Вопрос 5. Строение пептидов, белков и их функции

До середины прошлого века считалось, что пептиды не являются самостоятельным классом соединений, а продукты неполного гидролиза белков. В 1953 году В. Дю Виньо определил последовательность остатков аминокислот 2 гормонов гипофиза – окситоцина и вазопрессина – произвел их синтез химическим путем. Сегодня обнаружено много пептидов, которые обладают индивидуальной последовательностью а.к. и не встречаются в гидролизатах природных белков. Пептиды имеют невысокую молекулярную массу, широкий набор а.к. Название их по а.к. путем перечисления начиная с NH₂-концевого остатка с добавлением суффикса – ил, кроме С-концевой аминокислоты, название которой без изменения: аланилвалилсерин. В природу есть 2 вида пептидов. Один синтезируется и выполняет физиологическую роль в процессе жизнедеятельности организма, другой образуется за счет химического или ферментативного гидролиза в организме и вне его. Пептиды, образующиеся вне, используются для анализа аминокислотной последовательности белков. С их помощью расшифрована а.к. последовательность фермента лизоцима, гормона инсулина.

Ферментное образование пептидов происходит в ЖКТ человека после переваривания белков пищи: в желудке под действием пепсина, гастриксина, в кишечнике- трипсина, химитрипсина, амино и карбоксипептидаз. Завершается ди и трипептидазами до свободных а.к. При разрыве белка пепсином пептиды в качестве N-концевых а.к. содержат фенилаланин и тирозин, С-концевых – глутаминовую кислоту, метионин, цисциин, глицин. Под действием трипсина С-концевые аргинин и лизин. Т.е. гидролиз обеспечивает структуру радикалов концевых а.к.

Для многих природных соединений установлена структура, разработаны методы аналдиза. Функциональная роль пептидов: вазоактивные, нейропептиды, гормоны, протекторы, антибиотики, вкусовые.

Пептиды – буферы – карнозин, ансерин, выполняют буферные ф-ции в мышцах животных и человека за счет имидазольного кольца гистидина, в них есть остаток бета аланина.

Гормоны – ваырабатываются клетками желез внутренней секреции и поступают в кровь для регуляции деятельности отдельных органов и организма в целом (окситоцин и вазопрессин задней доли гипофиза). Содержат 9 а.к. остатка, одну дисульфидную связь и на С-конце 0- амидную группу СОNH₂. Стимулируют сокращение гладкой мускулатуры организма и секреции молока железой. Гормоны гипоталамуса (тиролиберин трипептид) участвуют в процессе высвобождения гормонов передней доли гипофиза. Тиролиберин контролирует освобождение тиротропина, который принимает участие в регуляции деятельности поджелудочной железы. Соматостатин регулирует гормон роста соматотропин, люлиберин регулирует лютропин (гормон деятельности половых органов).Меланотропин выделяется в кровь промежуточной долей гипофиза. Одноцепочечный пептид стимулирует образование пигмента, обуславливающего цвет глаз, волос. Глюкаккон (поджелудочной)– ускоряет распад гликогена.

Нейропептиды – определяют реакции поведения (боязнь, страх), влияют на процессы запоминания, обучения, регулируют сон, снимают боль. Их называют эндорфинами и энкефалинами. Это производные бета-липотропного гормона гипофиза.

Вазоактивные – влияние на тонус сосудов: брадикинин, каллидин, ангиотензин. Первый содержит 9, 10, 8 а.к. Синтезируются из нейроактивных белков-предшественников посттрансляционной модификацией.

Токсины – вырабатываются микробами, ядовитыми грибами, пчелами, морскими моллюсками, скорпионами. Их 5, продуцируемых бактериями стафилакока и 7 клостридиум ботилинум. А.к. у них много 239-296. Могут стать причиной отравления при употреблении пищи. Ботулинические токсины относятся к наиболее сильнодействующим ядам и вызывают смертельные отравления при использовании овощей, приправ, рыбы, фруктов без обработки. Энтеротоксины вырабатываются и сальмонеллой бактерией – лихорадка, бледная поганка содержит 10 циклических пептидов с массой 1000 Да Альфа-аманитин особо ядовит. Яд пчел влияние на ЦНС.

Антибиотики- грамицидин бактериальный бацилус бревис, сурфактин из б. субтилиус. Борьба с инфекциями стрептококковыми и пневмококавыми. Грамицидин может переносить ионы натрия и калия через мембраны клеток (ионофором).

Вкусовые пептиды – как подсластители, усилители вкуса – аспартам –эфир метиловый Л-альфааспартил Л- фенилаланина. В 180 раз сладче сахарозы. Образуются при распаде белков в сырах, молоке при участии протеаз молочно-кислых бактерий. Это низкомолекулярные гидрофобные соединения 2-8 а.к.

Протекторные пептиды – глутатион – трипептид (гаммаглутамилцисцеинглицин). Везде есть, но больше в дрожжах и зародышах пшеницы. Предохраняет свободные радикалы SH группы от окисления. Принимает действие окислителя, защищая белки (аскорбиновую кислоту), в транспорте а.к. через мембраны, обезвреживает соединения ртути, ароматические углеводы, перекисные соединения, предотвращает заболевания костного мозга, катаракты глаз. Восстановленная форма муки из проросшего зерна понижает упругие свойства клейковины и ухудшает качество хлеба.

Пептиды массой более 5000Да и выполняющие ту или иную функцию называют белками.

Первичная структура – полипептидная цепь и положение дисульфидных мостиков. Последовательность а.к. в цепи реализуется за счет пептидной связи, которая имеет частично двойной характер (1,32А), двойная – 1,27, одинарная 1,49. А это промежуточный характер. Многие белки состоят из нескольких полипептидных цепей, соединенных дисульфидными мостиками S-S между двумя остатками цистеина в одной цепи. Для определения структуры разрывают дисульфидные связи, затем определяют аминокислотный состав N- и С- концевую а.к. и порядок соединения. Разрыв – окислителем (надмуравьиной кислотой) или восстановителем. Состав а.к. определяют после гидролиза в 6Н НCL при 110 ⁰С в течение 24 ч в вакууме. Порядок соединения определяют химически и ферментативно.

Вторичная структура. Полипептидная цепь не лежит в одной плоскости, а альфа спирали благодаря водородным связям между водородом ковалентно связанным и кислородом, азотом отрицательно заряженным. Бета конформация фибриллярных белков – ряд листков. В образовании связей участвуют и электростатические и гидрофобные связи, но их энергия мала. Благодаря им образуются комплексы – фермент-субстрат, антиген-антитело, репрессор-ДНК. Электростатические связи образуются между противоположено заряженными полярными группами, гидрофобные – скопление заряда, обусловленного выталкиванием воды из пространства при близком взаимном расположении неполярных групп. Регулярную вторичную структуру образуют водородные связи.

Третичная. Изгибы в пространстве обусловлены присутствием а.к валин. В изгибах отсутствует спирализованная структура. Общий признак пространственного расположения – локализация гидрофобных групп внутри молекулы, гидрофильных на поверхности.

Многие имеют четвертичную – комбинация субъединиц с одинаковой первичной или разной первичной, вторичной, третичной структурой. Субъединицы соединены нековалентными связями. (ЛДГ).