Файл: 1. Первичная структура пептидов и белков. Состав и аминокислотная последовательность.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 227
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рисунок 10. Медуза морская оса.
Нейропептиды.К ним относятся пептиды, содержащиеся в головном мозге. Первые два представителя нейропептидов, названные энкефалинами, были выделены из мозга животных в 1975 г. Оба являются пентапептидами, отличающимися только С-концевой α-аминокислотой, что нашло отражение в их названии. Эти пептиды оказывают обезболивающее действие и используются как лекарственные средства.
ТИР-ГЛИ-ГЛИ-ФЕН-МЕТ – метионин-энкефалин
ТИР-ГЛИ-ГЛИ-ФЕН-ЛЕЙ – лейцин-энкефалин
К нейропептидам относится также так называемый пептид дельта-сна (нонапептид), проявляющий антистрессовый эффект.
ТИР-АЛА-ГЛИ-ГЛИ-АСП-АЛА-СЕР-ГЛИ-ГЛИ – пептид дельта-сна
4. Пространственное строение полипептидов и белков. Строение пептидной группы, вторичная структура, третичная структура, четвертичная структура.
Для высокомолекулярных полипептидов и белков наряду с первичной структурой характерны более высокие уровни организации, которые принято называть вторичной, третичной и четвертичной структурой. Первые три уровня характерны для структурной организации всех белковых молекул. Четвертый уровень встречается при образовании единых белковых комплексов, состоящих из нескольких полипептидных цепей.
Строение пептидной группы. В пептидной группе –CONH– атом углерода находится в состоянии sp2 –гибридизации. Неподеленная пара атома азота вступает в сопряжение с π-электронами двойной связи С=О. В результате сопряжения происходит некоторое выравнивание длин связи. Двойная связь удлиняется до 0,124 нм против обычной длины 0,121 нм, а связь С–N становится короче – 0,132 нм по сравнению с 0,147 нм в обычном случае. Наличие плоской сопряженной системы в пептидной группе является причиной затруднения вращения вокруг связи С–N. Таким образом, электронное строение предопределяет достаточно жесткую плоскую структуру пептидной группы.
Рисунок 11. Строение пептидной группы.
Аминокислотные остатки располагаются в плоскости пептидной группы по разные стороны от связи С–N, т.е. в более выгодном транс-положении: боковые радикалы аминокислотных остатков в этом случае будут наиболее удалены друг от друга в пространстве.
Вторичная структура.
Для полипептидной цепи одной из наиболее выгодных конформаций является расположение в пространстве в виде правозакрученной α-спирали. Пространственное расположение α-спирализованной полипептидной цепи можно представить, вообразив, что она обвивает некий цилиндр. Основную роль в закреплении такой конформации цепи играют водородные связи, которые направлены почти параллельно оси α-спирали. Они удерживают цепь в закрученном состоянии.
Другим видом вторичной структуры полипептидов и белков является β-структура, называемая складчатым листом, или складчатым слоем. В складчатые листы укладываются вытянутые полипептидные цепи, связываемые множеством водородных связей между пептидными группами этих цепей. Во многих белках одновременно содержатся α-спиральные иβ-складчатые структуры.
Третичная структура. Полипептидная цепь способна вся целиком укладываться определенным образом в пространстве, т. е. приобретать третичную структуру. При этом во взаимодействие вступают боковые радикалы α-аминокислотных остатков. Большую роль в стабилизации третичной структуры играют водородные связи. Они могут возникать между функциональными группами боковых радикалов, а также между ними и пептидными группами. В формированию третичной структуры важную роль играют ионное (электростатическое) и гидрофобное взаимодействие, а также дисульфидные связи.
Четвертичная структура. Несколько полипептидных цепей способны укладываться в более сложные образования, называемые также комплексами или агрегатами. При этом каждая цепь, сохраняя характерную для нее первичную, вторичную и третичную структуру, выступает в роли субъединицы комплекса с более высоким уровнем пространственной организации – четвертичной структурой. Такой комплекс представляет собой единое целое и выполняет биологическую функцию, несвойственную отдельно взятым субъединицам. Четвертичная структура закрепляется за счет водородных связей и гидрофобных взаимодействий между полипептидными цепями. Четвертичная структура характерна лишь для немногих белков, например гемоглобина.
Рисунок 12. Структуры белковой молекулы.
5. Денатурация белков. Факторы, влияющие на денатурацию.
Пространственная структура белков способна нарушаться под влиянием ряда факторов – повышенной температуры, изменение рН среды, облучением УФ-светом или рентгеновскими лучами, механическое воздействие (например, сильное перемешивание растворов).
Разрушение природной (нативной) макроструктуры белка называется денатурацией.
Первичная структура белка при денатурации сохраняется. Денатурация может быть обратимой, так называемой ренатурацией, если она приводит к легко восстанавливаемому изменению в структуре. Необратимая денатурация часто происходит при тепловом воздействии (например, свертывание яичного белка при варке яиц). У денатурированных белков снижается растворимость, а главное – исчезает биологическая активность.
При денатурации водородные связи легко разрушаются под действием различных реагентов. При этом белок почти всегда утрачивает характерную для него биологическую активность. Существенно отметить, что денатурированный гемоглобин теряет способность присоединять кислород. Явление денатурации используется в клинических исследованиях, фармации и биохимических исследованиях. В частности, качественное и количественное определение белка в моче основано на реакции денатурации белка азотной кислотой. Для связывания солей тяжелых металлов белком при лечении отравлений или их профилактики на производстве, обеззараживании отходов в санитарной практике, дезинфекции кожи и слизистых покровов используется явление денатурации.
Рисунок 13. Факторы, воздействующие, на денатурацию белка.
6. Значение пептидов и белков для жизнедеятельности организма и применение их в медицине и фармации.
Пептиды и белки играют большую роль в жизнедеятельности организма. Белки составляют материальную основу химической деятельности клетки. Функции белков в природе универсальны. Среди них различают ферменты, гормоны, структурные, транспортные, двигательные, защитные, запасные белки, токсины (рис. 14). В биологическом плане пептиды отличаются от белков более узким спектром функций. Многие пептиды являются гормонами и регулируют протекание определенных процессов в организме. Наиболее простые гормоны, состоящие из 9 аминокислотных остатков – окситоцин и вазопрессин. Окситоцин встречается только у женских особей
, вызывая сокращение мышечных волокон молочных желез и мускулатуры матки. Вазопрессин содержится и в женском и мужском организме, регулируя минеральный обмен и водный обмен. Кроме того, вазопрессин является мощным стимулятором запоминания. Большую роль в поддержании уровня сахара в крови выполняет гормон инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой. Он содержит 51 аминокислотный остаток и состоит из двух пептидных цепей, соединенных между собой двумя дисульфидными мостиками.
Около 150 пептидов, называемых нейропептидами, содержатся в головном мозге, где они выполняют различные биологические и физиологические функции. В частности, они влияют на процессы обучения и запоминания, регулируют сон, обладают обезболивающей функцией. Прослеживается связь некоторых нервно-психических заболеваний, например, шизофрении с содержанием тех или иных пептидов в мозге. В то же время и многие нейротоксины ядовитых грибов, пчел, змей, скорпионов и морских рыб имеют пептидно-белковую природу.
Рисунок 14. Белки и их основные функции.
Аминокислоты, из которых состоят белки, находят широкое применение в различных областях производства и медицинской промышленности. Аминокислотами лизин, триптофан и метионин обогащают корма сельскохозяйственных животных. Добавление натриевой соли глутаминовой кислоты (глутамат натрия) придает ряду продуктов мясной вкус. Аминокислоты используются в современной фармакологии при самых различных заболеваниях. Глицин – простейшая аминокислота – применяется в качестве ноотропного лекарственного средства. Аргинин поддерживает нормальный уровень холестерина, устраняет колебания артериального давления. Гистидин улучшает секрецию и моторную функцию организма. Кислота глутаминовая применяется в неврологической и психиатрической практике. Смешанные калий-магниевые соли аспарагиновой кислоты это лекарственные препараты аспаркам или панангин используются в кардиологии и неврологии. Метионин в составе препарата гептрал применяется для профилактики и лечения различных заболеваний печени как лиотропный фактор, препятствующий накоплению жира, при токсических поражениях печени, при атеросклерозе и в качестве антидепрессанта для улучшения синтеза нейромедиаторов.
Рисунок 15. Применение аминокислот в различных областях промышленности
Следует отметить также применение белков и пептидов в спортивном питании. При активных тренировках у спортсменов повышенные физические нагрузки приводят к снижению синтеза белка в различных органах и тканях, прежде всего в мозге, сердечно-сосудистой, иммунной и эндокринной системах. Пептидные препараты позволяют восстановить синтез белка в тканях, подвергающихся экстремальному воздействию. Вариаций соединений огромное множество, поэтому можно подобрать препарат для регуляции любой функции организма. Чаще всего пептиды используются спортсменами для роста мышц и сжигания жира. К таким препаратам относятся протеин, креатин, аминокислоты, гейнеры свободно продающиеся в специализированных магазинах спортивного питания. Препараты протеина – это сывороточный протеин, казеин, изолят, комплексный соевый, протеиновые батончики. В протеине присутствуют незаменимые аминокислоты. Они не могут выделяться в организме, а должны быть получены извне. Его получают из обычных продуктов питания человека – животного мяса и яиц.
Рисунок 16. Продукты спортивного питания.
Из аминокислот спортсмены используют глутатион, аргинин, бета-аланин, а так же аминокислотные комплексы. К жиросжигателям относятся L-арнитин, а также различные комплексные жиросжигатели.
Каждому человеку известно, что у людей занимающихся спортом и у тех, кто с ним не связан, рацион питания разительно отличается. И это отличие проявляется не только в дозах еды, но и в том, что у спортсменов существует масса специальной еды, например, гейнеры, которые бывают как высокоуглеводные так и высокобелковые.
В заключении следует отметить, что в настоящее время достигнуты успехи в изучении проблемы соотношений структуры и функций белков, механизма их участия в важнейших процессах жизнедеятельности организма, понимания патогенеза многих болезней. К числу актуальных относится химический синтез белков. Получение аналогов природных пептидов и белков призвано способствовать решению таких важных вопросов, как выяснения механизма действия этих соединений в клетке, установления взаимосвязи их активности с пространственным строением