2.Пептиды

Рис. 2-1. Средние расстояния между атомами (нм), образующими пептидную связь и углы между связями.

В 2,5-дикетопиперазинах, простейших циклических пептидах, построенных из двух аминокислот, имеются дос-пептидные связи. Циклические трипептиды могут существовать без напряжения также только с тремя i/ис-пептидными связями. Поскольку пролил и саркозин не обладают возможностью стабилизации транс- пептидной связи, то можно легко синтезировать циклический трипептид — циклотрипролил (рис. 2-26). В нативных пептидах и белках преобладает /^рамс-пептидная связь. В некоторых белках были найдены также и i/ыопептидные связи, при этом в образовании пептидной связи всегда участвовал пролин.

2.1.2.Классификация и номенклатура

По числу аминокислот, содержащихся в пептиде, различают ди-, три-, тетра-, пента-, ..., окта-, нона-, декапептиды и т. д. Чтобы избежать проблемы, связанной с греческой нумерацией длинноцепочечных пептидов, Бодански предложил количество аминокислотных остатков пептида обозначать арабской цифрой и помещать перед словом «пептид». Например, 7- пептид вместо гептапептид, 10-пептид вместо декапептид. Пептиды, в молекулах которых меньше десяти аминокислотных остатков, формально относятся к олигопептидам, пептиды, построенные из большего числа аминокислотных остатков (до - 100),— к полипептидам. Различие между полипептидами и белками (макропептидами) чрезвычайно проблематично. Исторически сложилось так, что границей между полипептидами и белками считают соединения с молекулярной массой ~ 10 000, т. е. состоящие примерно из 100 остатков аминокислот. Такой принцип классификации основан на способности к диализу через природные мембраны.

Согласно принципам рациональной номенклатуры, пептиды рассматривают формально как ациламинокислоты, причем аминокислоте, карбоксил которой участвует в пептидной связи, придается окончание-ил. Поэтому только С-конечная аминокислота сохраняет свое первоначальное тривиальное название:

С"СН

аланил-серип-аспарагип-фенипаланил-глицин

По предложению Бейли, в формулах линейных пептидов аминокислота со свободной аминогруппой называется Ы-кониевой аминокислотой, в горизонтально изображенной пептидной цепи она стоит слева. Аминокислота со свободной карбоксильной группой обозначается как С-концевая аминокислота. В соответствии с этим в приведенном выше примере аланин — N- концёвая, а глицин — С-концевая аминокислота. Фромажо предложил остаток, несущий сободную а-аминогруппу, называть начальной аминокислотой, а соответствующий остаток со свободной карбоксильной группой — конечной аминокислотой. Хотя это предложение кажется более простым, широкое признание получила рекомендация Бейли.

Краткая формула Ala-Ser-Asp-Phe-Gly соответствует пентапептиду независимо от состояния ионизации. При желании особо подчеркнуть, что данный пептид находится в незамещенной форме, можно, по предложению Гринштейиа и Виница, в упрощенной формуле при амино- и карбоксильной группах указывать наличие протона и гидроксильной группы с помощью соответствующих символов, например для цвиттер-иона (II), аниона (III) и катиона (IV) рассматриваемого здесь пентапептида:

При общепринятом способе написания.формул исходят из того, что аминокислоты с тремя функциями, имеющие дополнительные аминоили карбоксильные функции (Lys, Orn, Glu, Asp), связаны а-пептидными связями. Для со-пептидного связывания при такой записи требуются особые обозначения. Например, в биохимически важном трипептиде глутатионе наряду с а-пептидной связью имеется также 7-пептидная связь:

SH

СООН СНа «-"ехидная связь НдМ-СН-СНз- СНдРсО-NH

у-пептидная связь

Способ обозначения 7-пептидного связывания в глутатионе и других ш- пептидах ясен из следующих примеров:

Пептидная связь между е-аминогруппой лизина и 7-карбоксилом глутаминовой кислоты (jS-карбоксилом аспарагиновой кислоты) называется изопептидной связью (такая связь имеется, например, в Ы£-7-глутамиллизине).

При сокращенной записи замещение боковой цепи обозначают, помещая аббревиатуру этого заместителя выше или ниже символа соответствующей аминокислоты или же в скобках непосредственно после него, например для пентапептида ь-аланил-ь-аспарагил-ОЗ-трети-бутиловый эфир)глицил-1ЧЕ- /прет-бутилоксикарбонил-ь-лизил-О-»?рет-бутил-ь-тирозина:

-CICH,),

c=o

О-С(СН,),

Ala-Asp-Gly-Lys-Tyr Ala-Asp-Gly-lys-iyr

Ala-AtplOBuM-Gly-Lys (Вос)-Туг(Ви*)

ЧИСЛО И последовательность связанных в пептид аминокислот называют первичной структурой. Для пептида с известной последовательностью формулу записывают, соединяя символы аминокислотных остатков черточками. Наконец, различают собственно пептид, например Ala-Ser-Asp-Phe- -Gly и фрагмент -Ala-Ser-Asp-Phe-Gly- (с черточками при концевых аминокислотах). Если часть последовательности пептида еще не известна, то аббревиатуры соответствующих аминокислот, разделенные (запятыми) указывают в скобках:

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

пептиды построены из аминокислотных остатков, которые связаны, как правило, а-пептидными связями.

Протеиногенная аминокислота цистеин имеет дополнительные возможности соединения аминокислотных остатков, так как при окислении тиольной функции могут образовываться дисульфидные связи:

Различают внутримолекулярное оисульфидное связывание в пределах одной пептидной цепи и межмолекулярное дисульфидное связывание между различными пептидными цепями:

-Ab-Gly-Cys-Pro-W-lle-Lys-Cys-Uu-Glu-Asp-Asfi-^ys-Pio-Val-

?

-Ajn-lyt-Val-Tyr-Cyi-Pht-Uu-

Внутримолекулярные дисульфидные связи имеются, например, в окситоцине, вазопрессине, в А-цепи инсулина и в рибонуклеазе. Межмолекулярные дисульфидные связи соединяют между собой цепи пептидов, причем ковалентно связанными могут быть как идентичные цепи, как в окисленной форме глутатиона, так и различные цепи, как в инсулине. Дисульфидные связи имеют большое значение для образования и стабилизации определенных пептидных и белковых структур.

В природе встречаются пептидные вещества, построенные не только из аминокислот, но содержащие также оксикислоты, длинные остатки жирных кислот и др. компоненты; кроме того, в образовании связей между боковыми цепями могут принимать участие не только тиольные функции, но также и гидроксильные группы боковых цепей протеиногенных кислот. С учетом всех этих фактов данное в разд. 2.1.1 определение пептидов представляется не совсем корректным. Следует различать гомомерные пептиды, состоящие исключительно из аминокислот, и гетеромерные пептиды, которые кроме аминокислот содержат также небелковые компоненты.

Известны также гомодетные и гетеродетные пептиды; первые содержат только пептидные связи, во вторых наряду с пептидным связыванием могут встречаться эфирные, дисульфидные или тиоэфирные связи.

Последовательность циклического гомодетного гомомерного пептида можно изобразить с помощью символических формул (в качестве примера выбран грамицидин S):

1. Заключают последовательность в скобки, а перед ними пишут цикло. cyclo-(Val-Orn-Leu-D-Phe-Pro-Val-Orn-Leu-D-Phe-Pro-)

2. Можно написать аминокислотную последовательность пептида и затем соединить первую и последнюю аминокислоты длинной линией выше или ниже последовательности:

Ufcrf-Om-Uu-D-Plw-Pro-Val-Om-Uu-D-Phe - Pro—'

или

pVM-Orn-Uu-D-Phe~Pro-V*l-Orn-teu-0-Phe~Pn>-|

3. При записи в две строчки нужно с помощью стрелки указать атом азота пептидной связи (—СО — NH—):

*V«l-~Om—Uu —»D- Им-»Pro-I

L Pro-«- О - Им — Lau—От-»- VW*J

Циклические гетеродетногомомерные пептиды при сокращенной записи изображаются аналогично замещенным аминокислотам.

| Gtu

На рис. 2-2 приведены структуры важнейших гомомерных пептндов. Для единообразия направление пептидной связи обозначено стрелками, хотя, как уже указывалось, это необходимо делать только в случае изображения кольцевых пептидов в две строчки.

К гетеродетным пептидам относятся депсипептиды и пептоиды. Под депсипептидами понимают, согласно Шемякину, все пептиды, которые наряду с пептидными связями содержат также и эфирные, т. е. депсипептидами следует считать гомомерные О-пептиды и пептидлактоны оксиаминокислот серина и треонина. Для пептидов с встроенными в цепь оксиаминокислотами введено понятие пептолиды. Большинство пептолидов — это циклические соединения (известные как пептидные антибиотики). Любке и Шредер предложили название пептоиды для сложных белков, построенных из гетеромерных пептидов. Важными представителями этого ряда являются лило-, глико-, фосфо- и хромопептиды, в которых гетеросоставляющие ковалентно связаны с пептидом посредством амино- и или карбоксильных групп или же за счет функциональных групп боковых цепей.

2.1.3.Нахождение пептидов в природе

иих значение

Пептиды широко распространены в природе. Они присутствуют во всех клеточных организмах (пептидный пул). В настоящее время трудно систематически классифицировать пептиды по химическим и физическим критериям, поэтому обычно за основу берут их физиологическое действие.

Из природных пептидных веществ наиболее изучены по своему действию пептидные гормоны, они имеют и наиболее известную структуру. Важные пептидные гормоны образуются в гипоталамусе (окситоцин и вазопрессин, гормоны гипоталамуса, стимулирующие освобождение и биосинтез других гормонов), в поджелудочной железе (инсулин, глюкагон), в гипофизе (адренокортикотропин, меланоцитстимулирующий гормон), в щитовидной железе (тирокалыщтонин), в паращитовидной железе (паратгормон), в желудочно-кишечном тракте (гастрин, секретин, холецистокининпанкреозимнн). Пептидные гормоны желудочно-кишечного тракта не вырабатываются специальной железой, так что их, так же как ангиотензин и плазмакинин, относят к тканевым пептидным гормонам (тканевым гормонам). В некоторых случаях бывает трудно отнести гормоны к какому-то определенному виду в связи с их неоднозначными физиологическими функциями, например пептиды амфибий и головоногих (эледоизин, физалемин, церулин, ранатензин, алитензин, бомбезин).

Большое значение приобретают пептиды из животных и растительных ядов, а также пептидные антибиотики из микроорганизмов.

В последнее время все больший интерес вызывают биологически активные пептиды, действующие на центральную нервную систему. В центре внимания находятся нейропептиды (разд. 2.3.3), в особенности нейромедиа-

где Р — число возможных аналогов пептида, л — общее число аминокислотных остатков, х, у, z — число повторяющихся аминокислотных остатков.

Пептидный гормон [8-аргинин]вазопрессин, например, включает 9 аминокислот, две из которых одинаковые (Cys):

гI

Су» -Туг - Phe - Gin - Asn - Cys - Pro - ArQ - Gly - N H a

При систематических заменах аминокислот

„9! 362880

т. е. данному пептиду соответствует 181 440 аналогов. Нет необходимости доказывать, что такой путь не реален при выяснении связи между строением и активностью вазопрессина. Большое число аналогов биологически активных пептидов было синтезировано, исходя из каких-то определенных предположений. В связи с большим числом биологически активных аналогов оказалось необходимым ввести правила для наименования синтетических аналогов природных пептидов, которые и были предложены Комиссией по биохимической номенклатуре ШРАС-ШВ [Hoppe-Syler's Z. Physiol. Chem. 348, 262—26S (1967)]. Некоторые правила можно проиллюстрировать на примере гипотетического пентапептида "Iupaciubin" Ala-Lys-Gly- -Tyr-Leu, название которого должно символизировать объединение символов ШРАС и ШВ.

1. При замене аминокислотного остатка в пептиде название аминокислоты, которая замещает другую, а также положение замены указывают в квадратных скобках перед тривиальным названием соответствующего пептида. В краткой форме, которую применяют только в таблицах, место замены указывается цифрой, стоящей сверху у символа заменяющей аминокислоты. Аналогично поступают при многократных заменах

2. Наращивание пептида может происходить как с N-конца (а), так и с С-конца (б). При этом придерживаются принятой номенклатуры (разд. 2.1.2).

3. Введение добавочного аминокислотного остатка обозначают префиксом эндо с указанием положения:

Эндо-2а-треонин-1ирасшЫп Ala-Lys-Thr-Glu-Tyr-Leu 1 2 2а 3 4 5