БУДОВА ПЕПТИДІВ І БІЛКІВ. У 1888 році харківський учений О

У 1888 році харківський учений О. Я. Данилевський зробив припущення, що внаслідок взаємодії аміно- та карбоксильних груп а-амінокислоти здатні до поліконденсації. Поліаміди, які утворю­ються при цьому, називають пептидами:

-сн—сош + ... + гіин—сн—соон

І. .... і»

г н,и—сн—со—ічн—сн—со—... ш-

На початку XX сторіччя німецький вчений Е. Фішер висунув поліпептидну теорію. Амідний зв'язок (—СОІЧН—) між двома а-амінокислотними фрагментами називається пептидним зв'язком. Атом Карбону пептидної групи знаходиться в 5р²-гібридизованому стані. Неподілена пара електронів атома Нітрогену вступає в спря­ження з л-електронами карбонільної групи, внаслідок чого подвій­ний зв'язок С=0 дещо подовжується (124 нм замість 121 нм у звичайного зв'язку), а зв'язок С—N скорочується (132 нм замість 147 нм) і, відповідно, набуває значною мірою характеру подвійно­го зв'язку, обертання навколо якого утруднене. Отже, електронна будова зумовлює жорстку площинну структуру пептидної групи.

Рис. 23.1. Розташування на площині амідної (пептидної) групи

Наявність пептидного зв'язку в молекулах пептидів і білків під­тверджується біуретовою реакцією: при взаємодії з лужним розчи­ном купрум (II) сульфату з'являється фіолетове забарвлення (див. Розд. 19.5.5).

13 Органічна хімія

Глава 23

дзд-------------------------------------------------------------------------------

Залежно від кількості амінокислотних залишків у ланцюзі пе­птиди поділяють на ди-, три-, тетрапептиди і т. д. Пептиди з мо­лекулярною масою, меншою за 10 000, умовно відносять до полі­пептидів, а з більшою за 10000 — до білків. Молекулярні маси білків коливаються від тисяч до мільйонів. Наприклад, окситоцин складається з 9 амінокислот, його молекулярна маса становить приблизно 1007. Молекулярні маси вірусних білків можуть дося­гати 50 мільйонів. Тому між білками та пептидами важко провести чітку межу. Проте білки мають складнішу структуру.

Незважаючи на величезне різноманіття білків і пептидів у при­роді, будова їх поліпептидного (поліамідного) ланцюга однакова. Він складається з пептидних (ССЖН) і метанових (СН) груп, які чергуються. На одному кінці ланцюга знаходиться амінокислота з вільною аміногрупою (г4-кінцева амінокислота), а на іншому — амінокислота з вільною карбоксильною групою (С-кінцева аміно­кислота). Пептидні та білкові ланцюги прийнято записувати так, щоб ІЧ-кінцева амінокислота знаходилася зліва, а С-кінцева амі­нокислота — справа:

Н₂К—СН-гС^Й^СН-гС^№і]-СН—СООН

,__ я__ , X к' Х~ , |"__ ,

М-кінцева амінокислота ^{пептилн1 зв язки} С-кінцева амінокислота

трипептид

Назви пептидів утворюються шляхом послідовного перелічен­ня всіх амінокислот, починаючи з ІЧ-кінцевої амінокислоти, при­чому назви амінокислот, крім останньої, набувають суфікса -ил (-«). Із цією ж послідовністю пишуть також скорочені позначення:

Н₂М—СН—СО—ЇЧН—СН—СО—гШ—СН,—СООН

І І

СН₃ (СН₂)₂—СООН

аланілглутамілгліцин, Ала-Глу-Глі

Чітку послідовність а-амінокислот, які входять у певний полі-
пептидний ланцюг, називають первинною структурою пептиду або
білка. Зміна амінокислотної послідовності призводить до пору­
шення або зникнення біологічної активності білка. Білки відріз­
няються від пептидів складнішим рівнем структури. У структурній
організації білків, крім первинної, вирізняють вторинну, третинну
і четвертинну структури. >ц -Щ

Білки

Вторинною структурою і 0.5 нм

білків називають просторове розташування (просторове укла­дення) атомів основного полі­пептидного ланцюга. Виріз­няють два типи вторинної струк­тури білків — а-спіраль і склад­часту ^-структуру.

ос-Спіраль має просторову форму, подібну до правоза-кручених Гвинтових східців (рис. 23.2). Оскільки вона побу­дована з фрагментів, які повто­рюються (—ИН—С_а—СО), то розміри її досить постійні. 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.

У формуванні спіральної структури головну роль викону­ють водневі зв'язки, що утворю­ються між групами С=0 та гШ, які розділені трьома амінокис­лотними залишками. Водневі зв'язки майже паралельні осі спіралі, а оскільки в утворенні водневого зв'язку бере участь кожна група С=0 та гШ а-спіралі, 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 та, відповідно, не беруть участі в утворенні водневих зв'язків: поліпептидний ланцюг на цих ді­лянках просто зігнутий.

Іншим типом вторинної структури є так звана складчаста Р-структура, в якій окремі поліпептидні ланцюги в зигзагоподіб­ній конформації укладені паралельно і зв'язані між собою числен­ними водневими зв'язками (рис. 23.3).

Якщо поліпептидні ланцюги мають однаковий напрямок від И- до С-кінця, то утворюється паралельна складчаста р-структу-

15*

Глава 23

Білки

Рис. 23.3. Схематичне зображення складчастої (3-структури

ра, а якщо протилежний — антипаралельна (рис. 23.4). У (З-струк-турі бокові групи амінокислотних залишків знаходяться вище та нижче умовної площини, проведеної через структуру. Теорія роз­витку Р-структури належить Л. Полінгу.

Поліпептидний ланцюг, що має той чи інший тип вторинної структури, здатний певним чином скручуватись у просторі, що й визначає третинну структуру білка, тобто загальну форму полі-пептидного ланцюга. Третинна структура, крім водневих зв'язків, стабілізується іонними (між додатковими карбоксильними і аміно­групами) та ковалентними (дисульфідні містки в цистині) зв'язками, а також гідрофобною взаємодією (ван-дер-ваальсові сили тяжіння між неполярними боковими групами амінокислотних залишків).

Третинна структура білків формується також під впливом вод­ного середовища клітини, що пов'язано зі здатністю води гідрату-вати деякі гідрофільні бокові групи амінокислотних залишків і зміщувати всередину білкової молекули гідрофобні групи.

Четвертинна структура білка властива макромолекулам, до складу яких входять декілька поліпептидних ланцюгів (субодиниць), сполучених між собою нековалентними 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. фор­зац II, рис. 1).

Окреме місце в розвитку хімії білків посідає визначення полі-пептидної структури гормонів — вазопресину, окситоцинута інсуліну.

Укінець

<о=с;* ...о=сЯ

Ку_с>~Н Ку_с>-Н-

н

/С=0. Н* ^С=0-

-^є£------- ^-

КЧ_С>-Н- Ку_с>-Н-_;

X;

н*" ^с=о..н^# ;с=о-е^-— , с;

<0=С ..0=С

КУ_С^-Н- Ку >-Н

н*' /С=о.. н*- ;с=о-

'0=С ^к_#.о=С ^к

ку_с>м-н- к_<с>-н-

**' \

Н*⁴' ^С=0. Н* "С=0«

М г

С-кінець

С-кінець

>Ч-

\:

ку_с;м-н-о=с^_с>р н**' ^с=о-н-і^ "*н\

х=о^

-^--------------- -&-

ку_с>-н-о=с_хс>р ьК >₌₀..._н-м^/ "*н\

іе

н** "^с=о-н-м^ **н\

Єг-

К Р

ку„;м-н-о=с

К/ ^с=о-н-м^ **н\

І^І-кінець

Фен-|-Тйр— Цис—СООН
-------- 8

Глава 23

При цьому окситоцин спричиняє скорочення непосмугованих м'язів, зокрема, матки, а вазопресин підтримує баланс рідини в організмі.

Десять років (1943—1953) знадобилося англійському біохімікові Ф. Сенгеру для розшифрування структури гормону підшлункової залози — інсуліну. Він встановив, що молекула інсуліну складається з двох поліпептидних ланцюгів, сполучених між собою дисульфід-ними містками: А-ланцюг містить 21 амінокислотний залишок і додатковий дисульфідний зв'язок, завдяки якому інсулін у прос­торі утворює петлю, а Б-ланцюг — ЗО залишків (рис. 23.5).

Білки
------------------------------------------------------------------------------------------------- 439

Поиск по сайту: