Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Пептиды (от др.-греч. — «переваренный», от др.-греч. — «перевариваю»)[1] — семейство веществ, молекулы которых построены из двух и более остатков аминокислот, соединённых в цепь пептидными (амидными) связями C(O)NH. Обычно подразумеваются пептиды, состоящие из -аминокислот, однако термин не исключает пептидов, полученных из любых других аминокарбоновых кислот[2].
Пептиды, последовательность которых короче примерно 10—20 аминокислотных остатков, могут также называться олигопептидами (от др.-греч. «малочисленный»); при большей длине последовательности они называются полипептидами (от греч. - «много»); полипептиды могут иметь в молекуле неаминокислотные фрагменты, например углеводные остатки. Белками обычно называют полипептиды, содержащие, примерно, от 50 аминокислотных остатков[3] с молекулярной массой более 5000[4], 6000[5] или 10000[6][7] дальтон.
В 1900 году немецкий химик-органик Герман Эмиль Фишер выдвинул гипотезу о том, что пептиды состоят из цепочки аминокислот, образованных определёнными связями, и 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 всё больше и больше пептидов[8].
Содержание
Олиго- и полипептиды, белки
Грань между олигопептидами и полипептидами (тот минимальный размер, при котором молекула пептида перестаёт считаться олигопептидом и становится полипептидом) достаточно условна. Источники, в которых проводится различие между олигопептидами и полипептидами, как правило, определяют границу между ними на уровне 10 (согласно Химической энциклопедии[5]) или 10—20 (согласно определению ИЮПАК[2]) аминокислотных остатков. Иногда чёткая грань не проводится вообще (так, например, согласно учебнику Ленинжера[7], размер олигопептидов — несколько, а полипептидов — много аминокислотных остатков), и формально[уточнить] олигопептидная молекула окситоцин, состоящая из 9 аминокислотных остатков, может упоминаться как полипептид
Белки, как правило, представляют собой полипептиды, состоящие из более чем 50 аминокислотных остатков и
История
Пептиды впервые были выделены из гидролизатов белков, полученных с помощью ферментирования.
- Термин пептид предложен Э. Фишером, который к 1905 г. разработал общий метод их синтеза[10].
В 1953 году В. дю Виньо синтезировал окситоцин, первый полипептидный гормон[11]. В 1963 году, на основе концепции твердофазного пептидного синтеза (Р. Меррифилд) были созданы автоматические синтезаторы пептидов.
Использование методов синтеза полипептидов позволило получить синтетический инсулин и некоторые ферменты.
По данным специализированных баз данных, таких как PeptideAtlas и UniProt, к 2023 году известно более 20 000 охарактеризованных пептидов, для которых определены свойства и разработаны методы синтеза.[12].
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:
- олигопептиды — молекулы, содержащие до десяти аминокислотных остатков; иногда в их названии упоминается количество входящих в их состав аминокислот, например, дипептид, трипептид, пентапептид и др.[13];
- полипептиды — молекулы, в состав которых входит более десяти аминокислот[13].
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:
- гомомерные пептиды — соединения, состоящие только из аминокислотных остатков;
- гетеромерные пептиды — вещества, в состав которых входят также небелковые компоненты[14].
Пептиды также делятся по способу связи аминокислот между собой:
- гомодетные — пептиды, аминокислотные остатки которых соединены только пептидными связями;
- гетеродетные пептиды — те соединения, в которых помимо пептидных связей встречаются ещё и дисульфидные, эфирные и тиоэфирные связи.
Пептидный остов — это повторяющаяся цепочка атомов [NHCHRCO], соединяющая аминокислотные остатки в линейную молекулу. Каждый аминокислотный остаток состоит из -углерода, к которому присоединены аминогруппа (NH), карбоксильная группа (COOH) и уникальный боковой радикал (R-группа).[15].
N-концевой аминокислотный остаток имеет свободную -аминогруппу (NH), в то время как у C-концевого аминокислотного остатка свободной является -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[16].
Пептидная связь
Пептидная (амидная) связь — это вид химической связи, которая возникает вследствие взаимодействия -аминогруппы одной аминокислоты и -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)[17].
Значение
Пептидные гормоны и нейропептиды, например, регулируют большинство процессов организма человека, в том числе 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
|
|