі-пептидні ланцюги інсуліну. Інсулін різних видів тварин і людини відрізняється за будовою. ці структурні відмінності припадають на ділянку 8—10 ланцюга A. Інсулін регулює вміст глюкози в крові, нестача його в організмі спричиняє цукровий діабет. До поліпептидів належать деякі широко вживані антибіотики. Граміцидин С — циклічний декапептид, що використовується для лікування захворювань, спричинених стрептококами, пневмококами тощо, містить, крім амінокислотних залишків L-ряду, два залишки D- фенілаланіну. БІЛКи -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 675 СИНТЕЗ ПЕПТИДІВ Воснові синтезу пептидів лежить процес утворення пептидного (амідного) зв'язку між карбоксильною групою однієї а-амінокислоти та аміногрупою — іншої. н2к—сн—соон + н>ш—сн— соон—► К К' —► н2к—сн— со—мі— сн— соон + нон К К' дипептид Однак через диполярну природу а-амінокислот (цвітер-іонна структура) проведення реакції вимагає високого температурного режиму, який сприяє різним небажаним побічним процесам (наприклад, циклізації з утворенням дикетопіпе-разинів, див. с. 488). У процесі синтезу виникають складності, пов'язані з необхідністю сполучати залишки а-амінокислот у певній послідовності. Наприклад, при взаємодії гліцину та аланіну можливе утворення чотирьох дипептидів: -► Н2КСН2СОКНСН(СН3)СООН Глі-Ала
->- Н2МСН(СН3)СО>ШСН2СООН Ала-Глі -*■ Н2КСН2СО]ЧНСН2СООН Глі-Глі -► Н2КСН(СН3)СОМНСН(СН3)СООН Ала-Ала Тому для проведення цілеспрямованого синтезу слід створити такі умови, за яких одна з амінокислот реагувала би зі своєю карбоксильною групою, а інша — з аміногрупою. З цією метою здійснюють захист функціональних груп (—NH2 та —COOH), які не беруть участі в утворенні пептидного зв'язку. Захисні групи обирають так, щоб потім кожну з них незалежно одна від одної можна було легко видалити, не руйнуючи при цьому пептидного зв'язку. Для захисту аміногруп використовують реакцію ацилювання, найчастіше бенз-оксикарбонілхлоридом або трет-бутоксикарбоксазидом. Важливою властивістю карбобензокси- і трет-бутоксикарбонільних груп є те, що вони надійно захищають хіральний центр амінокислот від рацемізації. Карбобензоксигрупу видаляють каталітичним гідрогенолізом, а трет-бутоксикарбонільну — за допомогою три-флуороцтової кислоти. Для захисту карбоксильної групи використовують реакцію естерифікації. Для підвищення ефективності процесу амідування здійснюють активацію карбоксильної групи N-заміщеної амінокислоти шляхом перетворення її в хлорангідрид або в змішаний ангідрид (частіше взаємодією з етилхлороформіатом). Глава 35 Схема синтезу дипептиду аланілгліцину: 1. Захист аміногрупи аланіну с6н5—сн2—о—с^ + сн3—сн—соон 2 бензоксикарбоніл хлорид аланін V —► с6н5—сн2—о—с—Nн—сн—соон + неї сн3 ІЧ-захищений аланін 2. Активація карбоксильної групи N-захищеного аланіну О с6н5—сн2—о—с—кн—сн—соон + сі—с—ос2н5 —► сн3 о і^-захищений аланін *-* етилхлороформіат —► с6н5— сн2— о— с—га—сн— с—о—с—ос2н5 + неї сн3 о о ]Ч-захищений аланін з активованою карбоксильною групою 3. Захист карбоксильної групи гліцину Н2К—СН2—СООН + С2Н5ОН -%- Н2К— СН2— С — ОС2Н5 +НОН О гліцин гліцин з захищеною карбоксильною групою 4. Утворення пептидного зв'язку і зняття захисту н2к-сн2-с-ос2н5 С6Н5— СН2— О— С— №і—СН— С—О—С—ОС2Н5 -С2Н5ОН; -СО2 6 сн3 6 6 с6н5—сн2—о—с—мн—сн^с—мн—сн2—с — ос2н5
І —СН^СО—МН^СН2—С — ОН
Ала-Глі Синтез пептидів за наведеною схемою досить складний і трудомісткий. БІЛКи -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 677 У 1962 році Роберт Брюс Мерріфілд запропонував більш досконалий метод добування пептидів, так званий твердофазний синтез. Суть останнього полягає в тому, що поліпептидний ланцюг нарощується на твердому носії без виділення проміжних продуктів синтезу. Пептид, фіксований на носії, після кожної стадії ретельно промивають від надлишку реагентів і побічних продуктів. Відщеплюють кінцевий продукт від носія за допомогою суміші бромідної і трифлуороцтової кислот. як твердий носій використовують зерна полімерної смоли, яка містить хлоро-метильні (—CH2Cl) групи, названі якірними групами, з якими реагує карбоксильна група N-захищеної а-амінокислоти. Унаслідок взаємодії відбувається фіксація C-кінця майбутнього поліпептиду на поверхні носія. Аміногрупу, як правило, захищають трет-бутоксикарбонільною групою (БОК), яка легко видаляється дією трифлуороцтової кислоти. Пептидний зв'язок утворюється в присутності активатора карбоксильної групи — ІчГ,ІчГ'-дициклогексилкарбодііміду (ДцГК) C6H11—N=C=N—C6H11. широке використання цієї речовини пов'язано з легкістю добування, простотою застосування, а також швидкістю та ефективністю перебігу реакції конденсації в його присутності: пептид — СН—№І2+ НООС— СН— N11— БОК+ С6НП—N=0=14— С6НП—► К-кінець пептидного ланцюга К-захищена а-амінокислота ДЦГК —► пептид — СН—N11— С—СН—№і— БОК+ С6НИ— N11—С — №1— С6НП >[,№-дициклогексилсечовина Нині твердофазний синтез пептидів проводять у спеціальних синтезаторах, де всі етапи здійснюються автоматично з запрограмованою подачею відповідних а-амінокислот.
Поиск по сайту: |
повторюються, то розміри її досить сталі. На один виток спіралі припадає приблизно 3,6 амінокислотного залишку, що відповідає лінійній відстані вздовж осі спіралі 0,54 нм. Діаметр спіралі дорівнює 0,5 нм. Крок спіралі (відстань між однаковими атомами) становить 0,15 нм.
;с=о.
м-н
..0=С
1234 567 89
При цьому окситоцин викликає скорочення гладенької мускулатури, зокрема матки, а вазопресин підтримує баланс рідини в організмі.
СН3 О