Пептиды и белки структура, классификация и физико-химические свойства

Тема: «Пептиды и белки: структура, классификация и физико-химические свойства»

Вопросы:

(глутатио ): структура, биологическая роль.

3.ислот ый и елоч ой гидролиз пептидов и белков.

4.арактеристика связей, участвую их в формирова ии структур белка.

5.Структуры белка: первич ая, вторич ая (α- спираль и β- складчатая структура, статистический клубок); их характеристика.

6.Третич аяструктурабелка:взаимодействия,стабилизирую иетретич ую структуру, формы. По ятие о це тре связыва ия, лига дах,

комплеме тар ости пептид ых цепей.

7.етвертич ая структура белка: типы связей, участвую их в ее формирова ии. По ятие об олигомерах, ко формациях белка.

8.изико-химические свойства белков: гидратация и растворимость,

ио изация, де атурация и ре атурация.

9. Особе ости структур миоглоби а и гемоглоби а. ормы гемоглоби а. 10.Слож ые белки: классификация, биологическая роль.

Теория

1. Пептиды. Электронное и пространственное строение пептидной связи.

Реакция полико де сации между ами огруппой и карбоксиль ой группой ами окислот приводит к образова ию полиамидов. Полиамиды,

образова ые α- ами окислотами - полипептиды, а связь -СО-NH- –

пептидная связь.

пептидная связь

Пептид, образова ый двумя ами окислотами, азывается дипептид,

тремя трипептид и.т.д. оличество ами окислот в составе пептидов может силь о варьировать. Пептиды, содержа ие до 10 ами окислот ых остатков,

азывают олигопептидами.

Полипептиды - пептиды, содержа ие более 10 ами окислот.

Белки - полипептиды, содержа ие более 50 ами окислот ых остатков.

Аминокислотные остатки – это мо омеры ами окислот, входя ие в состав полипептидов.

Ами окислот ый остаток, имею ий свобод ую ами огруппу,

азывают N-концевым и записывают слева пептид ой цепи, а имею ий свобод ую α-карбоксиль ую группу – С-концевым, и записывают справа.

Цепь повторяю ихся атомов –СН – СО – NH– в полипетид ой цепи азывается пептидным остовом.

Полипептид ая цепь имеет следую ий об ий вид:

вступает в сопряже ие с π-электро ами двой ой связи С=О. С позиций электро ого строе ия пептид ая группа представляет собой трехце тровую

представить с помо ью гра ич ых структур (I) и (II) или сме е ия электро ой плот ости в результате +M- и - M-эффектов групп NH и C=O

соответстве о (III).

служит причи ой затруд е ия вра е ия вокруг связи С-N (барьер вра е ия

составляет 63-84 кДж/моль). Таким образом, электро ое строе ие предопределяет достаточ о жесткую плоскую структуру пептид ой группы.

ак вид о из рис. 4.1, α-атомы углерода ами окислот ых остатков располагаются в плоскости пептид ой группы по раз ые сторо ы от связи С-

N, т. е. в более выгод ом тpа с- положе ии: боковые радикалы R

ами окислот ых остатков в этом случае будут аиболее удале ы друг от друга в простра стве.

Рис. 4.1. Плоскост ое расположе ие пептид ой группы -CO-NH- и α-атомов

углерода ами окислот ых остатков

2. Кислотный и щелочной гидролиз пептидов. Отдельные представители

пептидов: аспартам, глутатион.

Амид ые связи способ ы гидролизоваться как в кислой, так и

елоч ой среде. Пептиды и белки гидролизуются с образова ием либо более

коротких цепей - частичный гидролиз, либо смеси ами окислот (в ио ой форме) - полный гидролиз.

Обыч о гидролиз осу ествляют в кислой среде, так как в условиях елоч ого гидролиза м огие ами окислоты еустойчивы.

Аспартам - дипептид, состоя ий из остатков L-аспараги овой кислоты и метилового эфира L-фе илала и а, используется в качестве заме ителя сахара – изкокалорий ой пи евой добавки. Почти в 200 раз сла е сахарозы.

-аспартил-фе илала и а 1-метиловый эфир

Оди из аиболее распростра е ых представителей трипептидов –

глутатион - содержится в орга изме всех живот ых, в расте иях и бактериях.

-глутамилцистеи илглци ( -Glu-Cys-Gly)

И формация о первич ой структуре ормаль ого и мута т ого белка может быть полез а для диаг остики и прог озирова ия развития заболева ия.

4. Вторичная структура белков (α- спираль и β- складчатая структура);

стабилизация в пространстве.

Вторич ая структура белков это простра стве ая структура,

образую аяся в результате взаимодействий между фу кцио аль ыми

группами, входя ими в состав пептид ого остова. При этом пептид ые цепи могут приобретать регуляр ые структуры двух типов: α-спираль и β-

складчатая структура.

Простра стве ое расположе ие α-спирализова ой полипептид ой цепи мож о представить, вообразив, что о а обвивает екий

Рис. 4.2. α-Спираль ая ко формация полипептид ой цепи

цили др (см. рис. 4.2, б). На оди виток спирали в сред ем приходится 3,6

ами окислот ого остатка, шаг спирали составляет 0,54 м, диаметр - 0,5 м.

Плоскости двух сосед их пептид ых групп располагаются при этом под углом 108°, а боковые радикалы ами окислот аходятся а аруж ой сторо е спирали, т. е. аправле ы как бы от поверх ости цили дра.

Ос ов ую роль в закрепле ии такой ко формации цепи играют водород ые связи, которые в α-спирали образуются между карбо иль ым атомом кислорода каждого первого и атомом водорода NН-группы каждого пятого ами окислот ого остатка.

м огих других белках доля спираль ых участков в цепи может быть ебольшой.

Другим видом вторич ой структуры полипептидов и белков является

β-структура, азываемая также складчатым листом, или складчатым слоем. В складчатые листы укладываются вытя утые полипептид ые цепи,

связываемые м ожеством водород ых связей между пептид ыми группами этих цепей (рис. 4.3). Во м огих белках од овреме о содержатся α-

спираль ые и β-складчатые структуры.

Рис. 4.3. Вторич ая структура полипептид ой цепи в виде складчатого листа

(β-структура)

5. Третичная структура белков; взаимодействия, стабилизирующие

третичную структуру.

Это трехмер ая простра стве ая структура, образую аяся за счет взаимодействий между радикалами ами окислот, которые могут располагаться а з ачитель ом расстоя ии друг от друга в полипептид ой цепи.

При укладке полипептид ая цепь белка стремится при ять

э ергетически выгод ую ко формацию. Если белок растворим в воде,

гидрофоб ые радикалы ами окислот объеди яются в утри глобулы. Между

располагаются а поверх ости белковой молекулы.

Но в утри гидрофоб ого ядра могут оказаться и гидрофиль ые группы пептид ого остова. Эти гидрофиль ые группы взаимодействуют друг с

другом с помо ью ио ых и водород ых связей. М ожество водород ых

связей, которые формировались е ё в моме т образова ия вторич ой

( апример, белки мембра ), о имеет обрат ое устройство: гидрофиль ые

карбоксиль ыми группами радикалов аспараги овой и глутами овой кислот и положитель о заряже ыми группами радикалов лизи а, арги и а и гистиди а.

2)Водород ые воз икают между гидрофиль ыми езаряже - ыми группами (такими как ОН, СОNH2, SH.)

3)Дисульфид ые связи образуются за счет взаимодействия SH-групп двух остатков цистеи а, которые могут аходиться далеко друг от друга в ли ей ой первич ой структуре белка. Но при формирова ии третич ой структуры о и сближаются и образуют проч ое связыва ие радикалов

ковале т ой S S связью. Больши ство в утриклеточ ых белков е

имеют дисульфид ых связей. Од ако в белках, секретируемых клеткой во в еклеточ ое простра ство, эти связи распростра е ы и, возмож о, име о

о и стабилизируют ко формацию белков в е клетки, и предотвра ают их де атурацию. таким белкам от осят и сули и имму оглобули ы.

Рис. 4.4. Типы связей, воз икаю их между радикалами ами окислот при формирова ии третич ой структуры белка. 1 - ио ые связи; 2 - водород ые связи; 3 - гидрофоб ые связи; 4 - дисульфид ые связи.

6. Установление аминокислотного состава белков с помощью современных

физико-химических методов.

Уста овле ие первич ой структуры белков включает 2 ос ов ых

этапа:

Кислотный гидролиз белка.

Для определе ия ами окислот ого состава еобходимо провести разруше ие всех пептид ых связей в белке. А ализируемый белок гидролизуют в 6 мол/л НС1 при температуре около 110 °С в тече ие 24 ч. В

результате такой обработки разрушаются пептид ые связи в белке, а в гидролизате присутствуют только свобод ые ами окислоты. роме того,

глутами и аспараги гидролизуются до глутами овой и аспараги овой кислот (т.е. разрывается амид ая связь в радикале и от их от епляется ами огруппа).

( апример, остатки сульфо овой кислоты -SO3-), к которым присоеди е ы ио ы Na+ (рис. 4.5.).