Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БХ учебник Николаев.pdf
Скачиваний:
573
Добавлен:
02.05.2015
Размер:
15.53 Mб
Скачать

2 0

Часть I. Строение информационных молекул и матричные биосинтезы

Пептидная связь

а-карбоксильная группа одной аминокислоты и а-аминогруппа другой аминокисло­ ты могут образовать амидную связь, соединяя остатки аминокислот друг с другом:

R

H

R '

I

I

I

H7N - C H - C - N - C H - C O O H

2

Il

 

О

Эта амидная связь называется пептидной связью, а молекулы, в которых ами­ нокислоты соединены пептидными связями, называют пептидами (дипептиды, трипептиды и т.д.; олигопептиды; полипептиды).

Образование пептидной связи можно представить как отщепление воды от взаимодействующих карбоксильной группы и аминогруппы:

R

H R '

I

I

I

H 7N— CH— С — ОН + H— N— CH— С — ОН

Il

 

Il

О

 

о

R

H

R '

-> H2O + H 2N - CIH - с l— Nl

- C H - с — ОН

Il Il

Оо

Вводной среде равновесие этой реакции сдвинуто в сторону образования сво­ бодных аминокислот, т. е. происходит гидролиз пептидов. Синтез пептидов как в химических лабораториях, так и в живой клетке осуществляется непрямым путем. Например, можно аминокислоты сначала превратить в хлорангидриды, а из них уже получить пептиды:

 

R

H

R '

R

H

R '

 

I

I

l

I

l

l

H7N - C H - С— С1 + Н— N - C H - С— ОН

HCl + H 2N - C H - C - N - C H - C - O H

2

Il

 

Il

 

Il

Il

 

0

 

0

 

0

0

хлорангидрид

 

аминокислота

 

дипептид

Именно таким путем Э. Фишер синтезировал пептиды, содержащие до 20 ами­ нокислот, последовательно соединенных друг с другом. Эти вещества по свой­ ствам были сходны с белками и с продуктами частичного гидролиза белков, что послужило одним из важнейших доказательств пептидной теории строения бел­ ков.

Внастоящее время разработаны методы синтеза, в принципе позволяющие получать пептиды любой длины и любой заданной структуры. Синтез белков в живой клетке описан в гл. 4.

Вмолекулах белков многократно повторяется группа

-N H - C H - C O

Глава I. Строение, свойства и функции белков

 

образуя остов пептидной цепи:

 

 

R

R

R

R

I

l

l

I

H2N - C H - CO— N H - C H - CO— N H - C H - CO— ...— N H - C H - COOH

Этот пептидный остов — структура, свойственная всем белкам. В каждом пеп­ тиде один из двух концевых аминокислотных остатков имеет свободную а-аминог- руппу (N-концевая аминокислота), а другой — свободную а-карбоксильную груп­ пу (С-концевая аминокислота). Структуру пептидов принято изображать, начиная с N-концевой аминокислоты; с нее же начинается нумерация аминокислотных ос­ татков. При этом аминокислотные остатки обозначаются символами. Например:

A Ia-Tуг-Leu-Ser

Tуг

... Cys

1 2

3 4

5

п

Эта запись изображает пептид, в котором свободная а-аминогруппа принадле­ жит остатку аланина (N-конец), а свободная а-карбоксильная группа — остатку цистеина (С-конец). При чтении такой записи окончания названий всех амино­ кислот, за исключением последней, изменяются на -ил. Например, название трипептида A la-Tyr-Leu читается так: алапил-тирозил-лейцин.

Специфические особенности разных пептидов и белков определяются длиной пептидной цепи (соответственно, и молекулярной массой), различиями амино­ кислотного состава и порядком чередования аминокислотных остатков (т. е. ра­ дикалов R пептидного остова).

Длина пептидной цепи в пептидах и белках, встречающихся в организме, ко­ леблется в широких пределах — от двух (дипептиды) до сотен, а иногда и до ты­ сяч аминокислотных остатков. Например, пептидная цепь фибронектина (один из белков базальных мембран) содержит около 1700 аминокислотных остатков. Собственно белками называют полипептиды из двух-трех десятков аминокислот или более.

Аминокислотный состав индивидуальных белков

Даже при одинаковой длине пептиды являются разными веществами, если они различаются по аминокислотному составу. Например, сравним два декапептида: каллидин и ангиотензин I:

Lys-A rg-Pro-Pro-G ly-Phe-Ser-Pro-Phe-A rg

A sp-A rg-V al-Tyr-Ile-H is-Pro-Phe-H is-Leu

каллидин

ангиотензин I

В первом из них есть остатки лизина, глицина и серина, которых нет во вто­ ром. В то же время во втором есть остатки изолейцина, аспарагиповой кислоты и тирозина, которых нет в первом. Эти два вещества существенно различаются по химическим свойствам и разительно — по биологическим свойствам: калли­ дин — это гормон местного действия, регулирующий тонус кровеносных сосу­ дов и проницаемость капилляров, а ангиотензин I физиологически нейтрален,

2 2

Часть I. Строение информационных молекул и матричные биосинтезы

но служит предшественником другого пептида — ангиотензина II, регулирующе­ го кровяное давление.

Для определения аминокислотного состава белки (пептиды) подвергают гид­ ролизу:

R R R R

I I I I

H2N - C h - C o - ( N h - C h - C o ) v7- N h - C h - C o o h + ( * - i)H 2o =(^)H2N - сн — со о н

В нейтральной среде эта реакция протекает очень медленно, но ускоряется в присутствии кислот и щелочей. Обычно гидролиз белков проводят в запаянной ампуле в растворе соляной кислоты (6 м оль/л) при 105 °С; в таких условиях пол­ ный распад происходит примерно за сутки. Затем аминокислоты гидролизата раз­ деляют методом хроматографии на ионообменных смолах, выделяя отдельно каж­ дую аминокислоту.

Для обнаружения аминокислот во фракциях, получаемых при хроматографии, используют реакцию с нингидрином (рис. 1.4).

О

ОН

+ H,N— CH— COOH

ОН

Il

О

о

о

 

0 0 =N—C

O +н“ ^=о +с°2+зНг°

 

о

о н

Рис. 1.4. Реакция нингидрина с аминокислотами

В этой реакции бесцветный нингидрин превращается в продукт красно-фио­ летового цвета. Измерив интенсивность окрашивания, можно рассчитать концен­ трацию каждой аминокислоты в гидролизате и число остатков каждой из амино­ кислот в исследуемом белке. Такой анализ проводят с помощью автоматических приборов — аминокислотных анализаторов (рис. 1.5). В прибор загружают гид­ ролизат белка, и все остальные операции производятся автоматически. Результат анализа прибор выдает в виде графика концентраций отдельных аминокислот.

Частота, с какой разные аминокислоты встречаются в белках, неодинакова. Например, глицин обнаруживается в 10 раз чаще, чем триптофан: из каждой ты­ сячи аминокислотных остатков в белках на долю глицина приходится около 70, на долю триптофана — около 7. Остальные аминокислоты по частоте нахожде­ ния в белках занимают промежуточное положение, образуя такой ряд: (аланин ~ валин = лейцин ~ серин) > (глутаминовая кислота ~ глутамин = лизин = аргинин = пролин) > (аспарагиновая кислота = аспарагин = изолейцин ~ треонин = фенила­ ланин) > (тирозин = цистеин = метионин = гистидин). В табл. 1.2 приведен амино­ кислотный состав некоторых белков.

Глава I. Строение, свойства и функции белков

2 3

Рис. 1.5. Схема аминокислотного анализатора:

1 — элюирующий раствор (буфер с переменным pH); 2 — хроматографическая колонка (в верхнюю часть колонки вносят гидролизат белка, затем начинают элюирование); 3 — раствор нингидрина; 4 — водяная баня (подогревание необходимо для ускорения реакции нингидрина с аминокислотами); 5 — фотометр и записывающее устройство; 6 — хроматограмма; каждый пик соответствует одной аминокислоте, а площадь пика пропорциональна концентрации этой аминокислоты в гидролизате

Таблица 1.2. Аминокислотный состав некоторых белков (число аминокислотных остат­ ков на молекулу белка)

Tr - ................................

 

 

 

Л ю геини -

||Щ|-'

I ЙЩ!:: Ф осф ори -

 

K o p iико~

U itto -

М но-

А м ин ркис.ш га

>ир>юшнй

Т р т ю и н

:кпа

фОЛИН

XpoM с

[ЛООИН

I l i i i i p i M

гормон

I P M

i l j i

I лнкогсиа

 

 

 

Глицин

3

13

. .

10

24

 

48

Аланин

3

6

12

11

12

 

63

Валин

3

3

7

18

19

 

62

Лейцин

I

6

17

12

20

 

79

Серин

3

2

7

14

15

 

29

Глутаминовая

4

8

14

8

12

 

64

кислота

 

 

I

 

 

 

 

Глутамин

I

3

8

8

 

31

Лизин

4

18

20

9

19

 

48

Аргинин

3

2

2

13

18

 

63

Пролин

4

4

5

23

13

 

36

Аспарагиновая

2

3

3

8

14

 

51

кислота

 

4

 

 

 

 

 

Аспарагин

О

8

5

14

 

45

Изолейцин

О

8

8

6

15

 

49

Треонин

О

7

4

15

11

 

35

Фенилаланин

3

3

I

5

9

 

38

Тирозин

2

5

2

6

11

 

36

Цистеин

О

2

0

22

6

 

9

Метионин

I

3

3

4

7

 

21

Гистидин

I

3

9

6

5

 

22

Триптофан

I

I

2

I

7

 

12

В сего ...

39

104

152

205

259

841

Большинство белков по аминокислотному составу различаются не очень рез­ ко. Ho есть некоторые специализированные белки с особенным аминокислот­ ным составом. Например, основной белок соединительной ткани коллаген на ' /

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.