Размещено на http://www.allbest.ru/

Пептиды (греч. рерфпт -- питательный) -- семейство веществ, молекулы которых построены из остатков б-аминокислот, соединённых в цепь пептидными (амидными) связями --C(O)NH--.

Это природные или синтетические соединения, содержащие десятки, сотни или тысячи мономерных звеньев --аминокислот. Полипептиды состоят из сотен аминокислот, в противоположность олигопептидам, состоящим из небольшого числа аминокислот (не более 10-50), и простым пептидам (до 10).

В 1900 году немецкий химик-органик Герман Эмиль Фишер выдвинул гипотезу о том, что пептиды состоят из цепочки аминокислот, образованных определёнными связями. И уже в 1902 году он получил неопровержимые доказательства существования пептидной связи, а к 1905 году разработал общий метод, при помощи которого стало возможным синтезировать пептиды в лабораторных условиях.

Постепенно учёные изучали строение различных соединений, разрабатывали методы разделения полимерных молекул на мономеры, синтезировали все больше и больше пептидов. На сегодняшний день известно более 1500 видов пептидов, определены их свойства и разработаны методы синтеза.

§ Полипептиды могут иметь в молекуле неаминокислотные фрагменты, например углеводные остатки.

§ Природные полипептиды с молекулярной массой более 6000 дальтон называют белками.

пептид белок аминокислота

Пример пептидной молекулы -- гормон окситоцин.

Полипептиды

Эти соединения состоят из аминокислот, связанных между собой пептидными связями. Молекулярная масса полипептидов составляет не более 10000 D. Они осаждаются сульфатом аммония, фосфоровольфрамовой кислотой, как белки, но, отличаются от белков тем, что не задерживаются целлофановой мембраной при диализе. Ди- и трипептиды не осаждаются этими реактивами.

Многие полипептиды встречаются в растениях и дрожжах, имеют важное значение как промежуточные продукты в обмене веществ и как физиологически активные вещества. Примером может служить глутатион. Он состоит из остатков трех аминокислот: гликокола, цистеина и глютаминовой кислот. Глютатион в значительном количестве содержится в дрожжах, откуда он и был выделен Ф. Гопкинсом.

Важная роль глутатиона в обмене веществ заключается в том, что он является сильным восстановителем и очень легко окисляется. При этом окисляется сульфгидрильная группа (--SH). Две молекулы глутатиона соединяются дисульфидной связью (--S--5--) и образуют молекулу окисленного глутатиона.

Работами О. Т. Хачидзе установлено, что полипептиды виноградного сока состоят из аланина, аргинина, валина, гистидина, глицина, глютаминовой и аспарагиновой кислот, лизина, треонина и серина.

В ягодах винограда полипептиды образуются в результате распада белков и путем синтеза из аминокислот.

По данным Ч. Пу и А. Урнака (1970), количество аминокислот, входящих в полипептиды, составляет от 70 до 90% от общего азота. Глицин, лизин, аспарагиновая кислота являются главными компонентами полипептидов.

Белки

В растениях белков содержится меньше, чем углеводов. Однако они играют большую роль в биологических процессах. Белковые вещества составляют основную массу протоплазмы. Все ферменты являются белками.

По химическому составу белки отличаются от углеводов тем, что они в своей молекуле, кроме углеродного скелета, содержат азот и серу, а некоторые и фосфор.

Методом рентгенографии установлено, что белки между собой различаются не только аминокислотным составом, но и формой молекулы. По этому признаку белки могут быть разделены на фибриальные (нитевидные) и глобулярные (шаровидные). К глобулярным белкам принадлежит большинство белков, содержащихся в растениях и дрожжах.

При определенных условиях белковые растворы превращаются в гели. В гелях вода находится в гидратационном состоянии. Высушенный гель теряет воду. При помещении такого геля в воду белок впитывает большое количество воды. Этот процесс называется набуханием геля. Процесс, обратный набуханию, т. е. отдача воды, называется синерезисом. Процесс набухания белков играет большую роль в пищевой промышленности, особенно в хлебопечении и в кондитерском производстве.

При нагревании белковых растворов, а также при действии кислот и щелочей, ионов тяжелых металлов, органических растворителей и др., белки денатурируются. Денатурированные белки теряют ферментативную активность. В начале денатурация имеет обратимый характер, позднее становится необратимой. Обычно денатурация сопровождается понижением растворимости, свертыванием и выпадением белка в осадок. Этот процесс называется коагуляцией. При этом он не сопровождается разрывом ковалент-ных связей в молекуле белка.

Денатурация вызывает нарушение вторичной, третичной и четвертичной структур белка и изменяет его биологические и физико-химические свойства. Денатурированные белки теряют способность реагировать с другими веществами, а также растворяться в воде.

Явление денатурации белков имеет важное значение в пищевой промышленности, в частности в виноделии. При нагревании вина белки свертываются и вино приобретает стойкость к белковым помутнениям.

Белки осаждаются ацетатом свинца, гидроксидом меди, сульфатом аммония, вольфраматом натрия, а также танином.

Белки характеризуются следующими реакциями окрашивания: ксантопротеиновой, биуретовой, миллоновой и реакцией Адамке-вича. Эти реакции характеризуют белковую молекулу, содержащую определенные химические группировки. Так, например, биу-, ксантопротеиновая -- бензольных колец, реакция Адамкевича характеризуется наличием индольных групп, миллоновая реакция зависит от наличия фенольных группировок.

Белки, подобно аминокислотам, содержат как карбоксильные, так и аминные группы, поэтому они обладают амфотерными свойствами. Они могут диссоциировать и как кислоты, и как основания. В кислой среде они образуют катионы, а в щелочной -- анионы. Исходя из этого, при электрофорезе молекула белка в щелочном растворе будет двигаться к аноду, а в кислой -- к катоду.

Величина рН, при которой степень диссоциации кислых и щелочных групп одинакова, называется изоэлектрической точкой. В этой точке белки обладают наименьшей растворимостью. В большинстве случаев изоэлектрическая точка находится в кислой среде при рН 4--6, при этом белок обладает наименьшей растворимостью и осаждение его происходит очень легко.

Молекулы белка представляют собой длинные полипептидные цепи, образованные различными аминокислотами. Полипептидные цепи состоят из аминокислот, как структурных единиц, или из мономеров, которые объединяются в полимерную молекулу белка. Около 22 природных аминокислот входят в состав белков. Из 22 аминокислот можно сделать огромное число сочетаний и построить бесчисленное количество разнообразных белков.

Биосинтез белка является одной из важнейших проблем современной биохимии, привлекает внимание многих химиков, биохимиков и физиков. Эта проблема имеет огромное теоретическое и практическое значение. Биосинтез белков осуществляется в рибосомах с помощью информационной РНК.

Белки состоят из остатков аминокислот, соединенных между собой пептидными связями и образующих полипептидные цепи. Впервые на наличие пептидной связи (--СО -- NH2) в молекуле белка указал русский ученый Л. Я. Данилевский.

В 1961 г. Э. Фишер осуществил синтез аланилаланина и показал, как связаны аминокислоты между собой в молекуле дипеп-тида:

Однако наибольшие успехи в определении структуры полипептидов белков были достигнуты за последние годы, когда были установлены структуры нескольких белков разной молекулярной массы.

По данным Л. Полинга и Р. Кори, полипептидные связи располагаются в белковой глобуле белка в виде спирали, отдельные цепи которых соединены между собой водородными связями, благодаря чему сохраняется спиральная, а-структура. Помимо водородных связей, существуют дисульфидные, ионные, а также гидрофобные, которые располагаются в пространстве. При этом они имеют соответствующую конформацию. В зависимости от характера связей и степени спирализации полипептидной цепочки и расположения ее в пространстве различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру белковой молекулы.

Под первичной структурой следует понимать число и последовательность остатков аминокислот, связанных пептидными связями. В белках с большей молекулярной массой имеются и другие факторы, приводящие к образованию вторичной, третичной и четвертичной структур, в значительной степени влияющих на химические и физические свойства. Вторичная структура белка характеризуется водородными связями между полипептидными цепочками, в результате возникает спиральная структура молекулы. Третичная структура основана на дисульфидных связях, т. е. на связях между двумя половинами остатков цистина. В четвертичной структуре содержится несколько полипептидных связей, соединенных между собой водородными, ионными или солевыми связями -- это так называемые гидрофобные связи.

Структура белковой молекулы определяет биологические свойства белка -- его ферментативную активность.

Белки делят на две группы: протеины, или простые белки, и протеиды -- сложные белки. В состав протеинов входят только остатки аминокислот. К ним относятся альбумины, глобулины, глютамины, проламины, глютелины, гистоны. Протеиды являются сложными соединениями протеинов с другими веществами небелковой природы. Обычно небелковый компонент называют простетической группой, и в зависимости от ее химического состава различают следующие протеиды: гликопротеиды (в состав простетической группы входит углевод), липопротеиды (простетиче-ская группа является жироподобным веществом), нуклеопротеи-ды (белок связан с нуклеиновой кислотой, играющей важную ролъ в жизнедеятельности организма, в частности в явлениях наследственности).

Следует считать, что к протеидам относятся и ферменты винограда, которые имеют большое значение в биохимии и технологии вина.

Белки винограда и вина в основном представлены протеидами, большинство которых обладает ферментативной активностью. К числу таких протеидов относятся гликопротеиды, в углеводную фракцию которых входят глюкоза, фруктоза, манноза, ксилоза, галактоза, рамноза и фукоза.

Исследования, проведенные в последние годы, показали, что в белковую молекулу ягод винограда входят 18 аминокислот. В табл. 2 приведено содержание аминокислот в гидролизатах белка пяти сортов винограда.

В белках винограда в наибольшем количестве встречаются а-аланин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты, серии и триптофан, в наименьшем -- аргинин, гистидин и метионин.

Белковые вещества винограда довольно разнообразны и содержат несколько фракций. Первые исследования по изучению гетерогенности белков винограда были проведены В. Димайером и И. Кохом методом электрофореза в 1962 г. Согласно их данным,. белки состоят из нескольких фракций, причем две из них являются главными, по отношению к теплу одна фракция является лабильной.

Р. Моретти и X. Берг (1965) методом электрофореза на поли-акриламидном геле в присутствии трисглицеринового буфера с рН 8,3 разделили белок виноградного сока на пять фракций. Молекулярная масса выделенных фракций колебалась от 18 000 до 23 000D, изоэлектрическая точка белка варьировала от рН 3,5 до рН 3,7.

Более глубокие исследования были проведены Е. Н. Дату-нашвияи и Н. М. Павленко [23]. Они осаждали белки сульфатом аммония, а затем фракционировали на колонке с сефадексом. Из виноградного сока были выделены фракции, обладающие ферментативной активностью. Исследования показали, что белок, выделенный из винограда, гетерогенен. При электрофорезе на геле агара он делится на 4--5 фракций, а в геле полиакриламида -- на 7--16. Показано также, что в препарате белка сорта Мускат александрийский содержится 6% протеина, связанного с гексозой, а в препарате белка сорта Семильон-- 12,5%.

Методом электрофокусировки белков в полиакриламидном геле были определены изоэлектрические точки отдельных фракций белков винограда сорта Мускат александрийский. В большинстве случаев изоэлектрическая точка находится в зоне рН от 3,0 до 7,1.

Согласно данным Е. Н. Датунашвили и др., белки винограда имеют относительно невысокую молекулярную массу. Низкомолекулярные фракции обладают молекулярной массой около 10 000, а более высокомолекулярные от 24 000 до 47 000D.

При переработке винограда содержание белковых веществ изменяется в зависимости от технологии. Сусло, полученное прессованием, содержит больше белков, чем сусло, полученное самотеком.

Тепловая обработка виноградного сока и вина вызывает некоторое уменьшение белкового азота. Наши исследования показали, что обработка вина бентонитом значительно снижает содержание белков. При брожении сусла содержание белков заметно уменьшается.

Начало формы

Свойства пептидов

Пептиды постоянно синтезируются во всех живых организмах для регулирования физиологических процессов. Свойства пептидов зависят, главным образом, от их первичной структуры -- последовательности аминокислот, а также от строения молекулы и её конфигурации в пространстве (вторичная структура).

Классификация пептидов и строение пептидной цепочки

Молекула пептида -- это последовательность аминокислот: два и более аминокислотных остатка, соединённых между собой амидной связью, составляют пептид. Количество аминокислот в пептиде может сильно варьировать. И в соответствии с их количеством различают:

1. олигопептиды -- молекулы, содержащие до десяти аминокислотных остатков; иногда в их названии упоминается количество входящих в их состав аминокислот, например, дипептид, трипептид, пентапептид и др.;

2. полипептиды -- молекулы, в состав которых входит более десяти аминокислот.

Соединения, содержащие более ста аминокислотных остатков, обычно называются белками. Однако это деление условно, некоторые молекулы, например, гормон глюкагон, содержащий лишь двадцать девять аминокислот, называют белковым гормоном. По качественному составу различают:

1. гомомерные пептиды -- соединения, состоящие только из аминокислотных остатков;

2. гетеромерные пептиды -- вещества, в состав которых входят также небелковые компоненты.

Пептиды также делятся по способу связи аминокислот между собой:

1. гомодетные -- пептиды, аминокислотные остатки которых соединены только пептидными связями;

2. гетеродетные пептиды -- те соединения, в которых помимо пептидных связей встречаются ещё и дисульфидные, эфирные и тиоэфирные связи.

Цепочка повторяющихся атомов называется пептидным остовом: (--NH--CH--OC--). Участок (--CH--) с аминокислотным радикалом образует соединение (--NH--C(R1)H--OC--), называемое аминокислотным остатком. N-концевой аминокислотный остаток имеет свободную б-аминогруппу (--NH), в то время как у C-концевого аминокислотного остатка свободной является б-карбоксильная группа (OC--). Пептиды различаются не только по аминокислотному составу, но и по количеству, а также расположению и соединению аминокислотных остатков в полипептидную цепочку. Пример: Про-Сер-Про-Ала-Гис и Гис-Ала-Про-Сер-Про Несмотря на одинаковый количественный и качественный состав, эти пептиды имеют совершенно разные свойства.

Пептидная связь

Пептидная (амидная) связь -- это вид химической связи, которая возникает вследствие взаимодействия б-аминогруппы одной аминокислоты и б-карбоксигруппы другой аминокислоты. Амидная связь очень прочная, и в нормальных клеточных условиях (37 °C, нейтральный ph) самопроизвольно не разрывается. Пептидная связь разрушается при действии на неё специальных протеолитических ферментов (протеаз, пептидгидролаз).

Значение

Пептидные гормоны и нейропептиды, например, регулируют большинство процессов организма человека, в том числе, и принимают участие в процессах регенерации клеток. Пептиды иммунологического действия защищают организм от попавших в него токсинов. Для правильной работы клеток и тканей необходимо адекватное количество пептидов. Однако с возрастом и при патологии возникает дефицит пептидов, который существенно ускоряет износ тканей, что приводит к старению всего организма. Сегодня проблему недостаточности пептидов в организме научились решать. Пептидный пул клетки восполняют синтезированными в лабораторных условиях короткими пептидами.

Синтез пептидов

Образование пептидов в организме происходит в течение нескольких минут, химический же синтез в условиях лаборатории -- достаточно длительный процесс, который может занимать несколько дней, а разработка технологии синтеза - несколько лет. Однако, несмотря на это, существуют довольно весомые аргументы в пользу проведения работ по синтезу аналогов природных пептидов. Во-первых, путём химической модификации пептидов возможно подтвердить гипотезу первичной структуры. Аминокислотные последовательности некоторых гормонов стали известны именно благодаря синтезу их аналогов в лаборатории.

Во-вторых, синтетические пептиды позволяют подробнее изучить связь между структурой аминокислотной последовательности и её активностью. Для выяснения связи между конкретной структурой пептида и его биологической активностью была проведена огромная работа по синтезу не одной тысячи аналогов. В результате удалось выяснить, что замена лишь одной аминокислоты в структуре пептида способна в несколько раз увеличить его биологическую активность или изменить её направленность. А изменение длины аминокислотной последовательности помогает определить расположение активных центров пептида и участка рецепторного взаимодействия.

В-третьих, благодаря модификации исходной аминокислотной последовательности, появилась возможность получать фармакологические препараты. Создание аналогов природных пептидов позволяет выявить более «эффективные» конфигурации молекул, которые усиливают биологическое действие или делают его более продолжительным.

В-четвёртых, химический синтез пептидов экономически выгоден. Большинство терапевтических препаратов стоили бы в десятки раз больше, если бы были сделаны на основе природного продукта.

Зачастую активные пептиды в природе обнаруживаются лишь в нанограммовых количествах. Плюс к этому, методы очистки и выделения пептидов из природных источников не могут полностью разделить искомую аминокислотную последовательность с пептидами противоположного или же иного действия. А в случае специфических пептидов, синтезируемых организмом человека, получить их возможно лишь путём синтеза в лабораторных условиях.

Биологически активные пептиды

Пептиды, обладая высокой физиологической активностью, регулируют различные биологические процессы. По своему биорегуляторному действию пептиды принято делить на несколько групп:

§ соединения, обладающие гормональной активностью (глюкагон, окситоцин, вазопрессин и др.);

§ вещества, регулирующие пищеварительные процессы (гастрин, желудочный ингибирующий пептид и др.);

§ пептиды, регулирующие аппетит (эндорфины, нейропептид-Y, лептин и др.);

§ соединения, обладающие обезболивающим эффектом (опиоидные пептиды);

§ органические вещества, регулирующие высшую нервную деятельность, биохимические процессы, связанные с механизмами памяти, обучения, возникновением чувства страха, ярости и др.;

§ пептиды, которые регулируют артериальное давление и тонус сосудов (ангиотензин II, брадикинин и др.).

Однако такое деление условно, так как действие многих пептидов не ограничивается каким-либо одним направлением. Так, например, вазопрессин, помимо сосудосуживающего и антидиуретического действия, улучшает память.

Пептидные гормоны

Пептидные гормоны -- это многочисленный и наиболее разнообразный по составу класс гормональных соединений, представляющий собой биологически активные вещества. Их образование происходит в специализированных клетках железистых органов, после чего активные соединения поступают в кровеносную систему для транспортировки к органам-мишеням. По достижении цели гормоны специфически воздействуют на определённые клетки, взаимодействуя с соответствующим рецептором.

Нейропептиды

Нейропептиды -- соединения, синтезируемые в нейронах, обладающие сигнальными свойствами. Действие нейропептидов на ЦНС очень разнообразно. Они воздействуют непосредственно на мозг и контролируют сон, влияют на память, поведение, процесс обучения, обладают обезболивающим действием.

Пептиды иммунологического действия

Наиболее изученные пептиды, участвующие в иммунном ответе -- тафцин, тимопотин II и тимозин б1. Их синтез в клетках организма человека обеспечивает функционирование иммунной системы.

Пептидные биорегуляторы

На основе разработанной петербургскими учеными технологии из органов и тканей животных были выделены пептиды, обладающие тканеспецифическим действием, способные восстанавливать на оптимальном уровне метаболизм в клетках тех тканей, из которых они выделены. Важным отличием этих пептидов является их регулирующее действие: при подавлении функции клетки они её стимулируют, а при повышенной функции - снижают до нормального уровня. Это позволило создать новый класс лекарственных препаратов - пептидные биорегуляторы.

Первый из них - иммуномодулятор тималин - уже более 28 лет находится на фармацевтическом рынке и применяется для восстановления функции иммунной системы при заболеваниях различного генеза, включая онкологические заболевания. За ним последовали эпиталамин (биорегулятор нейроэндокринной системы), сампрост (препарат для лечения заболеваний предстательной железы), кортексин (препарат для лечения широкого спектра неврологических заболеваний), ретиналамин (препарат для лечения дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки). За 25 лет широкого применения пептидных биорегуляторов их получили более 15 млн человек. При этом не было выявлено противопоказаний к их применению и побочного действия.