Модификация аминокислот 9
1.3 Модификация аминокислот
Некоторые радикалы аминокислот подвергаются химическим изменениям уже после синтеза белковой молекулы (т.н. посттрансляционная модификация). Пример: гидроксилирование пролина и лизина в молекуле коллагена при участии витамина C (недостаток витамина С именно поэтому вызывает цингу).
Производные аминокислот выполняют функции нейромедиаторов: серотонин (образуется из аминокислоты триптофан), адреналин и дофамин (из тирозина), ацетилхолин (из серина), ГАМК (из глутаминовой кислоты).
1.4Ионизация аминокислот
Всвободных аминокислотах при нейтральных значениях pH (около 7) карбоксильная группа депротонирована и имеет отрицательный заряд (—COO–, проявляет свойства кислот, т.е. отдаёт протон), а аминная группа — положительный (—NH3+, проявляет свойства оснований, т.е. принимает протон) (см. Рис. 2 ). Аминокислоты, не имеющие заряженных радикалов, находятся в нейтральном растворе в форме цвиттерионов (т.е. не заряжены за счет того, что отрицательный заряд карбоксильной группы скомпенсирован положительным зарядом аминной группы).
Рис. 2. Ионизация амино-
кислоты при pH = 7.
1.5Пептидная связь
Вбелках аминокислотные остатки связаны между собой с помощью пептидных связей (разновидность ковалентных амидных связей) (см. Рис. 3 ), в образовании которых участвуют карбоксильная группа одной аминокислоты и аминогруппа другой (см. Рис. 4 ▼). Радикалы аминокислот, как правило, не принимают участие в образовании пептидных связей, однако есть и исключения. Пример: пептид глутатион имеет пептидную связь между аминогруппой цистеина и карбоксильной группой боковой цепи глутамата.
Пептидная группа имеет плоский жёсткий характер, обусловленный свойствами самой пептидной связи (вращение вокруг связи C—N затруднено). Эта особенность определяет трехмерную структуру пептидов и белков (см. Рис. 5 ▼).
Рис. 3. Пептидная связь.
10 |
Глава 1 |
Аминокислоты и белки |
Рис. 4. Образование пептидной связи между двумя аминокислотами.
Рис. 5. Пептидная группа. Длина химических связей выражена в ангстремах (Å), а углы — в градусах.
Длина пептидной связи C—N на 0,13 Å1 короче длины простой ковалентной связи C—N. Иными словами, пептидная связь имеет характер «полудвойной» ковалентной связи.
Конформация и торсионные углы полипептидного скелета стерически фиксированы, поскольку вращение вокруг связей Cα—C2 и Cα—N привело бы к чрезмерному сближению атомов амидного водорода, карбонильного кислорода или радикала (см. Рис. 6 ▼).
1Ангстрем — единица измерения расстояний. 1 Å = 1,0 × 10–10 м = 0,1 нм
2Cα — α-атом углерода в молекуле аминокислоты (атом, с которым связана амино- и карбоксильная группа).
Рис. 6. Торсионные углы полипептидного ске-
лета. На рисунке показаны две плоские пептидные группы. Вращение возможно только относительно связей Cα—C (ψ) и Cα—N (φ). Углы этого вращения обозначены как φ и ψ.
Пептиды и белки 11
1.6Пептиды и белки
Различают пептиды и белки:
первые, как правило, имеют от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков в цепи и не способны выполнять ряд функций белков;
белки имеют от нескольких десятков и более аминокислотных остатков в цепи и выполняют самые разнообразные функции в организме человека. Кроме того, белки часто называют полипептидами, и это не ошибка. Важно помнить, что полипептид — соединение, состоящее из аминокислотных остатков, связанных между собой пептидными связями, поэтому не все полипептиды
— белки. Примеры физиологически важных пептидов: окситоцин и вазо-
прессин, глутатион.
Окситоцин и вазопрессин — пептидные гормоны, синтезируемые в гипоталамусе. Они состоят из 9 аминокислот и имеют схожую аминокислотную последовательность (лишь 2 аминокислоты из 9 различаются) и имеют разное физиологическое действие.
1.7 Функции белков
Белки выполняют множество различных функций:
1.Каталитическая: белки, катализирующие химические реакции, называют
ферментами. Примеры:
—Гидролазы расщепляют макромолекулы до простых соединений.
—Протеазы расщепляют белки.
—Полимеразы синтезируют полинуклеотидные цепи (ДНК и РНК).
—Киназы фосфорилируют сахара и белки.
2.Защитная: белки участвуют в иммунных реакциях и защищают организм от чужеродных вторжений или служат средством нападения:
—Токсины, содержащиеся в змеином яде, парализуют нервную систему добычи.