Номенклатура пептидов и полипептидов. Природные пептиды: глутатион, карнозин, ансерин, грамицидин s, окситоцин, энкефалины

Белки - высокомолекулярные природные полимеры, состоящие из аминокислотных остатков , соединенных пептидной связью; являются главной составной частью живых организмов и молекулярной основой процессов жизнедеятельности.

В природе известно более 300 различных аминокислот, но только 20 из них входят в состав белков человека, животных и других высших организмов. Каждая аминокислота имеет карбоксильную группу, аминогруппу в α-положении (у 2-го атома углерода) и радикал (боковую цепь), отличающийся у различных аминокислот. При физиологическом значении рН (~7,4) карбоксильная группа аминокислот обычно диссоциирует, а аминогруппа протонируется.

Все аминокислоты (за исключением глицина) содержат асимметричный атом углерода (т. е. такой атом, все четыре валентные связи которого заняты различными заместителями, он называется хиральныи центром), поэтому могут существовать в виде L- и D-стереоизомеров (эталон – глицериновый альдегид):

Для синтеза белков человека используются только L-аминокислоты. В белках с длительным сроком существования L-изомеры медленно могут приобретать D-конфигурацию, причем это происходит с определенной, характерной для каждой аминокислоты скоростью. Так, белки дентина зубов содержат L-аспартат, который переходит в D-форму при температуре тела человека со скоростью 0,01% в год. Поскольку дентин зубов практически не обменивается и не синтезируется у взрослых людей в отсутствие травмы, по содержанию D-аспартата можно установить возраст человека, что используется в клинической и криминалистической практике.

Все 20 аминокислот в организме человека различаются по строению, размерам и физико-химическим свойствам радикалов, присоединённых к α-углеродному атому.

Структурные формулы 20-ти протеиногенных аминокислот обычно приводят в виде так называемой таблицы протеиногенных аминокислот :

В последнее время для обозначения аминокислот используют однобуквенные обозначения, для их запоминания используется мнемоническое правило (четвертый столбец).

CH 3 СН 3

ИЭТ находится в области рН≈7

ГЛИ - ГЛУ

(CH 2) 2 -СООН (СН 2) 2 - СООН

ИЭТ находится в области рН<7

ГЛИ - ЛИЗ

H 2 N–CH 2 –CО–NH–CH–COOH ↔ H 3 N + –CH 2 –CО–NH–CH–COO ‾

(CH 2) 4 –NН 2 (СН 2) 4 – NН 2

ИЭТ находится в области рН>7

16.4 БЕЛКИ

Белки - высокомолекулярные азотсодержащие биологические макромолекулы, состоящие из биогенных α, L -аминокислот, связанных в линейную последовательность пептидными (амидными) связями.

Простейший белок – полипептид, содержащий в своей структуре не менее 70 аминокислотных остатков.

Белки – важнейшие компоненты клетки, на их долю приходится не менее 50% сухого веса. Они осуществляют реализацию генетической информации, построение структур клетки и организма, протекание метаболических процессов, иммунную защиту организма.

Разница между пептидами и белками не только количественная, но и качественная. После биосинтеза полипептидной цепи белков на рибосомах и последующего ее схождения в гидрофильную среду цитозоля формируются самопроизвольно более высокие уровни ее организации – вторичная, третичная, а для ряда белков – четвертичная структура.

1. Первичная структура – определяется как линейная последовательность биогенных аминокислот, связанных пептидными связями. Она генетически детерминирована для каждого конкретного белка в последовательности нуклеотидов информационной РНК. Первичная структура определяет и более высокие уровни организации белковых молекул. Зная первичную структуру можно последовательно получить белок синтетически (впервые был синте­зирован инсулин, впоследствии многие другие белки, так широкое распространение получили синтетические полипептиды для лечения СПИДА, многих других заболеваний).

2. Вторичная структура белка – локальная конформация полипептидной цепи, возникающая в результате вращения отдельных ее участков, приводящая к скручиванию, складыванию или изгибу этого участка цепи. Вторичная структура может быть представлена α-спиралью, β-структурой (структура

складчатого листа).

3.Третичная структура - конформация (расположение в пространстве) всей полипептидной цепи, обусловленная взаимодействием элементов вторичной структуры как близлежащих, так и отдаленных аминокислотных остатков. В ее формировании и стабилизации принимают участие все виды взаимодействий: гидрофобное, вандервальсово, электростатическое (ионное), дисульфидные ковалентные связи. Наиболее значимыми являются гидрофобное взаимодействие и дисульфидные связи.

4. Четвертичная структура белка. Способ укладки в пространстве отдельных полипептидных цепей (одинаковых или разных) с третичной структурой, приводящей к формированию единого в структурном и функциональном отношениях макромолекулярного образования (мультимера ).

Каждая отдельная полипептидная цепь в структуре мультимера называется протомером. Протомеры стерически комплементарны и связывают структуру нековалентными связями. Так например, молекула белка, входящего в состав крови - гемогло­бина состоит из нескольких симметрично построенных частиц (одина­ковых полипептидных цепей), обладающих одинаковой первичной, вто­ричной и третичной структурой.

2. Процесс превращения аминокислоты в кетокислоту в присутствии фермента оксидазы называется

1) трансаминирование

3) окислительное дезаминирование

4) гидроксилирование

5) неокислительное дезаминирование

3. В ряду аминокислот аланином является

1)
2)
3)
4)
5)

4. Трипептиду гли-цис-фен соответствует формула

5. Ароматической аминокислотой является

1) треонин

3) триптофан

5) тирозин

6. Пептидной связью является

7. Природные аминокислоты хорошо растворимы в воде, т.к. содержат

1) бензольное кольцо

2) гетероциклические кольца

3) аминогруппу и карбоксильную группу

4) тиогруппу

5) гидроксильную группу

8. Трипептиду ала-тре-вал соответствует формула

9. Вторую аминогруппу в радикале содержит кислота

1) аспарагиновая

3) триптофан

5) метионин

10. Гетероциклической аминокислотой является

1) треонин

2) фенилаланин

3)глутаминовая

4) гистидин

5) цистеин

11. Специфической реакцией α-аминокислот является

1) образование солей

2) отщепление аммиака

3) взаимодействие с ДНФБ

4) образование лактама

5) образование дикетопиперазина

12. Трипептиду фЕН-лиз-глу соответствует формула

13. Двухосновной аминокислотой является

3) метионин

4) триптофан

5) глутаминовая

14. Реакцией взаимопревращения в организме аминогруппы и карбонильнй группы кислот под действием фермента транс-аминазы является реакция

1) гидроксилирования

2) восстановительного аминирования

3) переаминирования

5) окислительного дезаминирования

15. В аминокислотах защиту аминогруппы проводят реакцией взаимодействия аминокислоты с

16. Трипептиду сер-цис-фен соответствует формула

17. В растворах аминокислоты реакция среды

3) нейтральная

3) слабощелочная

4) слабокислая

5) зависит от числа амино- и карбоксильных групп

18. Алифатической аминокислотой является

1) гистидин

3) триптофан

5) фенилаланин

19. В ряду следующих аминокислот гистидином является

20. общая формула дипептидов

21. Процесс превращения аминокислоты в непредельную кислоту, протекающий в присутствии ферментов, называется

1) трансаминированием

3) гидроксилированием

4) окислительным дезаминированием

5) неокислительным дезаминированием

22. Аминокислоте тирозин соответствует формула

23. Только гидроксилсодержащие аминокислоты представлены в ряду

1) вал-цис-лиз

2) тир-тре-сер

3) гис-мет-лиз

4) ала-вал-фал

5) сер-лиз-три

24. Трипептиду асп-мет-лиз соответствует формула

25. Аминоспирт образуется в результате декарбоксилирования

26. Дикетопиперазину соответствует формула

27. Только алифатические аминокислоты, не содержащие в радикале дополнительных функциональных групп, содержатся в ряду

1) гис-ала-фал

2) вал-лей-илей

3) вал-тре-асп

4) гли-глу-тир

5) цис-мет-тре

28. Трипептиду гис-лей-фен соответствует формула

29. Кадаверин или 1,5-диаминпентан (трупный яд) образуется в результате реакции декарбоксилирования

1) изолейцина

2) лейцина

4) метионина

5) гистидина

30. При ацилировании валина хлористым ацетилом образуется

31. Аминокислоты не реагируют с

32. Трипептиду мет-лиз-лей соответствует формула

33. Реакцией дезаминирования In vitro является взаимодействия аминокислоты с

1) этанолом

2) соляной кислотой

3) азотной кислотой

4) азотистой кислотой

34. Дикетопиперазин образуется при взаимодействии

1) аминокислоты с pcl 5

2) двух аминокислот при нагревании

3) аминокислоты с NaOH

4) аминокислот с HCl

5) аминокислот при нагревании с Ba(OH) 2

35. Аминокислоте лизин соответствует формула

36. В состав аминокислот не входят

4) углерод

5) кислород

37. Трипептиду асн-тре-сер соответствует формула

38. Путресцин или 1,4-диаминобутан (трупный яд) образуется при декарбоксилировании

39. Аминоспирт образуется в результате декарбоксилирования

1) гистидина

2) тирозина

3) треонина

5) лейцина

40. При полном гидролизе пептидов в кислой среде образуется смесь

1) аминокислот

2) сложных эфиров и аминокислот

3) солей первичных аминов

4) аминов и аминокислот

5) дикетопиперазинов

41. Трипептиду ала-гли-глу соответствует формула

42. Активирование карбоксильной группы аминокислоты с защищенной аминогруппой проводят реакцией взаимодействия с

43. Количество моль KOH, необходимое для полной нейтрализации аспарагиновой кислоты, равно

5) с КОН реакция не идет

44. Трипептиду фен-ТРЕ-глу соответствует формула

45. Фтороводород выделяется при взаимодействии аминокислоты с

46. Биполярному иону валина соответствует формула

47. Реакция переаминирования протекает в организме при участии фермента

2) оксидазы

3) трансаминазы

5) ацетилкофермента А

48. Трипептиду мет-глу-ала соответствует формула

49. Гетероциклической аминокислотой является

3) тирозин

4) фенилаланин

5) изолейцин

50. При ацетилировании лейцина хлористым ацетилом образуется

1) цис, глу

2) гли, мет

3) глу, вал

4) цис, мет

5) три, тре

52. Трипептиду фен-гис-лей соответствует формула

53. Путресцин (1,4-диаминобутан) или трупный яд, образуется при декарбоксилировании

2) треонина

3) гистидина

4) изолейцина

5) орнитина

54. Аминокислотой с активированной карбоксильной группой является

55. Дикетопиперазин серина представлен формулой

56. Трипептиду ала-фен-тир соответствует формула

57. При определении числа аминогрупп в аминокислотах по методу Ван-Слайка используют

58. Биполярный ион лизина представлен формулой

59. Амфотерность аминокислот объясняется наличием в их молекулах

1) карбоксильной группы

2) аминогруппы

3) карбоксильной и аминогрупп

4) карбоксильной и тиольной группы

5) аминогруппой бензольного кольца

60. Трипептиду вал-мет-асп соответствует

отличается от аналогичного полипептида в ТТГ крупного рогатого скота

аминокислотными остатками и отсутствием С-концевого метионина. По-

свойства гормона объясняют наличием β-субъединицы ТТГ в комплексе

с α-субъединицей. Предполагают, что действие тиротропина осуществля-

ется, подобно действию других гормонов белковой природы, посредством

связывания со специфическими рецепторами плазматических мембран и ак-

тивирования аденилатциклазной системы (см. далее).

Гонадотропные гормоны (гонадотррпины)

К гонадотропинам относятся фолликулостимулирующий гормон (ФСГ,

фоллитропин) и лютеинизирующий гормон (ЛГ, лютропин), или гормон,

стимулирующий интерстициальные клетки *. Оба гормона синтезируются

в передней доле гипофиза и являются, как и тиротропин, сложными

белками – гликопротеинами с мол. массой 25000. Они регулируют сте-

роидо- и гаметогенез в половых железах. Фоллитропин вызывает созрева-

ние фолликулов в яичниках у самок и сперматогенез – у самцов. Лютропин

у самок стимулирует секрецию эстрогенов и прогестерона, как и разрыв

фолликулов с образованием желтого тела, а у самцов – секрецию тесто-

стерона и развитие интерстициальной ткани. Биосинтез гонадотропинов,

как было отмечено, регулируется гипоталамическим гормоном гонадолибе-

Химическая структура молекулы лютропина расшифрована полностью.

Лютропин состоит из двух α- и β-субъединиц. Структура α-субъединиц

гормона у большинства животных совпадает. Так, у овцы она содержит 96

аминокислотных остатков и 2 углеводных радикала. У человека α-субъеди-

ница гормона укорочена на 7 аминокислотных остатков с N-конца и отлича-

ется природой 22 аминокислот. Расшифрована также последовательность

аминокислот в β-субъединицах лютропина свиньи и человека. α- и β-Субъ-

единицы в отдельности лишены биологической активности (по аналогии

с большинством субъединиц ферментов). Только их комплекс, образование

которого, вероятнее всего, предопределено первичной структурой их, при-

водит к формированию биологически активной макромолекулярной струк-

туры за счет гидрофобных взаимодействий.

Липотропные гормоны (ЛТГ, липотропины)

Среди гормонов передней доли гипофиза, структура и функция которых

выяснены в последнее десятилетие, следует отметить липотропины, в част-

ности β- и γ-ЛТГ. Наиболее подробно изучена первичная структура β-липо-

тропина овцы и свиньи, молекулы которого состоят из 91 аминокислотного

остатка и имеют существенные видовые различия в последовательности

аминокислот. К биологическим свойствам β-липотропина относятся жиро-

мобилизующее действие, кортикотропная, меланоцитстимулирующая и ги-

покальциемическая активность и, кроме того, инсулиноподобный эффект,

выражающийся в повышении скорости утилизации глюкозы в тканях.

Предполагают, что липотропный эффект осуществляется через систему

* К группе гонадотропинов относят также х о р и о н и ч е с к и й г о н а д о т р о п и н чело-

века (ХГЧ), синтезируемый клетками плаценты и представленный гликопротеином.

аденилатциклаза–цАМФ–протеинкиназа, завершающей стадией действия

которой является фосфорилирование неактивной триацилглицерол-липазы.

Этот фермент после активирования расщепляет нейтральные жиры на

диацилглицерол и высшую жирную кислоту (см. главу 11).

Перечисленные биологические свойства обусловлены не β-липотропи-

ном, оказавшимся лишенным гормональной активности, а продуктами его

распада, образующимися при ограниченном протеолизе. Оказалось, что

в ткани мозга и в промежуточной доле гипофиза синтезируются биологи-

чески активные пептиды, наделенные опиатоподобным действием. Приво-

дим структуры некоторых из них:

Н –Тир –Гли –Гли –Фен –Мет–ОН

Метионин-энкефалин

Н –Тир –Гли –Гли –Фен–Лей–ОН

Лейцин-энкефалин

Н –Тир –Гли –Гли –Фен –Мет–Тре–Сер–Глу–Лиз–Сер–Глн–Тре–Про–

Лей–Вал–Тре–Лей–Фен–Лиз–Асн–Ала–Иле–Вал–Лиз–Асн–Ала–Гис–

Лиз–Лиз–Гли–Глн–ОН

β-Эндорфин

Общим типом структуры для всех трех соединений является тетра-

пептидная последовательность на N-конце. Доказано, что β-эндорфин (31

АМК) образуется путем протеолиза из более крупного гипофизарного

гормона β-липотропина (91 АМК); последний вместе с АКТГ образуется из

общего предшественника – прогормона, названного п р о о п и о к о р т и н о м

(является, таким образом, препрогормоном), имеющим молекулярную

массу 29 кДа и насчитывающим 134 аминокислотных остатка. Биосинтез

и освобождение проопиокортина в передней доле гипофиза регулируется

кортиколиберином гипоталамуса. В свою очередь из АКТГ и β-липо-

тропина путем дальнейшего процессинга, в частности ограниченного про-

теолиза, образуются соответственно α- и β-меланоцитстимулирующие гор-

моны (α- и β-МСГ). С помощью техники клонирования ДНК, а также

метода определения первичной структуры нуклеиновых кислот Сенджера

в ряде лабораторий была раскрыта нуклеотидная последовательность

мРНК–предшественника проопиокортина. Эти исследования могут слу-

жить основой для целенаправленного получения новых биологически актив-

ных гормональных лечебных препаратов.

Ниже представлены пептидные гормоны, образующиеся из β-липотро-

пина путем специфического протеолиза.

Участок β-липотропина

Пептидный гормон

γ-Липотропин

Мет-энкефалин

α-Эндорфин
γ-Эндорфин
δ-Эндорфин

β-Эндорфин

Учитывая исключительную роль β-липотропина как предшественника

перечисленных гормонов, приводим первичную структуру β-липотропина

свиньи (91 аминокислотный остаток):

Н–Глу–Лей–Ала–Гли–Ала–Про–Про–Глу–Про–Ала–Aрг–Асп–Про–Глу–

Ала–Про–Ала–Глу–Гли–Ала–Ала–Ала–Aрг–Ала–Глу–Лей–Глу–Тир–

Гли–Лей–Вал–Ала–Глу–Ала–Глу–Ала–Ала–Глу–Лиз–Лиз–Асп–Глу–

Гли–Про–Тир–Лиз–Мет–Глу–Гис–Фен–Арг–Трп–Гли–Сер–Про–Про–

Лиз–Асп–Лиз–Aрг–Тир–Гли–Гли–Фен–Мет–Тре–Сер–Глу–Лиз–Сер–

Глн–Тре–Про–Лей–Вал–Тре–Лей–Фен–Лиз–Асн–Ала–Иле–Вал–Лиз–

Асн–Ала–Гис–Лиз–Лиз–Гли–Глн–ОН

Повышенный интерес к указанным пептидам, в частности энкефалинам

и эндорфинам, диктуется их необычайной способностью, подобно морфину,

снимать болевые ощущения. Эта область исследования – поиск новых при-

родных пептидных гормонов и(или) их направленный биосинтез – является

интересной и многообещающей для развития физиологии, нейробиологии,

неврологии и клиники.

ГОРМОНЫ ПАРАЩИТОВИДНЫХ ЖЕЛЕЗ
(ПАРАТГОРМОНЫ)

К гормонам белковой природы относится также паратиреоидный гормон

(паратгормон), точнее, группа паратгормонов, различающихся последова-

тельностью аминокислот. Они синтезируются паращитовидными железа-

ми. Еще в 1909 г. было показано, что удаление паращитовидных желез

вызывает у животных тетанические судороги на фоне резкого падения

концентрации кальция в плазме крови; введение солей кальция предотвра-

щало гибель животных. Однако только в 1925 г. из паращитовидных желез

был выделен активный экстракт, вызывающий гормональный эффект – по-

в 1970 г. из паращитовидных желез крупного рогатого скота; тогда же была

определена его первичная структура. Выяснено, что паратгормон синтези-

руется в виде предшественника (115 аминокислотных остатков) п р о п а р а т -

гормона, однако первичным продуктом гена оказался п р е п р о п а р а т -

25 аминокислотных остатков. Молекула паратгормона быка содержит 84

аминокислотных остатка и состоит из одной полипептидной цепи.

Выяснено, что паратгормон участвует в регуляции концентрации катио-

нов кальция и связанных с ними анионов фосфорной кислоты в крови. Как

известно, концентрация кальция в сыворотке крови относится к химическим

константам, суточные колебания ее не превышают 3–5% (в норме 2,2–

2,6 ммоль/л). Биологически активной формой считается ионизированный

кальций, концентрация его колеблется в пределах 1,1–1,3 ммоль/л. Ионы

кальция оказались эссенциальными факторами, не заменимыми другими

катионами для ряда жизненно важных физиологических процессов: мышеч-

ное сокращение, нервно-мышечное возбуждение, свертывание крови, прони-

цаемость клеточных мембран, активность ряда ферментов и т.д. Поэтому

любые измененния этих процессов, обусловленные длительным недостат-

ком кальция в пище или нарушением его всасывания в кишечнике, приводят

к усилению синтеза паратгормона, который способствует вымыванию

солей кальция (в виде цитратов и фосфатов) из костной ткани и соответст-

венно к деструкции минеральных и органических компонентов костей.

Другой орган-мишень паратгормона – это почка. Паратгормон уменьшает

реабсорбцию фосфата в дистальных канальцах почки и повышает канальце-

вую реабсорбцию кальция.

Следует указать, что в регуляции концентрации Са

во внеклеточной

жидкости основную роль играют три гормона: паратгормон, кальцитонин,

] – производное D

(см. главу 7). Все три гормона регулируют уровень

Но механизмы их действия различны. Так, главная роль кальцитрио-

ла заключается в стимулировании всасывания Са

и фосфата в кишечнике,

причем против концентрационного градиента, в то время как паратгормон

способствует выходу их из костной ткани в кровь, всасыванию кальция

в почках и выделению фосфатов с мочой. Менее изучена роль кальцитонина

в регуляции гомеостаза Са

в организме. Следует отметить также, что

кальцитриол по механизму действия на клеточном уровне аналогичен

действию стероидных гормонов (см. ниже).

Считается доказанным, что физиологическое влияние паратгормона на

клетки почек и костной ткани реализуется через систему аденилатциклаза-

ГОРМОНЫ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ

Щитовидная железа играет исключительно важную роль в обмене веществ.

Об этом свидетельствуют резкое изменение основного обмена, наблюдае-

мое при нарушениях деятельности щитовидной железы, а также ряд

косвенных данных, в частности обильное ее кровоснабжение несмотря на

небольшую массу (20–30 г). Щитовидная железа состоит из множества

особых полостей – фолликулов, заполненных вязким секретом – коллоидом.

В состав коллоида входит особый йодсодержащий гликопротеин с высокой

мол. массой – порядка 650000 (5000 аминокислотных остатков). Этот глико-

протеин получил название й о д т и р е о г л о б у л и н а. Он представляет собой

запасную форму тироксина и трийодтиронина – основных гормонов фолли-

кулярной части щитовидной железы.

Помимо этих гормонов (биосинтез и функции которых будут рассмотре-

ны ниже), в особых клетках – так называемых парафолликулярных клетках,

или С-клетках щитовидной железы, синтезируется гормон пептидной при-

роды, обеспечивающий постоянную концентрацию кальция в крови. Он

получил название «кальцитонин». Впервые на существование кальцито-

нина, обладающего способностью поддерживать постоянный уровень каль-

ция в крови, указал в 1962 г. Д. Копп, который ошибочно считал, что этот

гормон синтезируется паращитовидными железами. В настоящее время

кальцитонин не только выделен в чистом виде из ткани щитовидной железы

животных и человека, но и полностью раскрыта 32-членная аминокислотная

последовательность, подтвержденная химическим синтезом. Ниже приведе-

на первичная структура кальцитонина, полученного из щитовидной железы