Пептиды

Одним из важных химических свойств α-аминокислот, зависящим от одновременного присутствия в молекуле аминной и карбоксильной групп, является их способность в определенных условиях образовывать пептиды. Схема этого процесса, протекающего по типу реакции поликонденсации, такова:

Пептиды

В действительности в организме процесс идет много сложнее. Указанная реакция образования пептидов из аминокислот имеет большое значение для понимания химического строения белковых тел.

В результате реакции поликонденсации аминокислот можно получить соединения, составленные из многих аминокислотных остатков с очень высокими молекулярными массами. Такие соединения называют полипептидами, а —СО—NH-группировки в них — пептидными группами или пептидными связями. Пептиды могут быть получены также при неполном гидролизе белков.

Так как аминокислоты в составе пептидов находятся в форме ацилов, то в названии пептида им придается характерное для ацилов окончание -ил. Название концевой аминокислоты со свободной карбоксильной группой оставляют без изменений. Наименование пептида начинают с аминокислоты, сохранившей свободную α-аминогруппу.

Термин пептиды сейчас утратил свое первоначальное значение, так как когда-то под пептидами понимали конечные продукты переваривания белков, т.е. по существу — аминокислоты. Поэтому логично было продукты переваривания, составленные из двух аминокислотных остатков (пептидов), называть дипептидами, а из многих — полипептидами. Гораздо точнее пептиды именовать гетерополиаминокислотами, т.е. соединениями, составленными из того или иного числа различных аминокислот. Однако термин пептиды прочно вошел в химию белков, но в новом значении.

Схема твердофазного синтеза пептидов и белков

Рис. Схема твердофазного синтеза пептидов и белков

В лабораторных условиях пептиды могут быть получены разнообразными методами, общей чертой которых является обязательная защита в одной из реагирующих аминокислот аминной, а в другой — карбоксильной группы, с тем чтобы они могли вступить в реакцию конденсации только лишь по оставшейся свободной (или активированной в результате присоединения химического реагента) карбоксильной (СООН-) или аминной (NH2-) группе. Наибольшую известность приобрел метод твердофазного синтеза пептидов, предложенный Р.Меррифилдом. СООН-группу исходной аминокислоты здесь защищают присоединением к полимеру, a NH2-группу присоединяемой аминокислоты — трет-изобутилоксикарбонильным (БОК) радикалом. Метод поддается автоматизации, и на его основе создан автоматический синтезатор, при посредстве которого синтезируют не только пептиды, но и белки.

Из природных источников выделено несколько сотен индивидуальных пептидов и во многих случаях детально изучены их строение, свойства и биологическая активность. Приведем несколько примеров.

Глутатион (y-глутамилцистеинилглицин, y-глу-цис-гли)— один из наиболее широко распространенных внутриклеточных пептидов, принимающий участие в окислительно-восстановительных процессах в клетках и переносе аминокислот через биологические мембраны:

Глутатион

Глутатион открыт Ф.Гопкинсом в 1921 г. Он представляет собой кристаллический порошок с температурой плавления 190—192 °С. Из раствора в 0,5 н. H2SO4 выпадает в виде нерастворимого меркаптида меди при добавлении Сu2O.

Приведенная выше формула соответствует так называемому восстановленному глутатиону (HS-глутатиону). В клетке наряду с восстановленной формой глутатиона всегда присутствует окисленная форма (SS-глутатион), переходящая в восстановленную при посредстве фермента-глутатионредуктазы:

HS-Глутатион (восстановленная, сульфгидрильвая форма)

HS-Глутатион (восстановленная, сульфгидрильвая форма)

SS-Глутатион (окисленная, дисулъфидная форма)

SS-Глутатион (окисленная, дисулъфидная форма)

Офтальмовая кислота (y-глутамил-α-аминобутирилглицин) — антагонист глутатиона, столь же широко распространена в природе, как и сам глутатион:

офтальмовая кислота

Присутствуя в клетках в ничтожных количествах, составляющих от 0,1 до 0,001 концентрации глутатиона, офтальмовая кислота действует как ингибитор в процессах, идущих с участием глутатиона.

Карнозин (β-аланилгистидин; β-ала-гис) — пептид, содержащийся в мышцах животных:

Карнозин

Он препятствует накоплению и устраняет продукты перекисного окисления липидов, участвует в поддержании буферной емкости мышечного сока, ускоряет процесс распада углеводов в мышцах и в виде фосфата вовлекается в энергетический обмен в мышце. Впервые выделил карнозин из мышечной ткани и выяснил его строение В.С.Гулевич.

Роль пептидов в процессах жизнедеятельности крайне многообразна. Многие из них служат гормонами, некоторые представлены сильнейшими ядами (яды змей, жаб, улиток, пауков, насекомых, высших грибов, микробов), мощными антибиотиками, рилизинг-факторами (способствуют синтезу и высвобождению гормонов), регуляторами клеточного деления, переносчиками молекул и ионов через биологические мембраны, регуляторами психической деятельности. Значительное число природных пептидов синтезировано; кроме того, искусственным путем получены сотни их аналогов, некоторые из которых обладают более сильным биологическим действием, нежели их натуральные предшественники. И те и другие находят широкое практическое применение. На рис. приведено строение некоторых из них.

Биологически активные пептиды

Рис. Биологически активные пептиды: Цифры около названий аминокислотных остатков обозначают их местоположение в молекуле, считая от N-конца к С-концу пептида. Стрелки начинаются от аминокислот, участвующих в образовании пептидной связи СООН-группами. Соседние остатки цистеина в циклах связаны дисульфидными мостиками. Группа NH2, заключенная в скобки, обозначает амидную группу. Подразумевается, что аминокислотные остатки соединены пептидными связями. Окситоцин и вазопрессин — гормоны задней доли гипофиза. Поступая в кровь, первый из них стимулирует сокращение мышечных волокон, расположенных вокруг альвеол молочных желез и мышц матки, второй — действует главным образом на гладкие мышцы кровеносных сосудов и участвует в регуляции водного баланса организма на уровне почек. Фаллоидин — ядовитое начало мухомора, вызывающее в ничтожных концентрациях гибель организма вследствие выхода ферментов и К+ из клеток; связь между остатками цистеина и триптофана в молекуле фаллоидина образована за счет взаимодействия сульфгндрильной группы и пиррольного кольца их радикалов. Грамицидин — антибиотик, действующий на многие грамположительные бактерии (пневмококки, стрептококки, стафилококки и др.), изменяет проницаемость биологических мембран для низкомолекулярных соединений и вызывает гибель клеток. Тиролиберин — гормон, синтезирующийся в гипоталамусе и обеспечивающий высвобождение (отсюда его другое название — рилизинг-фактор), а возможно, в усиление биосинтеза в гипофизе другого гормона — тиротропина, который, в свою очередь, контролирует деятельность щитовидной железы и образование в ней гормона — тироксина; указанная иерархия в регуляции биосинтеза гормонов является ярким примером участия пептидов в регуляции обмена веществ. Мет-энкефалин — пентапетид, возникающий в нервной ткани и изменяющий (ослабляющий) болевые ощущения. Он связывается с рецепторами, на которые воздействуют наркотики, например морфин, и представляет собой эндогенное вещество психотропного действия. Соматостатин — пептид, тормозящий освобождение из передней доли гипофиза синтезируемого там гормона роста — соматотропного гормона. Антаманид — циклический декапептид, образующий с Na+, Са2+ и некоторыми другими катионами комплексы, которые являются прообразами структур, ответственных за перенос ионов через биологические мембраны.