Анализ аминокислотной последовательности в пептидах

Пептиды. Структура и свойства. Стереохимия

Пептиды - это цепочечные молекулы, содержащие от 2 до 100 остатков аминокислот, соединенных между собой амидными (пептидными) связями. Природные пептиды – это универсальные природные полимерные соединения, обычно L-a-аминокислот, связанных пептидными связями.

По размеру молекулы и своим свойствам пептиды стоят между высокомолекулярными белками и аминокислотами. Пептиды, имеющие до 10 аминокислотных остатков, называются олигопептидами (дипептиды, трипептиды и т.д.). Пептиды, содержащие более 10 до 60 аминокислотных остатков, относятся к полипептидам. Природные полипептиды с молекулярной массой более 6000 дальтон называют белками.

В определенных условиях (например, при воздействии определенных ферментов), аминокислоты способны реагировать друг с другом. В результате взаимодействия α-аминогруппы (—NH₂) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (—СООН) другой аминокислотывозникает пептидная связь.

Образование пептидной связи можно представить себе, как отщепление молекулы воды от присоединяющихся к друг другу карбоксильной и аминогрупп:

Рис. Образование пептидной связи

Поскольку дипептид также содержит свободную карбоксильную и аминогруппы, то к нему с помощью новых пептидных связей могут присоединяться новые аминокислотные мономеры; в результате образуется олиго- или полипептид.

Рис. Пентапептид (пептид из пяти аминокислотных остатков). R¹, R² и т.д. — боковые радикалы аминокислот. Пептидный остов молекулы выделен утолщенными линиями.

Пептидная цепь имеет одно направление и два разных конца — N-конец, несущий свободную аминогруппу первой аминокислоты, и С-конец, несущий свободную карбоксильную группу последней аминокислоты. В пептидах аминокислотные остатки связаны в цепочку последовательно. Цепочку амидных групп и α-углеродных атомов называют пептидным остовом молекулы (выделен на Рис. 2).

Таким образом, полипептидная цепь составлена из ряда жёстких плоскостей, чередующихся с группировками CHR:

Рис. Полипетидная цепь состоит из ряда жёстких плоскостей, чередующихся с группировками CHR

Атомы углерода и азота в цепи располагаются приблизительно в одной плоскости, в то время как атомы водорода и радикалы группировок CHR направлены к этой плоскости под углом 109º28´.

Пептидный остов молекулы полипептида окружен разнообразными по химической природе боковыми радикалами. Характер радикалов оказывает большое влияние на пространственную конфигурацию полипептидной цепи, определяет круг химических реакций, свойственных боковым цепям.

Строение пептидной связи

В амидах связь углерод-азот является частично двоесвязанной вследствие р,p-сопряжения НПЭ атома азота и p-связи карбонила (длина связи С-N: в амидах - 0,132 нм, в аминах - 0,147 нм), поэтому амидная группа является плоской и имеет транс-конфигурацию. Таким образом, пептидная цепь представляет собой чередование плоских фрагментов амидной группы и фрагментов углеводородных радикалов соответствующих аминокислот. В последних вращение вокруг простых связей незатруднено, следствием этого является образование различных конформеров. Длинные цепи пептидов образуют a-спирали и β-структуры (аналогично белкам).

Это обусловливает следующие свойства:

– 4 атома связи (C, N, O и H) и 2 α-углерода находятся в одной плоскости. R-группы аминокислот и водороды при α-углеродах находятся вне этой плоскости.

– H и O в пептидной связи, а также α-углероды двух аминокислот транс-ориентированы (транс-изомер более устойчив). В случае L-аминокислот, что имеет место во всех природных белках и пептидах, R-группы также транс-ориентированы.

– Вращение вокруг связи C-N затруднено, возможно вращение вокруг С-С связи.

Атом кислорода карбоксильной группы и атом водорода аминогруппы могут находятся в цис - или транс -положении относительно связи –C-N-.

Экспериментально доказана большая устойчивость транс -формы.

Стереоизомерия эффективно проявляется в реализации биологических свойств: как правило, любые замены аминокислот (в том числе замены L- на D-аминокислоты)чрезвычайно негативно сказываются на функциях пептидов. Многие пептиды можно получить в кристаллическом состоянии. Для анализа пептидов применимы все методы, которые используются для исследования белков.

Оптическая изомерия аминокислот.
α-Аминокислоты характеризуются наличием оптической активности,
т. е. они могут вращать плоскость поляризованного света вправо или влево. Это свойство природных аминокислот обусловлено наличием ассиметрического атома углерода или иначе: хирального центра (хиральность от греч. Cheir – рука), т. е. атома углерода с четырьмя различными заместителями.
Все α-аминокислоты, имеющие ассиметричесийй атом углерода, образуют оптические (зеркальные, т. е. которые нельзя совместить) изомеры.
Оптические изомеры принято обозначать латинскими буквами. L- (от лат. Louvus – левый) и D- (от лат dexter – правый).

 

Поскольку аминокислоты в составе пептидов находятся в форме ацилов (кислотных остатков), то в названии пептидов им придают характерное для ацилов окончание «ил». Название концевой аминокислоты со свободной карбоксильной группой оставляют без изменений (Рис. 4).

Рис. 4 Трипептид аланилсерилфенилаланин

Название пептида начинают с аминокислоты, сохранившей свободную α-аминогруппу. Для того чтобы назвать конкретный пептид, достаточно перечислить (начиная с N-конца) последовательность входящих в его состав аминокислотных остатков.

Анализ аминокислотной последовательности в пептидах

Для анализа олигопептиды (полипептиды) расщепляют на небольшие фрагменты (химическими методами или ферментативно). Из существующих многочисленных методов расщепления олигопептидов ниже приведены по одному способу определения N- и C-концевых аминокислот в дипептиде.