Пептидная связь
Главными структурными единицами белкой и
пептидов являются остатки аминокислот (см. с. 66), связанные карбоксамидной
пептидной связью (см. с. 18) между α-карбоксильной и
α-аминогруппой.
A. Пептидный синтез
В клетках пептиды и белки синтезируются в процессе трансляции
на рибосомах (см. сс. 244-249).
При химическом синтезе пептидов следует помнить, что целевой продукт
образуется с высоким выходом лишь при условии, что функциональные группы, не
участвующие в реакции, заблокированы защитными группировками (X,Y). В
противном случае в приведенном примере наряду с целевым дипептидом AIa-Gly
должны образовываться Gly-Ala, Gly-Gly и Ala-Ala. Кроме того, необходимо активировать
карбоксильную группу (Z), что облегчает нуклеофильное присоединение по аминогруппе.
В настоящее время пептиды с определенной аминокислотной последовательностью
получают с помощью автоматических пептидных синтезаторов.
Как всякая карбоксамидная связь, пептидная
связь стабилизирована за счет мезомерии (резонансно стабилизирована) (см.
с. 12) и поэтому является практически плоской (планарной). Вращение вокруг
связи C-N требует больших затрат энергии и, следовательно,
затруднено. На схеме плоскость, в которой расположены 6 атомов пептидной
группы, окрашена в светло-голубой цвет.
B. Номенклатура пептидов
Пептидная цепь имеет одно направление
и два разных конца — N-конец, несущий свободную аминогруппу первой
аминокислоты, и С-конец, несущий карбоксильную группу последней
аминокислоты. Напомним, что в белках и пептидах аминокислотные остатки связаны в
цепочку последовательно. Для того чтобы назвать конкретный пептид, достаточно
перечислить (начиная с N-конца) последовательность входящих в его состав
аминокислотных остатков в трехбуквенном или однобуквенном коде. Например,
аминокислотная последовательность пептидного гормона ангиотензина Il
(см. с. 322) читается следующим образом: Asp-Аrg-Vаl-Туr-Ile-His-Pro-Phe или соответственно DRVYIHPF.
Г. Конформация полипептидной
цепи
Каждый аминокислотный остаток, за
исключением концевых, принимает участие в образовании двух пептидных связей (с
предыдущим и последующим фрагментами). Поскольку вращение вокруг связи
C—N затруднено, повороты возможны только вокруг связей N--Cα и
Cα--C (2). Такие повороты измеряются двугранными углами φ и ψ.
Угол φ характеризует поворот вокруг связи N---Cα, а следовательно, положение предшествующей пептидной связи; угол ψ
характеризует поворот вокруг связи Сα—С, т. е. положение последующей
связи.
Для каждого конкретного аминокислотного остатка ввиду стерических
ограничений разрешены только определенные комбинации углов вращения φ и
ψ. Для наглядности информацию о связи между углами φ и ψ в каждом
пептидном звене представляют графически с помощью φ/ψ-карты (1).
На карте видно, что большинство комбинаций двугранных углов оказываются запрещенными
(поля, выделенные красным цветом). Так, например, при комбинации φ = 0о
/ ψ = 180о (4) атомы кислорода
карбонильных групп должны сблизиться на расстояние 115 пм, что намного меньше,
чем сумма вандерваальсовых радиусов двух атомов. Аналогичным образом, при комбинации
φ = 180о / ψ = 0о (5)
происходит наложение водородных атомов двух ΝΗ-групп. Поэтому для
углов φ и ψ остаются разрешенными сочетания, лежащие в пределах дискретных
областей, окрашенных в зеленый цвет (2, 3).
В эти разрешенные области попадают все приведенные на последующей схеме вторичные
структуры. Конформации, попадающие в зоны, выделенные желтым цветом, энергетически
невыгодны, но возможны.
Конформационные карты (карты Рамачандрана) построены
на основе модельных экспериментов с небольшими пептидами. Однако конформационные
параметры большинства аминокислотных остатков в белках также попадают в разрешенные
области карты. На карте 1 черными точками показаны
пары углов φ и ψ в небольшом белке инсулине (см. с. 78).