Пептиди та первинна структура білка

пептидів і ПЕРВИННА СТРУКТУРА БІЛКА

ЗМІСТ

ВСТУП

ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД

1.1Поняття пропептидах. Їх будова

1.2Номенклатурапептидів

1.3Основний принциппептидного синтезу

1.4Експериментальніметоди створення пептидного зв'язку

1.5Первинна структурабілка

1.6Експериментальневизначення первинної структури білка

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

Пептиди та білкиявляють собою високомолекулярні органічні сполуки, побудовані ззалишків О±-амінокислот, з'єднаних між собою пептидними зв'язками.

Жоден з відомих намживих організмів не обходиться без білків. Білки служать поживою,вони регулюють обмін речовин, виконуючи роль ферментів - каталізаторів обмінуречовин, сприяють переносу кисню по всьому організму і його поглинанню,відіграють важливу роль у функціонуванні нервової системи, є механічноюосновою м'язового скорочення, беруть участь у передачі генетичної інформації іт.д. Як видно, функції білків в природі універсальні. Білки входять до складумозку, внутрішніх органів, кісток, шкіри, волосяного покриву і т.д. Основнимджерелом О± - амінокислот для живого організму служать харчові білки,які в результаті ферментативного гідролізу в шлунково-кишковому тракті даютьО± - амінокислоти. Пептиди та білки розрізняють залежно від величинимолекулярної маси. Умовно вважають, що пептиди містять в молекулі до 100(Відповідає молекулярній масі до 10000), а білки - понад 100 амінокислотнихзалишків (молекулярна маса від 10000 до декількох мільйонів). При цьому впептидах розрізняють олігопептиди, які містять у ланцюзі не більше 10 амінокислотнихзалишків, і поліпептиди, що містять до 100 амінокислотних залишків.

ЛІТЕРАТУРНИЙОГЛЯД

1.1Поняття про пептидах. Їх будова

Пептиди- Це цепочечние молекули, що містять від двох до ста залишків амінокислот,з'єднаних між собою амідних (пептидними) зв'язками.

Рис.1 Будова пептиду

ТермінВ«ПептидиВ» був запропонований відомим хіміком Емілем Фішером (1852-1919 рр..). Словоутворене з перших чотирьох букв назви пептони (продукти розщеплення білківпепсином) і кінцевих літер назви вуглеводів полісахариди.

Зарозміром молекули і своїми властивостями пептиди стоять між високомолекулярними білкамиі амінокислотами. Найбільш поширені лінійні пептиди, однак відомітакож циклічні пептиди, молекули яких можуть мати різні розміри.Циклічні пептиди утворюються з лінійних, коли пептидна зв'язок пов'язуєаміно-та карбоксильну функцію N-іС-кінцевих амінокислот.

Полінг іКорі в 1951 р. показали за допомогою рентгеноструктурного аналізу амінокислот,амідів амінокислот і простих лінійних пептидів, що пептидна зв'язок С-Nвкорочена в порівнянні з нормальною простий зв'язком (рис. 2).

Рис. 2.Середні відстані між атомами (нм), створюючими пептидних зв'язок і кути міжзв'язками.

Внаслідокмезомеріі виходять дві стійкі плоскі конформації, транс (1) і цис (2),при утрудненому вільному обертанні близько зв'язку С-N:

Рис.3транс (1) і цис (2) пептиди

В2,5-дікетопіперазінах, найпростіших циклічних пептидах, побудованих із двохамінокислот, є цис-пептидні зв'язки. Циклічні трипептиди можутьіснувати без напруги також тільки з трьома цис-пептидними зв'язками.Оскільки пролін і саркозін не володіють можливістю стабілізаціїтранс-пептид зв'язку, то можна легко синтезувати циклічний трипептид -ціклотріпроліл. У нативних пептидах і білках переважає транс-пептидний зв'язок.У деяких білках були знайдені також і цис-пептидні зв'язку, при цьому восвіті пептидного зв'язку завжди брав участь пролін [1].

1.2 Номенклатурапептидів

По числуамінокислот, що містяться в пептиди, розрізняють ді-, три-, тетра-, пента-, ...,октановим, нона-, декапептид і т. д. Щоб уникнути проблеми, пов'язаної згрецької нумерацією довголанцюгових пептидів, Боданскі запропонував кількістьамінокислотних залишків пептиду позначати арабською цифрою і поміщати передсловом В«пептидВ». Наприклад, 7-пептид замість гептапептід, 10-пептид замістьдекапептид. Пептиди, в молекулах яких менше десяти амінокислотних залишків,формально ставляться до олігопептиди, пептиди, побудовані з більшого числаамінокислотних залишків (до - 100), - до поліпептидів. Різниця міжполіпептидами і білками (макропептідамі) надзвичайно проблематично. Історичносклалося так, що межею між поліпептидами і білками вважають з'єднання змолекулярною масою ~ 10 000, тобто складаються приблизно з 100 залишківамінокислот. Такий принцип класифікації заснований на здатності до діалізу черезприродні мембрани [2].

Згіднопринципам раціональної номенклатури, пептиди розглядають формально якаціламінокіслоти, причому амінокислоті, карбоксил якій бере участь в пептидноїзв'язку, надається закінчення-мул. Тому тільки С-кінцева амінокислота зберігаєсвоє первісне тривіальне назва. За пропозицією Бейлі, у формулахлінійних пептидів амінокислота з вільною аміногрупою називається N-кінцевийамінокислотою, в горизонтально зображеної пептидного ланцюга вона стоїть зліва.Амінокислота з вільною карбоксильною групою позначається як С-кінцеваамінокислота. Фромажо запропонував залишок, який несе сободную О±-аміногрупу,називати початковій амінокислотою, а відповідний залишок з вільноюкарбоксильної групою - кінцевої амінокислотою. Хоча ця пропозиція здаєтьсябільш простим, широке визнання отримала рекомендація Бейлі.

Число іпослідовність пов'язаних в пептид амінокислот називають первинноюструктурою. Для пептиду з відомою послідовністю формулу записують,з'єднуючи символи амінокислотних залишків рисками. Нарешті, розрізняютьвласне пептид, наприклад Ala-Ser-Asp-Phe - Gly і фрагмент-Ala-Ser-Asp-Phe-Gly-(З рисками при кінцевих амінокислотах). Якщо частина послідовностіпептиду ще не відома, то абревіатури відповідних амінокислот,розділені (комами) вказують в дужках:

Gly-Gly-Ala-Ser-Phe-(Tyr, Phe, Pro, Arg, Lys)-Val-Pro-Gly-Ala

1.3 Основнийпринцип пептидного синтезу

Освітапептидного зв'язку в разі дипептида є простим хімічним процесом.Дипептид формально виходить при відщеплення молекули води від аміно-ікарбоксильної груп двох амінокислот (рис. 4). Послідовне повторення цьогопроцесу, здавалося б, повинно привести до довгих пептидів і навіть до білків.Однак реалізація цього принципу можлива тільки в жорстких умовахнеконтрольованої реакції. Засновник пептидної і білкової хімії Е. Фішер у 1906р. писав: В«Якби сьогодні завдяки щасливому випадку за допомогою якоїсь жорсткоїреакції, наприклад при сплаву амінокислот в присутності водоотнимающихзасобів, вдалося отримати справжній білок і якщо б, що ще менш імовірно,можна було штучно створений продукт ідентифікувати з природним, тоце нічого не дало б ні для хімії білків, ні для біології В».

Рис.4Основний принцип пептидного синтезу

Освітапептидного зв'язку в м'яких умовах вдається лише при активуванні карбоксильногокомпонента однієї з амінокислот, яка вступає в реакцію (рис. 5).

Другаамінокислота В (амінокомпонент) атакує активоване карбоксильної компонентаминогруппой з утворенням пептидного зв'язку. Незахищена амінофункціякарбоксильного компонента А теж може реагувати, що призводить (рис. 5) донебажаним побічним продуктам - лінійним і циклічним пептидам. З цьоговипливає висновок, що для однозначного течії пептидного синтезу слід тимчасовоблокувати всі функціональні групи, що не беруть участь в утворенні пептидногозв'язку [3].

Рис.5Схема утворення пептидного зв'язку без захисту не беруть участь у реакціїфункціональних груп

Пептиднийсинтез, тобто утворення кожної пептидного зв'язку, є тому багатоступінчастимпроцесом. В першу черг...у отримують частково заміщені амінокислоти, при цьомувони одночасно втрачають цвиттер-іонну структуру. Другий ступінь, власнеосвіту пептидного зв'язку, протікає у дві стадії. Спочатку потрібно активуватиN-захищений карбоксильної компонент.Потім відбувається власне освіту пептидного зв'язку, яке протікає абоодноступінчатий (разом з активуванням), або послідовно в наступнустадію. На третьому ступені захисні групи селективно відщеплюються, причомуотримані частково захищені похідні дипептидов можуть використовуватися дляподальших синтезів як карбоксильні або амінокомпоненти. Само собоюзрозуміло, що в разі синтезу дипептида обидві захисні групи видаляютьсяодночасно. Пептидний синтез, далі, ускладнюється ще й тим, що з 20протеіногенних амінокислот 9 володіють ще третій функціональною групою,яка також вимагає селективного захисту. Це Ser, Thr, туг, Asp, Glu, Lys, Arg, His та Cys. Слід розрізняти тимчасові і постійні захиснігрупи. Тимчасові захисні групи служать для захисту кінцевих аміно-ікарбоксильних груп і повинні тому селективно отщепляться в присутностіпостійних захисних груп. Постійні захисні групи видаляються зазвичай тількипісля закінчення синтезу пептиду або ж іноді на стадії проміжного продукту.Активування карбоксильного компонента і наступне за ним освітупептидного зв'язку, тобто так звана реакція конденсації, в ідеальних умовахповинні протікати з високою швидкістю без рацемізації, без побічних реакцій і звисоким виходом при з'єднанні еквімолярних кількостей карбокси-іамінокомпонентов. На жаль, в даний час ще невідомо такого методуконденсації, який задовольняв би всім цим вимогам. Доводиться вибиратиз відносно великого набору методів підходящі варіанти у відповідності зіспецифічними цілями синтезу. Рішення залежить в кожному випадку від обраноїтактики синтезу, відповідно до якої для кожного відрізка синтезируемойпослідовності підбираються оптимальні методи конденсації. Набір методів,які застосовуються для практичного проведення синтезу пептидів, щодомалий у порівнянні з приблизно 130 описаними методами синтезу. На останнійступені пептидного синтезу відбувається відщеплення захисних груп. Оскількисинтез дипептиду з повним видаленням захисних груп проводиться досить рідко,набагато більше значення має селективну деблокування, тобто вибірковевідщеплення захисних груп N-кінцевийамінофункціі або ж С-кінцевий карбоксильної групи. Це питання знаходиться втісному зв'язку з загальним планом синтезу.

Підстратегією розуміють послідовність зв'язування амінокислотних компонентів впептид, причому слід розрізняти поступове нарощування і фрагментногоконденсацію. Отримання поліпептидів шляхом поступового нарощування ланцюгаважкоздійсненним при великих розмірах цільової молекули. У цих випадках великезначення набуває поділ об'єкта синтезу на окремі фрагменти зподальшим з'єднанням їх у поліпептид. Оптимальний вибір комбінації захиснихгруп і застосування відповідного методу конденсації для кожного відрізкаскладає предмет тактики пептидного синтезу.

Стратегічнумодифікацію поступового нарощування пептидів або білків являєрозроблений у 1963 р. Мерріфілд пептидний синтез на полімерних носіях.Незважаючи на сенсаційний успіх цього методу (синтез протікає в двофазноїсистемі і є возможіость його автоматизації), покладені на нього великіочікування досі повністю не справдилися.

1.4Експериментальні методи створення пептидного зв'язку

Освітапептидного зв'язку в загальному зводиться до відщеплення елементів води.

Для тогощоб зробити цю реакцію можливою і, більш того, забезпечити її високушвидкість і повноту, необхідно В«активуватиВ» карбоксильну групу. Такаактивація повинна зводитися до збільшення електрофільного карбонільного вуглецю [4].

Яклегко бачити, важлива роль у цьому випадку належить групі X ', яка в кінцевому рахункувизначає ефективність активації. Методи конденсації зазвичай і розрізняютьсяприродою групи X '.

Хлорангідріднийметод.

Хлорангідріднийметод, згадуваний в історичному нарисі, в даний час застосовуєтьсярідко, оскільки супроводжується рацемізації і утворенням побічних продуктів.Хлорангідриди виходять зазвичай обробкою похідних амінокислот і пептидівхлористим тіонілом або пятихлористого фосфору.

пептид молекула білок амінокислота

Азіднийметод.

Метод Т.Курціуса знаходить широке застосування в синтезі пептидів.

гідразидів виходять або прямимгндразінолізом ефірів захищених амінокислот або пептидів, або з захищенихгідразидів (-СО-NH - NH-Z-, - СО-NH іт. д.). Переклад в азиди здійснюється обробкою водним розчином нітритунатрію в кислому середовищі при -5 В° С або дією ізоамілнітріта або третбутілнітриту при -20 0 С в органічному розчиннику (модифікація Хонцляі Рудінгера 1961). Азиди можна отримувати і безпосередньо з ноос-похідних здопомогою днфенілфосфорілазіда N 3 PO (OC 2 H 5 ) z . вживаного як конденсується агента (зокрема,для отримання ціклопептідов).

Азіднийметод не вільний від недоліків Основна побічна реакція - перегрупуванняКурціуса:

Напрямокі ступінь протікання цієї перегрупування визначається структурою азиду таумовами реакції. Хоча при азідной конденсації рацемізації зведена до мінімуму,її не можна не враховувати, особливо при блоковому синтезі; в якості підставирекомендується використовувати не триетиламін-. а N-метілморфолін або N-етілдіізопропіламін.

Методангідридів.

Симетричніангідриди аціламінокіслот легко виходять обробкою останніх дициклогексенкарбодиимидомабо етоксіацетіленом наприклад:

Приреакції з амінокомпонентом утворюються пептиди

Метод вОстаннім часом використовується в твердофазном синтезі.

Більшпоширеним є застосування змішаних ангідридів, зокрема зпохідними вугільної кислоти, одержуваних за допомогою ізобутілхлоркарбоната (Р. Воган1951).

Швидкийступінчастий метод синтезу пептидів з використанням надлишку змішанихангідридів носить назву REMA-синтезу.До цієї групи методів можна віднести і синтез пептидів із застосуванням в якостіконденсується засоби 1-етоксікарбо иил-2-етокси-1 ,2-дигідрохінолін.

Перспективнітакож змішані ангідриди на основі похідних ацілоксіфосфонія отримує мі здопомогою дифеніл мул фосфор мул хлориду (C2H5O) 2POCl,тетра-етілпірофосфіта (C2Р5O) 2РООРО (OC2H5) 2 або діфенілфос-фініш хлориду (С Н) РОС1 Основні побічні процеси при їхвикористанні - це утворення уретанів або оксазолонов ідиспропорционирование

Методактивованих ефірів. Серед арільних активованих ефірів найбільш широківикористовуються п-нітрофеніловие (-ONр)(М. Боданскіі 1956), 2,4 дінітрофеніловие, про-ніт-рофеніловие іо-нітротіофеніловие, 2,4 * 5 тріхлорфеніловие (-ОТср), пентахлорфеніловие(-ОРср). Особливе значення набули недавно запропоновані Л. Кішфалудівисокореакціонноспособние пентафторфеніловие ефіри (-OPfp). Арилових ефіри цих типів виходять звичайно звідповідних фенолів за допомогою карбодііміда.

ВОстанніми роками велике поширення одержали активовані ефіри на основі похіднихгідроксиламіну і насамперед N-гідроксісукцінімідние ефіри, наприклад:

1.5Первинна структура білка

В кінці50-х-початку 60-х років було виявлено, що послідовність амінокислот убілках генетично детермінована. Послідовність нуклеотидів вДНК-речовині спадковості визначає комплементарну послідовністьнуклеотидів в РНК, а остання в свою чергу визначає послідовністьамінокислот у білку. Більш того, синтез усіх білків з відповіднихамінокислот має єдиний механізм.

Визначенняпослідов...ності амінокислот в білках становить інтерес по чотирьохпричин. По-перше, такі дані мають велике значення для з'ясуваннямолекулярної основи біологічної активності білка. Відомості пропослідовності амінокислот набувають особливу цінність при їх зіставленніз іншими хімічними і фізичними характеристиками. По-друге, вивченняпослідовності амінокислот в поєднанні з детальним аналізомпросторової структури необхідно для з'ясування тих принципів, на основіяких з поліпептидних ланцюгів формуються високоспецифічні тривимірні форми.При цьому послідовність амінокислот у білку служить сполучною ланкою міжгенетичною інформацією, закладеною в ДНК, і тривимірною структурою білка,що лежить в основі його біологічної активності. По-третє, зміни впослідовності амінокислот можуть призвести до порушення нормальної функціїбілка, а отже, і до відповідної хвороби. Зокрема, така важкахвороба, як серповидно-клітинна анемія, нерідко призводить до легальногорезультату, виникає в результаті заміни всею лише однією-єдиною амінокислотив одному-єдиному білку. Таким чином, визначення послідовностіамінокислот відноситься до нової галузі медицини-молекулярної патології.По-четверте, дані про послідовність амінокислот у білку можуть багаторозповісти про його еволюції. Справа в тому, що в неспоріднених білках ціпослідовності зовсім різні. Білки лише в тому випадку мають схожупослідовність амінокислот, якщо вони походять від спільногобілка-попередника, Отже, вивчення послідовностей амінокислотв білках дозволяє простежити еволюцію на молекулярному рівні.

1.6Експериментальне визначення первинної структури білка

Розглянемо,як можна визначити послідовність амінокислот в короткі пептиди.наступній послідовності:

Перш за все

Рис.

характеристикам.

20).

Рис.

Вперше

ДляЦей

Далі вхроматографії.

ВідЗалишокамінокислотний залишок.

Виявляється,положення.
методами.

ОстаннюПри цьому

Рис.

Описані

Аналізпослідовності амінокислот.

ВИСНОВКИ

Данаструктурі білків.

В роботі

Описано

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ