Peptiidne kovalentne side. Kuidas tekib inimesel peptiidside? Peptiidsideme omadused

Peptiidside on oma keemilise olemuse poolest kovalentne ja annab valgu molekuli primaarstruktuurile suure tugevuse. Kuna peptiidside on polüpeptiidahela korduv element ja millel on spetsiifilised struktuursed tunnused, mõjutab see mitte ainult primaarstruktuuri kuju, vaid ka polüpeptiidahela kõrgemaid organiseerituse tasemeid.

L. Pauling ja R. Corey andsid suure panuse valgumolekuli struktuuri uurimisse. Märgates, et valgumolekul sisaldab kõige rohkem peptiidsidemeid, viisid nad esimestena läbi selle sideme põhjalikud röntgenuuringud. Uurisime sideme pikkusi, aatomite paiknemise nurki ja aatomite suunda sideme suhtes. Uurimistöö põhjal tehti kindlaks järgmised peptiidsideme peamised omadused.

1. Peptiidsideme neli aatomit (C, O, N, H) ja kaks kinnitunud
a-süsiniku aatomid asuvad samal tasapinnal. A-süsinikuaatomite R- ja H-rühmad asuvad väljaspool seda tasapinda.

2. Peptiidsideme O- ja H-aatomid ning kaks a-süsinikuaatomit, samuti R-rühmad on peptiidsideme suhtes trans-orientatsioonis.

3. C–N sideme pikkus, mis on võrdne 1,32 Å, on kaksikkovalentse sideme (1,21 Å) ja üksikkovalentse sideme (1,47 Å) pikkuse vahepealne. Sellest järeldub, et C-N side on osaliselt küllastumata. See loob eeldused tautomeersete ümberkorralduste toimumiseks kaksiksideme juures koos enoolvormi moodustumisega, s.t. peptiidside võib eksisteerida ketoenooli kujul.

Pöörlemine ümber –C=N– sideme on keeruline ja kõigil peptiidrühma kuuluvatel aatomitel on tasapinnaline trans-konfiguratsioon. Cis-konfiguratsioon on energeetiliselt vähem soodne ja seda leidub ainult mõnes tsüklilises peptiidis. Iga tasapinnaline peptiidi fragment sisaldab kahte sidet a-süsiniku aatomitega, mis on võimelised pöörlema.

Valgu esmase struktuuri ja selle funktsiooni vahel antud organismis on väga tihe seos. Selleks, et valk saaks täita oma olemuslikku funktsiooni, on selle valgu polüpeptiidahelas vaja väga spetsiifilist aminohapete järjestust. See spetsiifiline aminohapete järjestus, kvalitatiivne ja kvantitatiivne koostis on fikseeritud geneetiliselt (DNA → RNA → valk). Iga valku iseloomustab spetsiifiline aminohapete järjestus; vähemalt ühe aminohappe asendamine valgus ei too kaasa mitte ainult struktuurseid ümberkorraldusi, vaid ka muutusi füüsikalis-keemilistes omadustes ja bioloogilistes funktsioonides. Olemasolev primaarstruktuur määrab ette järgnevad (sekundaarsed, tertsiaarsed, kvaternaarsed) struktuurid. Näiteks tervete inimeste punased verelibled sisaldavad teatud aminohapete järjestusega valku nimega hemoglobiin. Väikesel osal inimestest on hemoglobiini struktuuris kaasasündinud kõrvalekalle: nende punased verelibled sisaldavad hemoglobiini, mis ühes asendis sisaldab glutamiinhappe (laetud, polaarne) asemel aminohapet valiini (hüdrofoobne, mittepolaarne). Selline hemoglobiin erineb oluliselt füüsikalis-keemiliste ja bioloogiliste omaduste poolest normaalsest. Hüdrofoobse aminohappe ilmumine põhjustab "kleepuva" hüdrofoobse kontakti ilmnemist (punased verelibled ei liigu veresoontes hästi), punaste vereliblede kuju muutumine (kaksiknõgusast poolkuukujuliseks) , samuti hapnikuülekande halvenemine jne. Selle anomaaliaga sündinud lapsed surevad varases lapsepõlves sirprakulise aneemia tõttu.

Põhjalikud tõendid väite kasuks, et bioloogilise aktiivsuse määrab aminohappejärjestus, saadi pärast ensüümi ribonukleaasi (Merrifield) kunstlikku sünteesi. Loodusliku ensüümiga sama aminohappejärjestusega sünteesitud polüpeptiidil oli sama ensümaatiline aktiivsus.

Viimaste aastakümnete uuringud on näidanud, et esmane struktuur on fikseeritud geneetiliselt, s.o. aminohapete järjestuse polüpeptiidahelas määrab DNA geneetiline kood ja see omakorda määrab valgu molekuli sekundaarse, tertsiaarse ja kvaternaarse struktuuri ning selle üldise konformatsiooni. Esimene valk, mille esmane struktuur loodi, oli valkhormoon insuliin (sisaldab 51 aminohapet). Seda tegi 1953. aastal Frederick Sanger. Praeguseks on dešifreeritud enam kui kümne tuhande valgu esmane struktuur, kuid see on väga väike arv, kui arvestada, et looduses on umbes 10 12 valku. Vaba pöörlemise tulemusena on polüpeptiidahelad võimelised keerduma (volduma) mitmesugusteks struktuurideks.

Sekundaarne struktuur. Valgumolekuli sekundaarne struktuur viitab sellele, kuidas polüpeptiid ahel on ruumis paigutatud. Valgu molekuli sekundaarstruktuur moodustub üht või teist tüüpi vaba pöörlemise tulemusena polüpeptiidahelas a-süsiniku aatomeid ühendavate sidemete ümber.Selle vaba pöörlemise tulemusena on polüpeptiidahelad võimelised keerduma (volduma) ruumis erinevatesse struktuuridesse.

Looduslikes polüpeptiidahelates on kolm peamist struktuuritüüpi:

- a-heeliks;

- β-struktuur (volditud leht);

- statistiline sasipundar.

Kerakujuliste valkude kõige tõenäolisemaks struktuuritüübiks peetakse α-heeliks Keerdumine toimub päripäeva (parempoolne spiraal), mis on tingitud looduslike valkude L-aminohappe koostisest. Tekkimise liikumapanev jõud α-heeliksid on aminohapete võime moodustada vesiniksidemeid. Aminohapete R-rühmad on suunatud keskteljest väljapoole a-heeliksid. naaberpeptiidsidemete dipoolid > C=O ja >N-H on dipoolide interaktsiooni jaoks optimaalselt orienteeritud, moodustades seeläbi ulatusliku molekulisiseste kooperatiivsete vesiniksidemete süsteemi, mis stabiliseerib a-heeliksit.

Heeliksi samm (üks täispööre) 5,4Å sisaldab 3,6 aminohappejääki.

Joonis 2 – Valgu a-heeliksi struktuur ja parameetrid

Iga valku iseloomustab selle polüpeptiidahela teatav helilisus

Spiraalstruktuuri võivad häirida kaks tegurit:

1) ahelas proliinijäägi olemasolu, mille tsükliline struktuur põhjustab polüpeptiidahela katkemise - puudub –NH 2 rühm, mistõttu ahelasisese vesiniksideme teke on võimatu;

2) kui polüpeptiidahelas on reas palju positiivse laenguga (lüsiin, arginiin) või negatiivse laenguga (glutamiin-, asparagiinhapped) aminohappejääke, siis antud juhul sarnaselt laetud rühmade tugev vastastikune tõrjumine (– COO– või –NH 3 +) ületab oluliselt vesiniksidemete stabiliseerivat mõju a-heeliksid.

Teist tüüpi polüpeptiidahela konfiguratsiooni, mida leidub juustes, siidis, lihastes ja teistes fibrillaarsetes valkudes, nimetatakse β-struktuurid või volditud leht. Volditud lehe struktuuri stabiliseerivad ka vesiniksidemed samade dipoolide vahel –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

polüpeptiidahelad, mis on identselt suunatud või antiparalleelsed,

mis on tugevdatud nende ahelate vaheliste vesiniksidemete tõttu. Selliseid struktuure nimetatakse b-volditud lehtedeks (joonis 2).

Joonis 3 – polüpeptiidahelate b-struktuur

a-Heeliks ja volditud lehed on järjestatud struktuurid; neil on ruumis korrapärane aminohappejääkide paigutus. Mõnel polüpeptiidahela piirkonnal puudub korrapärane perioodiline ruumiline korraldus, need on tähistatud kui korrastamata või statistiline sasipundar.

Kõik need struktuurid tekivad spontaanselt ja automaatselt tänu sellele, et antud polüpeptiidil on teatud aminohappejärjestus, mis on geneetiliselt ettemääratud. a-heeliksid ja b-struktuurid määravad valkude teatud võime täita spetsiifilisi bioloogilisi funktsioone. Seega on a-spiraalne struktuur (a-keratiin) hästi kohanenud väliste kaitsestruktuuride moodustamiseks - suled, karvad, sarved, kabjad. B-struktuur soodustab painduvate ja venimatute siidi- ja võrguniitide teket ning kollageenvalgu konformatsioon tagab kõõlustele vajaliku suure tõmbetugevuse. Filamentsetele (fibrillaarsetele) valkudele on iseloomulik ainult a-heeliksite või b-struktuuride olemasolu. Kerakujuliste (sfääriliste) valkude koostises on a-heeliksite ja b-struktuuride ning struktuuritute piirkondade sisaldus väga erinev. Näiteks: insuliin on spiraliseeritud 60%, ensüüm ribonukleaas - 57%, kanamunavalgu lüsosüüm - 40%.

Tertsiaarne struktuur. Tertsiaarne struktuur viitab sellele, kuidas polüpeptiidahelat teatud mahus ruumis paikneb.

Valkude tertsiaarne struktuur moodustub a-heeliksit, b-struktuure ja juhuslikke spiraalpiirkondi sisaldava peptiidahela täiendava voltimise teel. Valgu tertsiaarne struktuur moodustub täiesti automaatselt, spontaanselt ja täielikult primaarstruktuuri poolt ette määratud ning on otseselt seotud valgumolekuli kujuga, mis võib olla erinev: sfäärilisest kuni filamentseni. Valgumolekuli kuju iseloomustab selline näitaja nagu asümmeetria aste (pika ja lühikese telje suhe). U fibrillaarne või filamentsed valgud, on asümmeetria aste suurem kui 80. Kui asümmeetria aste on väiksem kui 80, liigitatakse valgud järgmiselt: kerajas. Enamikul neist on asümmeetria aste 3-5, s.o. tertsiaarset struktuuri iseloomustab polüpeptiidahela üsna tihe pakend, mis läheneb palli kujule.

Globulaarsete valkude moodustumise ajal rühmituvad mittepolaarsed hüdrofoobsed aminohapperadikaalid valgu molekulis, polaarsed aga on orienteeritud vee poole. Mingil hetkel ilmneb molekuli termodünaamiliselt soodsaim stabiilne konformatsioon, gloobul. Sellisel kujul iseloomustab valgu molekuli minimaalne vaba energia. Saadud gloobuli konformatsiooni mõjutavad sellised tegurid nagu lahuse pH, lahuse ioontugevus, aga ka valgumolekulide koostoime teiste ainetega.

Peamiseks liikumapanevaks jõuks kolmemõõtmelise struktuuri tekkimisel on aminohapperadikaalide koostoime veemolekulidega.

Fibrillaarsed valgud. Tertsiaarse struktuuri moodustumisel nad ei moodusta gloobuleid - nende polüpeptiidahelad ei voldi, vaid jäävad piklikuks lineaarsete ahelate kujul, rühmitudes fibrillkiududeks.

Joonistamine – Kollageenfibrillide (fragmendi) struktuur.

Viimasel ajal on ilmnenud tõendeid selle kohta, et tertsiaarse struktuuri moodustumise protsess ei ole automaatne, vaid seda reguleerivad ja juhivad spetsiaalsed molekulaarsed mehhanismid. See protsess hõlmab spetsiifilisi valke - chaperone. Nende põhifunktsioonid on võime vältida mittespetsiifiliste (kaootiliste) juhuslike spiraalide moodustumist polüpeptiidahelast ja tagada nende kohaletoimetamine (transport) subtsellulaarsetesse sihtmärkidesse, luues tingimused valgu molekuli voltimise lõpuleviimiseks.

Tertsiaarse struktuuri stabiliseerumine on tagatud mittekovalentsete interaktsioonide tõttu kõrvalradikaalide aatomirühmade vahel.

Joonis 4 – Sidemete tüübid, mis stabiliseerivad valgu tertsiaarset struktuuri

A) elektrostaatilised jõud tõmbejõud radikaalide vahel, mis kannavad vastupidiselt laetud ioonrühmi (ioonide interaktsioonid), näiteks asparagiinhappe negatiivselt laetud karboksüülrühma (– COO –) ja (NH 3 +) lüsiinijäägi positiivselt laetud e-aminorühma.

b) vesiniksidemed kõrvalradikaalide funktsionaalrühmade vahel. Näiteks türosiini OH-rühma ja asparagiinhappe karboksüülhapniku vahel

V) hüdrofoobsed interaktsioonid on põhjustatud van der Waalsi jõududest mittepolaarsete aminohapperadikaalide vahel. (Näiteks rühmades
–CH 3 – alaniin, valiin jne.

G) dipool-dipool interaktsioonid

d) disulfiidsidemed(–S–S–) tsüsteiinijääkide vahel. See side on väga tugev ja seda ei esine kõigis valkudes. See seos mängib olulist rolli teravilja ja jahu valguainetes, sest mõjutab gluteeni kvaliteeti, taigna struktuurseid ja mehaanilisi omadusi ning vastavalt ka valmistoote – leiva kvaliteeti jne.

Valgugloobul ei ole absoluutselt jäik struktuur: teatud piirides on väikese arvu nõrkade sidemete katkemisel ja uute moodustumisel võimalik peptiidahela osade pöörduv liikumine üksteise suhtes. Tundub, et molekul hingab, pulseerib oma erinevates osades. Need pulsatsioonid ei riku molekuli põhilist konformatsiooniplaani, nii nagu aatomite termilised vibratsioonid kristallis ei muuda kristalli struktuuri, kui temperatuur ei ole nii kõrge, et tekiks sulamine.

Alles pärast seda, kui valgumolekul omandab loomuliku, natiivse tertsiaarse struktuuri, ilmutab see oma spetsiifilist funktsionaalset aktiivsust: katalüütilist, hormonaalset, antigeenset jne. Just tertsiaarse struktuuri moodustumisel tekivad ensüümide aktiivsed keskused, keskused, mis vastutavad valkude integreerimise eest multiensüümide kompleksi, keskused, mis vastutavad supramolekulaarsete struktuuride isekoostumise eest. Seetõttu kaasneb igasuguste mõjudega (termiline, füüsikaline, mehaaniline, keemiline), mis viib selle valgu loomuliku konformatsiooni hävimiseni (sidemete katkemine), valgu bioloogiliste omaduste osaline või täielik kadumine.

Mõnede valkude täielike keemiliste struktuuride uurimine on näidanud, et nende tertsiaarses struktuuris tuvastatakse tsoonid, kus hüdrofoobsed aminohapperadikaalid on kontsentreeritud, ja polüpeptiidahel on tegelikult mähitud ümber hüdrofoobse tuuma. Veelgi enam, mõnel juhul eraldatakse valgumolekulis kaks või isegi kolm hüdrofoobset tuuma, mille tulemuseks on 2- või 3-tuumaline struktuur. Seda tüüpi molekulaarstruktuur on iseloomulik paljudele valkudele, millel on katalüütiline funktsioon (ribonukleaas, lüsosüüm jne). Valgumolekuli eraldiseisvat osa või piirkonda, millel on teatud struktuurne ja funktsionaalne autonoomia, nimetatakse domeeniks. Näiteks paljudel ensüümidel on eraldi substraati siduvad ja koensüümi siduvad domeenid.

Bioloogiliselt mängivad fibrillaarsed valgud loomade anatoomia ja füsioloogiaga seoses väga olulist rolli. Selgroogsetel moodustavad need valgud 1/3 nende kogusisaldusest. Fibrillaarsete valkude näide on siidivalgu fibroiin, mis koosneb mitmest volditud lehtstruktuuriga antiparalleelsest ahelast. Valk a-keratiin sisaldab 3-7 ahelat. Kollageenil on keeruline struktuur, milles 3 identset vasakule pööravat ahelat on kokku keeratud, moodustades paremale pöörava kolmikheeliksi. Seda kolmikheeliksit stabiliseerivad arvukad molekulidevahelised vesiniksidemed. Aminohapete, nagu hüdroksüproliin ja hüdroksülüsiin, olemasolu soodustab ka vesiniksidemete moodustumist, mis stabiliseerivad kolmikheeliksi struktuuri. Kõik fibrillaarsed valgud on vees halvasti või täielikult lahustumatud, kuna sisaldavad palju hüdrofoobseid, vees lahustumatuid R-rühmi sisaldavaid aminohappeid isoleutsiini, fenüülalaniini, valiini, alaniini, metioniini. Pärast spetsiaalset töötlemist muudetakse lahustumatu ja seedimatu kollageen želatiinlahustuvaks polüpeptiidiseguks, mida seejärel kasutatakse toiduainetööstuses.

Globulaarsed valgud. Täitke erinevaid bioloogilisi funktsioone. Nad täidavad transpordifunktsiooni, s.t. transportida toitaineid, anorgaanilisi ioone, lipiide jne. Hormoonid, aga ka membraanide ja ribosoomide komponendid kuuluvad samasse valkude klassi. Kõik ensüümid on ka globulaarsed valgud.

Kvaternaarne struktuur. Valke, mis sisaldavad kahte või enamat polüpeptiidahelat, nimetatakse oligomeersed valgud, iseloomustab neid kvaternaarse struktuuri olemasolu.

Joonis - Tertsiaarsete (a) ja kvaternaarsete (b) valkude struktuuride skeemid

Oligomeersetes valkudes iseloomustab iga polüpeptiidahelat selle primaarne, sekundaarne ja tertsiaarne struktuur ning seda nimetatakse subühikuks või protomeeriks.Selliste valkude polüpeptiidahelad (protomeerid) võivad olla kas samad või erinevad. Oligomeerseid valke nimetatakse homogeenseteks, kui nende protomeerid on samad, ja heterogeenseteks, kui nende protomeerid on erinevad. Näiteks valgu hemoglobiin koosneb 4 ahelast: kahest -a ja kahest -b protomeerist. Ensüüm a-amülaas koosneb 2 identsest polüpeptiidahelast. Kvaternaarne struktuur viitab polüpeptiidahelate (protomeeride) paigutusele üksteise suhtes, s.o. nende ühise virnastamise ja pakkimise meetod. Sel juhul interakteeruvad protomeerid üksteisega mitte ühegi oma pinnaosaga, vaid teatud alaga (kontaktpinnaga). Kontaktpindadel on selline aatomrühmade paigutus, mille vahel tekivad vesinik-, ioon- ja hüdrofoobsed sidemed. Lisaks soosib nende ühendamist ka protomeeride geomeetria. Protomerid sobivad kokku nagu luku võti. Selliseid pindu nimetatakse komplementaarseteks. Iga protomeer interakteerub teisega mitmes punktis, muutes ühenduse teiste polüpeptiidahelate või valkudega võimatuks. Sellised molekulide täiendavad vastasmõjud on kõigi kehas toimuvate biokeemiliste protsesside aluseks.

Polüpeptiide moodustavate aminohapete monomeere nimetatakse aminohappejäägid. Aminohappejääki, millel on vaba aminorühm, nimetatakse N-terminaalseks ja see on kirjutatud peptiidahela vasakule, ja aminohappejääki, millel on vaba α-karboksüülrühm, nimetatakse C-terminaalseks ja see on kirjutatud paremale. Korduvate aatomite ahelat –CH – CO – NH– polüpeptiidahelas nimetatakse peptiidi selgrooks.

Polüpeptiidahelal on järgmine üldvorm:

kus R1, R2, R3, ... Rn on kõrvalahelat moodustavad aminohapperadikaalid.

Peptiidirühma elektrooniline ja ruumiline struktuur mängib olulist rolli peptiidide ja valkude bioloogiliste funktsioonide avaldumisel:

P-π konjugatsiooni olemasolu peptiidrühmas viib C-N sideme osalise kaksiksideme tekkeni, C-N peptiidsideme pikkus on 0,132 nm ja N-C α sideme pikkus on 0,147 nm. C-N üksikside peptiidides on ligikaudu 40% kaksikside ja C=O kaksikside on ligikaudu 40% üksikside. See asjaolu toob kaasa kaks olulist tagajärge:

1) peptiidsideme iminorühmal (–NH–) ei ole märgatavalt väljendunud prootoni eemaldamise või lisamise võimet;

2) C–N sideme ümber ei toimu vaba pöörlemist.

C-N sideme osaline kaksikside tähendab, et peptiidrühm on peptiidahela lame osa. Peptiidirühmade tasapinnad asuvad üksteise suhtes nurga all:

Pöörlemine on võimalik C – C α ja N – C α sidemete ümber, kuigi seda piirab radikaalide suurus ja olemus, mis võimaldab polüpeptiidahelal omandada erinevaid konfiguratsioone.

Peptiidside on ainus kovalentne side, mille kaudu on aminohappejäägid omavahel seotud, moodustades valgu molekuli selgroo.

Peptiidsidemed paiknevad tavaliselt trans-konfiguratsioonis, s.o. α-süsiniku aatomid asuvad peptiidsideme vastaskülgedel. Selle tulemusena paiknevad aminohapete kõrvalradikaalid ruumis üksteisest kõige kaugemal.

Peptiidide nomenklatuur

Polüpeptiidi nimetamisel lisatakse kõigi aminohappejääkide nimetusse sufiks - peale viimase. muda, terminaalsel aminohappel on lõpp - sisse. Näiteks peptiidil met-asp-val-pro on täisnimi metioon muda spargel muda võll muda prol sisse.

Peptiidide happe-aluselised omadused

Paljud lühikesed peptiidid on saadud puhtal kristalsel kujul. Nende kõrged sulamistemperatuurid näitavad, et peptiidid kristalliseeruvad neutraalsetest lahustest dipolaarsete ioonide kujul. Kuna ükski peptiidsidemete moodustamises osalev α-karboksüülrühm ega ükski α-aminorühm ei saa ioniseerida pH vahemikus 0 kuni 14, määrab peptiidide happe-aluse omadused vaba NH2 rühma. N-otsa jäägi ja peptiidi C-otsa jäägi vaba karboksüülrühma ja need R-rühmad, mis on võimelised ioniseerima. Pikkades peptiidahelates on ioniseeritud R-rühmade arv tavaliselt suur võrreldes peptiidi terminaalsete jääkide kahe ioniseeritud rühmaga. Seetõttu käsitleme peptiidide happe-aluse omaduste iseloomustamiseks lühikesi peptiide.

Vaba α-aminorühm ja vaba terminaalne karboksüülrühm peptiidides on eraldatud palju suurema vahemaaga kui lihtsates aminohapetes ja seetõttu nõrgeneb nendevaheline elektrostaatiline interaktsioon. Peptiidide terminaalsete karboksüülrühmade pK väärtused on veidi kõrgemad ja terminaalsete α-aminorühmade puhul mõnevõrra madalamad kui vastavates vabades aminohapetes. Lühikeste peptiidide ja vastavate vabade aminohapete R-rühmade puhul ei erine pK väärtused märgatavalt.

Et määrata pH piirkonda, milles uuritava lühikese peptiidi isoelektriline punkt võib paikneda, piisab vabade aminorühmade arvu ja vabade karboksüülrühmade, sealhulgas N- ja C-terminaalsete rühmade arvu võrdlemisest. Kui aminorühmade arv ületab karboksüülrühmade arvu, asub peptiidi isoelektriline punkt leeliselises pH piirkonnas, kuna leelis on vajalik aminorühmade protoneerumise vältimiseks. Kui karboksüülrühmade arv ületab aminorühmade arvu, on isoelektriline punkt happelises pH piirkonnas, kuna happeline keskkond pärsib karboksüülrühmade dissotsiatsiooni.

Polüpeptiidahelas olevad aminohapped on seotud amiidsidemega, mis moodustub ühe aminohappe α-karboksüülrühma ja järgmise aminohappe α-aminorühma vahel (joonis 1). Aminohapete vahel tekkinud kovalentset sidet nimetatakse peptiidside. Peptiidirühma hapniku- ja vesinikuaatomid hõivavad trans-positsiooni.

Riis. 1. Peptiidsideme moodustumise skeem.Igas valgus või peptiidis saab eristada: N-ots valk või peptiid, millel on vaba α-aminorühm (-NH2);

C-otsmillel on vaba karboksüülrühm (-COOH);

Peptiidi selgroogkorduvatest fragmentidest koosnevad valgud: -NH-CH-CO-; Aminohappe radikaalid(külgmised ketid) (R 1 Ja R 2)- muutuvad rühmad.

Polüpeptiidahela lühendatud tähistus, samuti valkude süntees rakkudes, algab tingimata N-otsaga ja lõpeb C-otsaga:

Peptiidis sisalduvate ja peptiidsideme moodustavate aminohapete nimedel on lõpud -il. Näiteks ülaltoodud tripeptiidi nimetatakse treonüül-histidüül-proliin.

Ainus muutuv osa, mis eristab ühte valku kõigist teistest, on selles sisalduvate aminohapete radikaalide (külgahelate) kombinatsioon. Seega määravad valgu individuaalsed omadused ja funktsioonid polüpeptiidahela aminohapete struktuur ja vaheldumise järjekord.

Erinevate kehavalkude polüpeptiidahelad võivad sisaldada mitmest aminohappest kuni sadade ja tuhandete aminohappejääkideni. Nende molekulmass (mol.mass) on samuti väga erinev. Seega koosneb hormoon vasopressiin 9 aminohappest, ütlevad nad. mass 1070 kDa; insuliin - 51 aminohappest (2 ahelas), mol. mass 5733 kDa; lüsosüüm - 129 aminohappest (1 ahel), mol. mass 13 930 kDa; hemoglobiin - 574 aminohappest (4 ahelat), mol. mass 64 500 kDa; kollageen (tropokollageen) - ligikaudu 1000 aminohapet (3 ahelat), mol. mass ~130 000 kD.

Valgu omadused ja funktsioon sõltuvad aminohapete struktuurist ja vaheldumise järjekorrast ahelas, aminohapete koostise muutmine võib neid oluliselt muuta. Seega on hüpofüüsi tagumise osa 2 hormooni - oksütotsiin ja vasopressiin - nanopeptiidid ja erinevad 2 aminohappest 9-st (positsioonides 3 ja 8):

Oksütotsiini peamine bioloogiline toime seisneb emaka silelihaste kontraktsiooni stimuleerimises sünnituse ajal ning vasopressiin põhjustab vee reabsorptsiooni neerutuubulites (antidiureetiline hormoon) ja omab vasokonstriktoreid. Seega, vaatamata suurele struktuurilisele sarnasusele, on nende peptiidide füsioloogiline aktiivsus ja sihtkuded, millele nad toimivad, erinevad, s.t. vaid 2 aminohappe asendamine 9-st põhjustab peptiidi funktsiooni olulist muutust.

Mõnikord põhjustab väga väike muutus suure valgu struktuuris selle aktiivsuse pärssimist. Seega koosneb ensüüm alkoholdehüdrogenaas, mis lagundab inimese maksas etanooli, 500 aminohappest (4 ahelas). Selle aktiivsus Aasia piirkonna (Jaapan, Hiina jne) elanike seas on palju madalam kui Euroopa elanike seas. See on tingitud asjaolust, et ensüümi polüpeptiidahelas asendatakse glutamiinhape positsioonis 487 lüsiiniga.

Valkude ruumilise struktuuri stabiliseerimisel on suur tähtsus aminohapperadikaalide vastastikmõjudel, eristada saab 4 tüüpi keemilisi sidemeid: hüdrofoobsed, vesinik-, ioon-, disulfiidsidemed.

Hüdrofoobsed sidemed tekivad mittepolaarsete hüdrofoobsete radikaalide vahel (joonis 2). Nad mängivad juhtivat rolli valgu molekuli tertsiaarse struktuuri moodustamisel.

Riis. 2. Hüdrofoobsed vastasmõjud radikaalide vahel

Vesiniksidemed- moodustuvad liikuva vesinikuaatomiga polaarsete (hüdrofiilsete) laenguta radikaalide ja elektronegatiivse aatomiga (-O või -N-) rühmade vahel (joonis 3).

Ioonsed sidemed moodustuvad polaarsete (hüdrofiilsete) ionogeensete radikaalide vahel, millel on vastupidiselt laetud rühmad (joonis 4).

Riis. 3. Aminohapperadikaalide vahelised vesiniksidemed

Riis. 4. Ioonside lüsiini ja asparagiinhappe radikaalide vahel (A) ja ioonsete interaktsioonide näited (B)

Disulfiidside- kovalentne, moodustub kahest polüpeptiidahela erinevates kohtades paiknevatest tsüsteiiniradikaalide sulfhüdrüül- (tiool) rühmast (joonis 5). Leidub sellistes valkudes nagu insuliin, insuliiniretseptor, immunoglobuliinid jne.

Disulfiidsidemed stabiliseerivad ühe polüpeptiidahela ruumilist struktuuri või seovad kokku kaks ahelat (näiteks hormooninsuliini ahelad A ja B) (joonis 6).

Riis. 5. Disulfiidsideme teke.

Riis. 6. Disulfiidsidemed insuliini molekulis. Disulfiidsidemed: sama ahela tsüsteiinijääkide vahel A(a) kettide vahel A Ja IN(b). Numbrid näitavad aminohapete asukohta polüpeptiidahelates.

Iga inimene on "ehitatud" valkudest. Sõltumata soost, vanusest või rassist. Ja kõigi valkude struktuuriüksus on aminohapped, mis on üksteisega ühendatud spetsiaalse sidemega. See on nii oluline, et see sai isegi eraldi nime - peptiidside.

Aminohapete seostel võivad olla erinevad nimed sõltuvalt sellest, kui palju "ehitusplokke" need sisaldavad. Kui kokku ei tule rohkem kui 10 aminohapet, siis on need peptiidid, kui 10 kuni 40, siis räägime polüpeptiidist ja kui aminohappe telliseid on rohkem kui nelikümmend, siis on see valk, selle struktuuriüksus. meie keha.

Kui rääkida teooriast, siis peptiidsideme struktuur on ühendus ühe aminohappe α-aminorühma (–NH 2) ja teise aminohappe α-karboksüülrühma (–COOH) vahel. Selliste ühendite reaktsioonidega kaasneb veemolekulide vabanemine. Sellel põhimõttel on ehitatud kõik valgud ja seega ka iga inimene.

Kui rääkida kogu loodusest, siis selles leidub umbes 300 aminohapet. Valgud koosnevad aga ainult 20 α-aminohappest. Ja vaatamata nii väikesele arvule on seal erinevaid valke, mis on tingitud aminohapete erinevast järjestusest neis.

Aminohapete endi omadused määrab radikaal R. See võib olla rasvhappejääk ja sisaldada aromaatset ringi või heterotsükleid. Sõltuvalt sellest, milliste aminohapetega koos radikaalidega valk moodustati, näitab see teatud füüsikalisi omadusi, samuti keemilisi omadusi ja füsioloogilisi funktsioone, mida see inimkehas täidab.

Peptiidsideme omadused

Peptiidsideme omadused määravad selle unikaalsuse. Nende hulgas on:

Peab ütlema, et kõigist eluks vajalikest aminohapetest sünteesib osa meie keha üsna edukalt ise.

Ühe klassifikatsiooni järgi nimetatakse neid mitteolulisteks aminohapeteks. Ja on veel 8 muud, mis ei saa tekkida inimkehas muul viisil kui toidu kaudu. Ja kolmas rühm on väga väike, ainult 3 nimetust: arginiin, histidiin ja türosiin. Põhimõtteliselt tekivad need siin, aga kogus on nii väike, et ilma kõrvalise abita ei saa hakkama. Neid nimetati osaliselt asendamatuteks. Huvitav fakt on see, et taimed toodavad kõiki neid aminohappeid ise.

Valkude roll organismis

Ükskõik, millise organi või koe teie kehas nimetate, on see valmistatud valgust. Need on osa südamest, verest, lihastest ja neerudest. Inimesi on umbes viis miljonit erinevat tüüpi ja massi järgi väljendatakse seda 15-20%.

Ükski protsess inimestel ei toimu ilma valkude osaluseta. Nende hulka kuuluvad ainevahetusprotsessid, toidu seedimine ja energiaprotsessid. Väga erinevate valkude abil suudab ka immuunsüsteem organismi korralikult kaitsta ning süsivesikud, rasvad, vitamiinid ja mikroelemendid imenduvad inimese poolt vastavalt vajadusele.

Meie kehas olevad valgud on pidevalt "liikumises". Mõned neist lagunevad aminohappelisteks tellisteks, teised moodustuvad samadest tellistest, moodustades elundite ja kudede struktuuri. Toitu süües tasub arvestada, et oluline pole mitte ainult tarbimise fakt, vaid toodete kvaliteediomadused. Enamik aminohappeid, mis pärinevad peamiselt “valest” toidust, erituvad meist lihtsalt ilma kinni jäämata. Ja kui sel viisil lähevad kaduma paljud eriti olulised valgud, näiteks insuliin või hemoglobiin, siis võivad tervisekaod olla korvamatud.

Mõned valivad moeröögatusdieedid ebapiisava valgutarbimise tõttu. Esiteks hakkab kaltsium halvasti imenduma. See tähendab, et luud muutuvad rabedaks ja algab lihaskoe atroofia protsess. Siis, mis on tüdrukute jaoks eriti ebameeldiv, hakkab nahk kooruma, küüned katkevad pidevalt ja juuksed kukuvad tükkidena välja.

Peptiidid– need on looduslikud või sünteetilised ühendid, mille molekulid on üles ehitatud aminohappejääkidest, mis on omavahel seotud peptiidsidemetega (peptiidsild), sisuliselt amiidsidemetega.

Peptiidimolekulid võivad sisaldada mitteaminohappelist komponenti. Peptiide, milles on kuni 10 aminohappejääki, nimetatakse oligopeptiidid(dipeptiidid, tripeptiidid jne) Peptiidid, mis sisaldavad rohkem kui 10 kuni 60 aminohappejääki, klassifitseeritakse järgmiselt: polüpeptiidid. Nimetatakse looduslikke polüpeptiide, mille molekulmass on üle 6000 daltoni valgud.

Nomenklatuur

Peptiidi aminohappejääki, mis kannab α-aminorühma, nimetatakse N-lõpp, mis kannab vaba -karboksüülrühma – C-terminal. Peptiidi nimi koosneb triviaalsete aminohapete nimetuste loendist, mis algab N-terminaalsest. Sel juhul muutub järelliide "in" kõigi aminohapete jaoks, välja arvatud C-terminaalne.

Näited

Glütsüülalaniin või Gly-Ala

b) alanüül-serüül-aspargüül-fenüülalanüül-glütsiin

või Ala – Ser – Asp – Phe – Gly. Siin on alaniin N-otsa aminohape ja glutamiin C-otsa aminohape.

Peptiidide klassifikatsioon

1. Homomeerne – hüdrolüüsil tekivad ainult aminohapped.

2. Heteromeerne– hüdrolüüsi käigus tekivad lisaks α-aminohapetele ka mitteaminohappelisi komponente, näiteks:

a) glükopeptiidid;

b) nukleopeptiidid;

c) fosfopeptiidid.

Peptiidid võivad olla lineaarsed või tsüklilised. Nimetatakse peptiide, milles aminohappejääkide vahelised sidemed on ainult amiid (peptiid). homogeenne. Kui lisaks amiidrühmale on ester-, disulfiidrühmi, nimetatakse peptiide heterogeenne. Hüdroksüaminohappeid sisaldavaid heterodeetilisi peptiide nimetatakse peptoliidid. Peptiide, mis koosnevad ühest aminohappest, nimetatakse homopolüaminohapped. Neid peptiide, mis sisaldavad identseid korduvaid piirkondi (ühest või mitmest aminohappejäägist), nimetatakse regulaarne. Heteromeerseid ja heterogeenseid peptiide nimetatakse depsipeptiidid.

Peptiidsideme struktuur

Amiidides on süsinik-lämmastik side osaliselt kaksiksidemega tänu lämmastikuaatomi NPE p,-konjugatsioonile ja karbonüüli -sidemele (C-N sideme pikkus: amiidides - 0,132 nm, amiinides - 0,147 nm), seetõttu on amiidrühm tasapinnaline ja trans-konfiguratsiooniga. Seega on peptiidahel amiidrühma tasapinnaliste fragmentide ja vastavate aminohapete süsivesinikradikaalide fragmentide vaheldumine. Viimases ei ole keerlemine ümber lihtsate sidemete keeruline, mille tulemusena tekivad erinevad konformeerid. Peptiidide pikad ahelad moodustavad α-heeliseid ja β-struktuure (sarnaselt valkudele).

Peptiidide süntees

Peptiidsünteesi käigus peab tekkima peptiidside ühe aminohappe karboksüülrühma ja teise aminohappe amiinrühma vahel. Kahest aminohappest saab moodustada kaks dipeptiidi:

Ülaltoodud diagrammid on formaalsed. Näiteks glütsüülalaniini sünteesimiseks on vaja läbi viia vastavad lähteaminohapete modifikatsioonid (seda sünteesi selles juhendis ei käsitleta).