Peptidna kovalentna veza. Kako nastaje peptidna veza kod ljudi? Osobine peptidne veze

Peptidna veza je kovalentna po svojoj hemijskoj prirodi i daje visoku čvrstoću primarnoj strukturi proteinskog molekula. Budući da je element koji se ponavlja u polipeptidnom lancu i ima specifične strukturne karakteristike, peptidna veza utiče ne samo na oblik primarne strukture, već i na više nivoe organizacije polipeptidnog lanca.

L. Pauling i R. Corey dali su veliki doprinos proučavanju strukture proteinskog molekula. Primijetivši da proteinski molekul sadrži najviše peptidnih veza, oni su bili prvi koji su izvršili mukotrpna rendgenska istraživanja ove veze. Proučavali smo dužine veza, uglove pod kojima se atomi nalaze i smjer atoma u odnosu na vezu. Na osnovu istraživanja utvrđene su sljedeće glavne karakteristike peptidne veze.

1. Četiri atoma peptidne veze (C, O, N, H) i dva vezana
atomi a-ugljika leže u istoj ravni. R i H grupe atoma a-ugljika leže izvan ove ravni.

2. O i H atomi peptidne veze i dva atoma a-ugljika, kao i R-grupe, imaju trans orijentaciju u odnosu na peptidnu vezu.

3. Dužina C–N veze, jednaka 1,32 Å, je srednja između dužine dvostruke kovalentne veze (1,21 Å) i jednostruke kovalentne veze (1,47 Å). Iz toga slijedi da je C–N veza djelomično nezasićena. Time se stvaraju preduslovi da dođe do tautomernih preuređivanja na dvostrukoj vezi sa formiranjem enolnog oblika, tj. peptidna veza može postojati u obliku keto-enola.

Rotacija oko –C=N– veze je teška i svi atomi uključeni u peptidnu grupu imaju planarnu trans konfiguraciju. Cis konfiguracija je energetski nepovoljnija i nalazi se samo u nekim cikličkim peptidima. Svaki planarni peptidni fragment sadrži dvije veze s a-atomima ugljika koji mogu rotirati.

Postoji vrlo bliska veza između primarne strukture proteina i njegove funkcije u datom organizmu. Da bi protein izvršio svoju inherentnu funkciju, potrebna je vrlo specifična sekvenca aminokiselina u polipeptidnom lancu ovog proteina. Ova specifična sekvenca aminokiselina, kvalitativni i kvantitativni sastav je fiksiran genetski (DNK→RNA→protein). Svaki protein karakterizira specifičan slijed aminokiselina; zamjena barem jedne aminokiseline u proteinu dovodi ne samo do strukturnih preuređivanja, već i do promjena u fizičko-hemijskim svojstvima i biološkim funkcijama. Postojeća primarna struktura predodređuje naknadne (sekundarne, tercijarne, kvartarne) strukture. Na primjer, crvena krvna zrnca zdravih ljudi sadrže protein zvan hemoglobin s određenim nizom aminokiselina. Mali dio ljudi ima urođenu abnormalnost u strukturi hemoglobina: njihova crvena krvna zrnca sadrže hemoglobin, koji u jednom položaju sadrži aminokiselinu valin (hidrofobna, nepolarna) umjesto glutaminske kiseline (nabijena, polarna). Takav hemoglobin se značajno razlikuje po fizičko-hemijskim i biološkim svojstvima od normalnog. Pojava hidrofobne aminokiseline dovodi do pojave "ljepljivog" hidrofobnog kontakta (crvena krvna zrnca se ne kreću dobro u krvnim žilama), do promjene oblika crvenih krvnih zrnaca (od bikonkavnog do polumjesecnog) , kao i na pogoršanje prijenosa kisika itd. Djeca rođena s ovom anomalijom umiru u ranom djetinjstvu od anemije srpastih stanica.

Sveobuhvatni dokazi u prilog tvrdnji da je biološka aktivnost određena sekvencom aminokiselina dobijeni su nakon vještačke sinteze enzima ribonukleaze (Merrifield). Sintetizovani polipeptid sa istom sekvencom aminokiselina kao prirodni enzim imao je istu enzimsku aktivnost.

Istraživanja posljednjih decenija su pokazala da je primarna struktura fiksirana genetski, tj. redoslijed aminokiselina u polipeptidnom lancu određen je genetskim kodom DNK i, zauzvrat, određuje sekundarne, tercijarne i kvarterne strukture proteinskog molekula i njegovu opću konformaciju. Prvi protein čija je primarna struktura utvrđena bio je protein hormon inzulin (sadrži 51 aminokiselinu). To je 1953. godine uradio Frederick Sanger. Do danas je dešifrovana primarna struktura više od deset hiljada proteina, ali to je vrlo mali broj s obzirom da u prirodi postoji oko 10 12 proteina. Kao rezultat slobodne rotacije, polipeptidni lanci su u stanju da se uvijaju (savijaju) u različite strukture.

Sekundarna struktura. Sekundarna struktura proteinske molekule odnosi se na način na koji je polipeptidni lanac raspoređen u prostoru. Sekundarna struktura proteinske molekule nastaje kao rezultat jedne ili druge vrste slobodne rotacije oko veza koje povezuju atome a-ugljika u polipeptidnom lancu.Kao rezultat ove slobodne rotacije, polipeptidni lanci su u stanju da se uvijaju (savijaju) u prostoru u različite strukture.

Tri glavne vrste strukture nalaze se u prirodnim polipeptidnim lancima:

- a-helix;

- β-struktura (presavijeni list);

- statistička zavrzlama.

Smatra se da je najvjerovatniji tip strukture globularnih proteina α-heliks Uvijanje se događa u smjeru kazaljke na satu (desna spirala), što je zbog L-aminokiselinskog sastava prirodnih proteina. Pokretačka snaga u nastanku α-heliksa je sposobnost aminokiselina da formiraju vodonične veze. R grupe aminokiselina usmjerene su prema van od centralne ose a-helices. dipoli >C=O i >N–H susednih peptidnih veza su orijentisani optimalno za dipolnu interakciju, formirajući tako ekstenzivni sistem intramolekularnih kooperativnih vodoničnih veza koje stabilizuju a-heliks.

Visina heliksa (jedan puni okret) od 5,4Å uključuje 3,6 aminokiselinskih ostataka.

Slika 2 – Struktura i parametri a-heliksa proteina

Svaki protein karakteriše određeni stepen spiralnosti njegovog polipeptidnog lanca

Spiralna struktura može biti poremećena zbog dva faktora:

1) prisustvo prolinskog ostatka u lancu čija ciklična struktura dovodi do prekida u polipeptidnom lancu - nema –NH 2 grupe, pa je formiranje vodonične veze unutar lanca nemoguće;

2) ako se u polipeptidnom lancu nalazi mnogo aminokiselinskih ostataka u nizu koji imaju pozitivan naboj (lizin, arginin) ili negativan naboj (glutaminska, asparaginska kiselina), u ovom slučaju dolazi do snažnog međusobnog odbijanja slično nabijenih grupa (– COO– ili –NH 3 +) značajno nadmašuje stabilizacijski uticaj vodoničnih veza u a-helices.

Drugi tip konfiguracije polipeptidnog lanca koji se nalazi u kosi, svili, mišićima i drugim fibrilarnim proteinima naziva se β-strukture ili presavijeni list. Struktura presavijenog lista je takođe stabilizovana vodoničnim vezama između istih dipola –NH...... O=C<. Однако в этом случае возникает совершенно иная структура, при которой остов полипептидной цепи вытянут таким образом, что имеет зигзагообразную структуру. Складчатые участки полипептидной цепи проявляют кооперативные свойства, т.е. стремятся расположиться рядом в белковой молекуле, и формируют параллельные

polipeptidni lanci koji su identično usmjereni ili antiparalelni,

koji su ojačani zbog vodoničnih veza između ovih lanaca. Takve strukture nazivaju se b-presavijeni listovi (slika 2).

Slika 3 – b-struktura polipeptidnih lanaca

a-Helix i presavijeni listovi su uređene strukture; imaju pravilan raspored aminokiselinskih ostataka u prostoru. Neki regioni polipeptidnog lanca nemaju nikakvu pravilnu periodičnu prostornu organizaciju; oni su označeni kao neuređeni ili statistička zavrzlama.

Sve ove strukture nastaju spontano i automatski zbog činjenice da dati polipeptid ima određenu sekvencu aminokiselina, koja je genetski predodređena. a-helike i b-strukture određuju određenu sposobnost proteina da obavljaju specifične biološke funkcije. Dakle, a-helikalna struktura (a-keratin) je dobro prilagođena za formiranje vanjskih zaštitnih struktura - perja, dlake, rogova, kopita. B-struktura potiče formiranje fleksibilnih i nerastezljivih niti svile i mreže, a konformacija proteina kolagena osigurava visoku vlačnu čvrstoću potrebnu za tetive. Prisustvo samo a-heliksa ili b-struktura karakteristično je za filamentne (fibrilarne) proteine. U sastavu globularnih (sferičnih) proteina, sadržaj a-heliksa i b-struktura i besstrukturnih regija uvelike varira. Na primjer: inzulin je spiraliziran 60%, enzim ribonukleaza - 57%, lizozim proteina pilećeg jajeta - 40%.

Tercijarna struktura. Tercijarna struktura se odnosi na način na koji je polipeptidni lanac raspoređen u prostoru u određenom volumenu.

Tercijarna struktura proteina se formira dodatnim savijanjem peptidnog lanca koji sadrži a-heliks, b-strukture i nasumične regije zavojnice. Tercijarna struktura proteina formira se potpuno automatski, spontano i potpuno unaprijed određena primarnom strukturom i direktno je povezana s oblikom proteinske molekule, koji može biti različit: od sfernog do filamentoznog. Oblik proteinske molekule karakterizira takav pokazatelj kao što je stupanj asimetrije (omjer duge i kratke ose). U fibrilar ili filamentozni proteini, stepen asimetrije je veći od 80. Sa stepenom asimetrije manjim od 80, proteini se klasifikuju kao globularni. Većina njih ima stepen asimetrije od 3-5, tj. tercijarnu strukturu karakteriše prilično gusto pakovanje polipeptidnog lanca, koje se približava obliku lopte.

Tokom formiranja globularnih proteina, nepolarni hidrofobni radikali aminokiselina se grupišu unutar proteinskog molekula, dok su polarni radikali orijentisani prema vodi. U nekom trenutku se pojavljuje termodinamički najpovoljnija stabilna konformacija molekule, globula. U ovom obliku, proteinski molekul karakterizira minimalna slobodna energija. Na konformaciju rezultirajuće globule utiču faktori kao što su pH rastvora, jonska snaga rastvora, kao i interakcija proteinskih molekula sa drugim supstancama.

Glavna pokretačka snaga u nastanku trodimenzionalne strukture je interakcija radikala aminokiselina s molekulima vode.

Fibrilarni proteini. Tokom formiranja tercijarne strukture, oni ne formiraju globule - njihovi polipeptidni lanci se ne savijaju, već ostaju izduženi u obliku linearnih lanaca, grupirajući se u vlakna vlakana.

Crtanje – Struktura kolagenog fibrila (fragmenta).

Nedavno su se pojavili dokazi da proces formiranja tercijarne strukture nije automatski, već je reguliran i kontroliran posebnim molekularnim mehanizmima. Ovaj proces uključuje specifične proteine ​​- šaperone. Njihove glavne funkcije su sposobnost da spriječe stvaranje nespecifičnih (haotičnih) nasumičnih zavojnica iz polipeptidnog lanca, te da osiguraju njihovu isporuku (transport) do subcelularnih ciljeva, stvarajući uvjete za završetak savijanja proteinske molekule.

Stabilizacija tercijarne strukture je osigurana zbog nekovalentnih interakcija između atomskih grupa bočnih radikala.

Slika 4 – Tipovi veza koje stabilizuju tercijarnu strukturu proteina

A) elektrostatičke sile privlačnost između radikala koji nose suprotno nabijene jonske grupe (interakcije jona-jona), na primjer, negativno nabijenu karboksilnu grupu (– COO –) asparaginske kiseline i (NH 3 +) pozitivno nabijenu e-amino grupu lizinskog ostatka.

b) vodonične veze između funkcionalnih grupa bočnih radikala. Na primjer, između OH grupe tirozina i karboksilnog kisika asparaginske kiseline

V) hidrofobne interakcije uzrokovane su van der Waalsovim silama između nepolarnih radikala aminokiselina. (Na primjer, u grupama
–CH 3 – alanin, valin itd.

G) dipol-dipol interakcije

d) disulfidne veze(–S–S–) između cisteinskih ostataka. Ova veza je veoma jaka i nije prisutna u svim proteinima. Ova veza igra važnu ulogu u proteinskim supstancama žitarica i brašna, jer utiče na kvalitet glutena, strukturna i mehanička svojstva tijesta i shodno tome na kvalitetu gotovog proizvoda – kruha i dr.

Proteinska globula nije apsolutno kruta struktura: u određenim granicama moguća su reverzibilna kretanja dijelova peptidnog lanca u odnosu jedan prema drugome s prekidom malog broja slabih veza i stvaranjem novih. Čini se da molekul diše, pulsira u svojim različitim dijelovima. Ove pulsacije ne remete osnovni konformacioni plan molekula, kao što toplotne vibracije atoma u kristalu ne menjaju strukturu kristala ako temperatura nije toliko visoka da dođe do topljenja.

Tek nakon što proteinski molekul stekne prirodnu, nativnu tercijarnu strukturu, pokazuje svoju specifičnu funkcionalnu aktivnost: katalitičku, hormonalnu, antigensku, itd. U toku formiranja tercijarne strukture dolazi do formiranja aktivnih centara enzima, centara odgovornih za integraciju proteina u multienzimski kompleks, centara odgovornih za samosastavljanje supramolekularnih struktura. Stoga, bilo koji efekti (termički, fizički, mehanički, hemijski) koji dovode do uništenja ove prirodne konformacije proteina (razbijanje veza) su praćeni delimičnim ili potpunim gubitkom bioloških svojstava proteina.

Proučavanje kompletnih hemijskih struktura nekih proteina pokazalo je da su u njihovoj tercijarnoj strukturi identifikovane zone gde su koncentrisani hidrofobni aminokiselinski radikali, a polipeptidni lanac je zapravo omotan oko hidrofobnog jezgra. Štaviše, u nekim slučajevima, dva ili čak tri hidrofobna jezgra su odvojena u proteinskom molekulu, što rezultira 2- ili 3-nuklearnom strukturom. Ovakav tip molekularne strukture karakterističan je za mnoge proteine ​​koji imaju katalitičku funkciju (ribonukleaza, lizozim itd.). Odvojeni dio ili regija proteinske molekule koja ima određeni stepen strukturne i funkcionalne autonomije naziva se domena. Brojni enzimi, na primjer, imaju odvojene domene za vezivanje supstrata i za koenzime.

Biološki, fibrilarni proteini igraju vrlo važnu ulogu u anatomiji i fiziologiji životinja. Kod kičmenjaka ovi proteini čine 1/3 njihovog ukupnog sadržaja. Primjer fibrilarnih proteina je fibroin svilenog proteina, koji se sastoji od nekoliko antiparalelnih lanaca sa strukturom presavijenog lista. Protein a-keratin sadrži od 3-7 lanaca. Kolagen ima složenu strukturu u kojoj su 3 identična levorotatorna lanca upletena zajedno da formiraju desnorotatornu trostruku spiralu. Ova trostruka spirala je stabilizirana brojnim međumolekularnim vodikovim vezama. Prisustvo aminokiselina kao što su hidroksiprolin i hidroksilizin također doprinosi stvaranju vodoničnih veza koje stabiliziraju strukturu trostrukog heliksa. Svi fibrilarni proteini su slabo topljivi ili potpuno netopivi u vodi, jer sadrže mnoge aminokiseline koje sadrže hidrofobne, u vodi netopive R-grupe izoleucin, fenilalanin, valin, alanin, metionin. Nakon posebne obrade, nerastvorljivi i neprobavljivi kolagen se pretvara u želatino-topivu polipeptidnu smjesu, koja se potom koristi u prehrambenoj industriji.

Globularni proteini. Obavlja razne biološke funkcije. Obavljaju transportnu funkciju, tj. transport nutrijenata, neorganskih jona, lipida, itd. Hormoni, kao i komponente membrana i ribozoma, pripadaju istoj klasi proteina. Svi enzimi su takođe globularni proteini.

Kvartarna struktura. Proteini koji sadrže dva ili više polipeptidnih lanaca nazivaju se oligomerni proteini, karakteriše ih prisustvo kvartarne strukture.

Slika - Šeme tercijarne (a) i kvartarne (b) strukture proteina

Kod oligomernih proteina, svaki od polipeptidnih lanaca karakteriše njegova primarna, sekundarna i tercijarna struktura, i naziva se podjedinica ili protomer.Polipeptidni lanci (protomeri) u takvim proteinima mogu biti ili isti ili različiti. Oligomerni proteini se nazivaju homogeni ako su im protomeri isti i heterogeni ako su im protomeri različiti. Na primjer, protein hemoglobin se sastoji od 4 lanca: dva -a i dva -b protomera. Enzim a-amilaza se sastoji od 2 identična polipeptidna lanca. Kvartarna struktura se odnosi na raspored polipeptidnih lanaca (protomera) jedan u odnosu na drugi, tj. način njihovog zajedničkog slaganja i pakovanja. U ovom slučaju, protomeri međusobno djeluju ne bilo kojim dijelom svoje površine, već određenim područjem (kontaktna površina). Kontaktne površine imaju takav raspored atomskih grupa između kojih nastaju vodikove, ionske i hidrofobne veze. Osim toga, geometrija protomera također pogoduje njihovoj povezanosti. Protomeri se uklapaju kao ključ od brave. Takve površine se nazivaju komplementarne. Svaki protomer stupa u interakciju s drugim na više tačaka, čineći povezivanje s drugim polipeptidnim lancima ili proteinima nemoguće. Takve komplementarne interakcije molekula su u osnovi svih biohemijskih procesa u tijelu.

Monomeri aminokiselina koji čine polipeptide nazivaju se aminokiselinskih ostataka. Aminokiselinski ostatak koji ima slobodnu amino grupu naziva se N-terminal i napisan je na lijevoj strani peptidnog lanca, a onaj koji ima slobodnu α-karboksilnu grupu naziva se C-terminal i napisan je na desnoj strani. Lanac atoma koji se ponavljaju – CH – CO – NH – u polipeptidnom lancu naziva se peptidna kičma.

Polipeptidni lanac ima sljedeći opći oblik:

gdje su R 1, R 2, R 3, ... R n radikali aminokiselina koji formiraju bočni lanac.

Elektronska i prostorna struktura peptidne grupe igra važnu ulogu u ispoljavanju bioloških funkcija peptida i proteina:

Prisustvo p-π konjugacije u peptidnoj grupi dovodi do djelimičnog dvostrukog vezivanja veze C–N.Dužina C–N peptidne veze je 0,132 nm, a dužina N–C α veze je 0,147 nm. C-N jednostruka veza u peptidima je otprilike 40% dvostruka veza, a C=O dvostruka veza je otprilike 40% jednostruka veza. Ova okolnost dovodi do dvije bitne posljedice:

1) imino grupa (–NH–) peptidne veze nema primetno izraženu sposobnost uklanjanja ili dodavanja protona;

2) nema slobodne rotacije oko veze C–N.

Djelomična dvostruka veza C-N veze znači da je peptidna grupa ravan dio peptidnog lanca. Ravnine peptidnih grupa nalaze se pod uglom jedna prema drugoj:

Rotacija je moguća oko C – C α i N – C α veza, iako je ograničena veličinom i prirodom radikala, što omogućava polipeptidnom lancu da poprimi različite konfiguracije.

Peptidna veza je jedina kovalentna veza kojom su ostaci aminokiselina međusobno povezani, formirajući okosnicu proteinske molekule.

Peptidne veze se obično nalaze u trans konfiguraciji, tj. Atomi α-ugljika nalaze se na suprotnim stranama peptidne veze. Kao rezultat toga, bočni radikali aminokiselina nalaze se u svemiru na najdaljoj udaljenosti jedan od drugog.

Nomenklatura peptida

Prilikom imenovanja polipeptida, nazivu svih aminokiselinskih ostataka osim posljednjeg dodaje se sufiks -. mulj, krajnja aminokiselina ima završetak - in. Na primjer, peptid met-asp-val-pro ima puno ime metion mulj šparoge mulj osovina mulj prol in.

Acid-bazna svojstva peptida

Mnogi kratki peptidi su dobijeni u čistom kristalnom obliku. Njihove visoke tačke topljenja ukazuju na to da peptidi kristališu iz neutralnih rastvora u obliku dipolarnih jona. Budući da se nijedna od α-karboksilnih grupa i nijedna od α-amino grupa uključenih u formiranje peptidnih veza ne može ionizirati u pH rasponu od 0 do 14, kiselinsko-bazna svojstva peptida određena su slobodnom NH 2 grupom. N-terminalnog ostatka i slobodne karboksilne grupe C-terminalnog ostatka peptida i onih R-grupa koje su sposobne za jonizaciju. U dugim peptidnim lancima, broj jonizovanih R grupa je obično veliki u poređenju sa dve ionizovane grupe terminalnih ostataka peptida. Stoga, da bismo okarakterizirali kiselinsko-bazne osobine peptida, razmotrit ćemo kratke peptide.

Slobodna α-amino grupa i slobodna terminalna karboksilna grupa u peptidima su razdvojene na mnogo većoj udaljenosti nego u jednostavnim amino kiselinama, pa su elektrostatičke interakcije između njih oslabljene. Vrijednosti pK za terminalne karboksilne grupe u peptidima su nešto veće, a za terminalne α-amino grupe nešto niže nego u odgovarajućim slobodnim amino kiselinama. Za R-grupe u kratkim peptidima i u odgovarajućim slobodnim amino kiselinama, pK vrijednosti se ne razlikuju primjetno.

Za određivanje pH regije u kojoj se može nalaziti izoelektrična tačka kratkog peptida koji se proučava, dovoljno je uporediti broj slobodnih amino grupa i broj slobodnih karboksilnih grupa, uključujući N- i C-terminalne grupe. Ako broj amino grupa premašuje broj karboksilnih grupa, izoelektrična tačka peptida će ležati u alkalnom pH regionu, jer je alkalija neophodna da bi se sprečilo protoniranje amino grupa. Ako broj karboksilnih grupa premašuje broj amino grupa, izoelektrična tačka će biti u kiseloj pH oblasti, pošto kiselo okruženje potiskuje disocijaciju karboksilnih grupa.

Aminokiseline u polipeptidnom lancu su povezane amidnom vezom, koja se formira između α-karboksilne grupe jedne amino kiseline i α-amino grupe sledeće amino kiseline (slika 1). Kovalentna veza nastala između aminokiselina naziva se peptidnu vezu. Atomi kiseonika i vodonika peptidne grupe zauzimaju trans poziciju.

Rice. 1. Šema formiranja peptidne veze.U svakom proteinu ili peptidu može se razlikovati: N-terminus protein ili peptid koji ima slobodnu α-amino grupu (-NH 2);

C-endima slobodnu karboksilnu grupu (-COOH);

Peptidna kičmaproteini koji se sastoje od fragmenata koji se ponavljaju: -NH-CH-CO-; Radikali aminokiselina(bočni lanci) (R 1 I R 2)- varijabilne grupe.

Skraćena oznaka polipeptidnog lanca, kao i sinteza proteina u ćelijama, nužno počinje sa N-krajem i završava se sa C-terminusom:

Imena aminokiselina uključenih u peptid i koje formiraju peptidnu vezu imaju završetke -il. Na primjer, tripeptid iznad se zove treonil-histidil-prolin.

Jedini varijabilni dio koji razlikuje jedan protein od svih ostalih je kombinacija radikala (bočnih lanaca) aminokiselina uključenih u njega. Dakle, pojedinačna svojstva i funkcije proteina su određene strukturom i redoslijedom izmjene aminokiselina u polipeptidnom lancu.

Polipeptidni lanci različitih proteina u tijelu mogu uključivati ​​od nekoliko aminokiselina do stotina i hiljada aminokiselinskih ostataka. Njihova molekularna masa (mol. masa) takođe varira u velikoj meri. Tako se, kažu, hormon vazopresin sastoji od 9 aminokiselina. masa 1070 kDa; insulin - od 51 aminokiseline (u 2 lanca), mol. masa 5733 kDa; lizozim - od 129 aminokiselina (1 lanac), mol. masa 13,930 kDa; hemoglobin - od 574 aminokiseline (4 lanca), mol. masa 64.500 kDa; kolagen (tropokolagen) - oko 1000 aminokiselina (3 lanca), mol. masa ~130,000 kD.

Svojstva i funkcija proteina ovise o strukturi i redoslijedu izmjenjivanja aminokiselina u lancu; promjena sastava aminokiselina može ih uvelike promijeniti. Dakle, 2 hormona zadnjeg režnja hipofize - oksitocin i vazopresin - su nanopeptidi i razlikuju se u 2 aminokiseline od 9 (na pozicijama 3 i 8):

Glavni biološki efekat oksitocina je da stimuliše kontrakciju glatkih mišića materice tokom porođaja, a vazopresin izaziva reapsorpciju vode u bubrežnim tubulima (antidiuretski hormon) i ima vazokonstriktorna svojstva. Dakle, uprkos velikoj strukturnoj sličnosti, fiziološka aktivnost ovih peptida i ciljnih tkiva na koje deluju se razlikuju, tj. Zamjena samo 2 od 9 aminokiselina uzrokuje značajnu promjenu u funkciji peptida.

Ponekad vrlo mala promjena u strukturi velikog proteina uzrokuje potiskivanje njegove aktivnosti. Dakle, enzim alkohol dehidrogenaza, koji razgrađuje etanol u ljudskoj jetri, sastoji se od 500 aminokiselina (u 4 lanca). Njegova aktivnost među stanovnicima azijske regije (Japan, Kina, itd.) je mnogo niža nego među stanovnicima Evrope. To je zbog činjenice da je u polipeptidnom lancu enzima glutaminska kiselina zamijenjena lizinom na poziciji 487.

Interakcije između radikala aminokiselina su od velike važnosti za stabilizaciju prostorne strukture proteina; mogu se razlikovati 4 vrste hemijskih veza: hidrofobne, vodikove, jonske, disulfidne.

Hidrofobne veze nastaju između nepolarnih hidrofobnih radikala (slika 2). Oni igraju vodeću ulogu u formiranju tercijarne strukture proteinske molekule.

Rice. 2. Hidrofobne interakcije između radikala

Vodikove veze- nastaju između polarnih (hidrofilnih) nenabijenih radikalnih grupa koje imaju mobilni atom vodika i grupa sa elektronegativnim atomom (-O ili -N-) (slika 3).

Jonske veze nastaju između polarnih (hidrofilnih) ionogenih radikala koji imaju suprotno nabijene grupe (slika 4).

Rice. 3. Vodikove veze između radikala aminokiselina

Rice. 4. Jonska veza između lizina i radikala asparaginske kiseline (A) i primjeri ionskih interakcija (B)

Disulfidna veza- kovalentna, formirana od dvije sulfhidrilne (tiolne) grupe cisteinskih radikala smještenih na različitim mjestima polipeptidnog lanca (slika 5). Nalazi se u proteinima kao što su insulin, insulinski receptor, imunoglobulini, itd.

Disulfidne veze stabilizuju prostornu strukturu jednog polipeptidnog lanca ili povezuju dva lanca zajedno (na primer, lanci A i B hormona insulina) (slika 6).

Rice. 5. Formiranje disulfidne veze.

Rice. 6. Disulfidne veze u molekulu insulina. Disulfidne veze: između cisteinskih ostataka istog lanca A(a), između lanaca A I IN(b). Brojevi označavaju položaj aminokiselina u polipeptidnim lancima.

Svaka osoba je „sagrađena“ od proteina. Bez obzira na pol, godine ili rasu. A strukturna jedinica svih proteina su aminokiseline, međusobno povezane posebnom vrstom veze. Toliko je važno da je čak dobio i zasebno ime - peptidna veza.

Asocijacije aminokiselina mogu imati različita imena ovisno o tome koliko "građevnih blokova" sadrže. Ako se ne spoji više od 10 aminokiselina, onda su to peptidi, ako od 10 do 40, onda govorimo o polipeptidu, a ako ima više od četrdeset aminokiselina, onda je to protein, strukturna jedinica naše tijelo.

Ako govorimo o teoriji, struktura peptidne veze je veza između α-amino grupe (–NH 2) jedne amino kiseline i α-karboksilne (–COOH) grupe druge. Takve složene reakcije su praćene oslobađanjem molekula vode. Na ovom principu su izgrađeni svi proteini, a samim tim i svaka osoba.

Ako govorimo o cijeloj prirodi, onda se u njoj nalazi oko 300 aminokiselina. Međutim, proteini se sastoje od samo 20 α-amino kiselina. I uprkos tako malom broju njih, postoje različiti proteini, što je posledica različitog reda aminokiselina u njima.

Svojstva samih aminokiselina određuju radikali R. To može biti ostatak masne kiseline i uključivati ​​aromatični prsten ili heterocikle. U zavisnosti od kojih aminokiselina sa kojim radikali formiraju protein, pokazat će određena fizička svojstva, kao i hemijska svojstva i fiziološke funkcije koje će obavljati u ljudskom tijelu.

Osobine peptidne veze

Svojstva peptidne veze određuju njenu jedinstvenost. Među njima su:

Mora se reći da od svih aminokiselina koje su nam potrebne za život, neke naše tijelo prilično uspješno sintetizira.

Prema jednoj klasifikaciji, nazivaju se neesencijalnim aminokiselinama. A postoji i 8 drugih koji ne mogu nastati u ljudskom tijelu na bilo koji drugi način osim putem hrane. A treća grupa je vrlo mala, samo 3 imena: arginin, histidin i tirozin. U principu, oni se formiraju ovdje, ali količina je toliko mala da je nemoguće bez pomoći izvana. Nazivali su ih djelimično nezamjenjivim. Zanimljiva je činjenica da biljke same proizvode sve ove aminokiseline.

Uloga proteina u organizmu

Koji god organ ili tkivo u svom tijelu da nazovete, ono će biti napravljeno od proteina. Oni su dio srca, krvi, mišića i bubrega. Ljudi imaju oko pet miliona različitih tipova, a po masi to će biti izraženo u 15-20%.

Nijedan od procesa kod ljudi se ne odvija bez učešća proteina. To uključuje metaboličke procese, probavu hrane i energetske procese. Uz pomoć širokog spektra proteina, imuni sistem će moći pravilno da zaštiti organizam, a ugljene hidrate, masti, vitamine i mikroelemente će osoba apsorbovati po potrebi.

Proteini u našem tijelu su stalno "u pokretu". Neki od njih se razlažu u aminokiselinske cigle, drugi se formiraju od istih cigli, formirajući strukturu organa i tkiva. Kada jedete hranu, vrijedi uzeti u obzir da nije važna samo činjenica potrošnje, već i kvalitetne karakteristike proizvoda. Većina aminokiselina, koje uglavnom dolaze iz “pogrešne” hrane, jednostavno se izlučuju iz nas, a da se ne zadržavaju. A ako se na taj način izgube mnogi posebno važni proteini, kao što su, na primjer, inzulin ili hemoglobin, onda zdravstveni gubici mogu biti nenadoknadivi.

Neki biraju modnu dijetu na osnovu nedovoljnog unosa proteina. Prije svega, kalcij se počinje slabo apsorbirati. To znači da kosti postaju lomljive i počinje proces atrofije mišićnog tkiva. Tada, što je posebno neugodno za djevojčice, koža počinje da se ljušti, nokti se stalno lome, a kosa opada u grudvicama.

Peptidi– to su prirodna ili sintetička jedinjenja, čiji su molekuli izgrađeni od aminokiselinskih ostataka koji su međusobno povezani peptidnim vezama (peptidni most), u suštini amidnim vezama.

Molekuli peptida mogu sadržavati komponentu koja nije aminokiselina. Nazivaju se peptidi koji sadrže do 10 aminokiselinskih ostataka oligopeptidi(dipeptidi, tripeptidi, itd.) Peptidi koji sadrže više od 10 do 60 aminokiselinskih ostataka klasifikuju se kao polipeptidi. Prirodni polipeptidi s molekulskom masom većom od 6000 daltona nazivaju se proteini.

Nomenklatura

Aminokiselinski ostatak peptida koji nosi α-amino grupu naziva se N-kraj, noseći slobodnu -karboksilnu grupu – C-terminal. Naziv peptida sastoji se od liste trivijalnih imena aminokiselina, počevši od N-terminalnog. U ovom slučaju, sufiks “in” se mijenja u “sil” za sve aminokiseline osim C-terminalne.

Primjeri

Glicilalanin ili Gly-Ala

b) alanil-seril-aspargil-fenilalanil-glicin

ili Ala – Ser – Asp – Phe – Gly. Ovdje je alanin N-terminalna aminokiselina, a glutamin C-terminalna aminokiselina.

Klasifikacija peptida

1. Homomerički – hidrolizom nastaju samo aminokiseline.

2. Heteromerni– prilikom hidrolize, osim α-aminokiselina, nastaju komponente koje nisu aminokiseline, na primjer:

a) glikopeptidi;

b) nukleopeptidi;

c) fosfopeptidi.

Peptidi mogu biti linearni ili ciklični. Peptidi kod kojih su veze između aminokiselinskih ostataka samo amid (peptid) nazivaju se homogena. Ako pored amidne grupe postoje estarske, disulfidne grupe, peptidi se nazivaju heterogena. Heterodetski peptidi koji sadrže hidroksiamino kiseline nazivaju se peptolidi. Peptidi koji se sastoje od jedne aminokiseline nazivaju se homopoliaminokiseline. Oni peptidi koji sadrže identične regije koje se ponavljaju (od jednog ili više aminokiselinskih ostataka) nazivaju se redovno. Heteromerni i heterogeni peptidi se nazivaju depsipeptidi.

Struktura peptidne veze

U amidima je veza ugljik-azot djelomično dvostruko vezana zbog p,-konjugacije NPE atoma dušika i -veze karbonila (dužina C-N veze: u amidima - 0,132 nm, u aminima - 0,147 nm), stoga je amidna grupa planarna i ima trans konfiguraciju. Dakle, peptidni lanac je izmjena planarnih fragmenata amidne grupe i fragmenata ugljikovodičnih radikala odgovarajućih aminokiselina. U potonjem, rotacija oko jednostavnih veza nije teška, što rezultira stvaranjem različitih konformera. Dugi lanci peptida formiraju α-helike i β-strukture (slično proteinima).

Sinteza peptida

Tokom sinteze peptida mora se formirati peptidna veza između karboksilne grupe jedne aminokiseline i aminske grupe druge amino kiseline. Od dvije aminokiseline mogu se formirati dva dipeptida:

Gornji dijagrami su formalni. Za sintezu, na primjer, glicilalanina, potrebno je izvršiti odgovarajuće modifikacije početnih aminokiselina (ova sinteza se ne govori u ovom priručniku).