пептиды. Пептиды План

• Название: Пептиды План
• Анкор: пептиды
• Дата: 28.09.2021
• Размер: 426.97 Kb.
• Имя файла: пептиды.pptx
• Тип: Документы; #238237

Пептиды

План

• Номенклатура и классификация пептидов.
• Особенности строения пептидной связи.
• Физические и химические свойства пептидов.
• Изоэлекрическая точка.
• Группы пептидов, биороль.
• Синтез пептидов.
• Вывод

ПЕПТИДЫ – это природные или синтетические соединения, молекулы которых построены из остатков α-аминокислот, соединенных между собой пептидными (амидными) связями -C(O) NH-.

Могут содержать в молекуле также неаминокислотную компоненту (например, остаток углевода, НК).

По числу аминокислотных остатков, входящих в молекулы пептидов, различают дипептиды, трипептиды, тетрапептиды и т.д. Пептиды, содержащие до 10 аминокислотных остатков, называются олигопептидами, содержащие более 10 аминокислотных остатков полипептидами. Природные полипептиды с молекулярной массой более 6 000 Да называются белками.

Историческая справка

• Впервые пептиды были выделены из ферментативных гидролизатов белков.
• Термин «пептиды» предложен Э. Фишером.
• Первый синтетический пептид получил T. Курциус в 1881
• Э. Фишер к 1905 разработал первый общий метод синтеза пептидов и синтезировал ряд олигопептидов различного строения.
• Существенный вклад в развитие химии пептидов внесли ученики Э. Фишера: Э. Абдергальден, Г. Лейке и M. Бергман. В 1932 M Бергман и Л. Зервас использовали в синтезе пептидов бензилоксикарбонильную группу (карбобензоксигруппу) для защиты α-аминогрупп аминокислот, что ознаменовало новый этап в развитии синтеза пептидов. Полученные N-защищенные аминокислоты (N-карбобензоксиаминокислоты) широко использовали для получения различных пептидов, которые успешно применяли для изучения ряда ключевых проблем химии и биохимии, например, для исследования субстратной специфичности протеолитических ферментов. С применением N-карбобензоксиаминокислот были впервые синтезированы природные пептиды (глутатион, карнозин и др.).

Историческая справка

• Важное достижение в этой области - разработанный в начале 50-х гг. P. Воганом и др. синтез пептидов методом смешанных ангидридов.
• В 1953 В. Дю Виньо синтезировал первый пептидный гормон - окситоцин.
• На основе разработанной P. Меррифилдом в 1963 концепции твердофазного пептидного синтеза были созданы автоматические синтезаторы пептидов. Получили интенсивное развитие методы контролируемого ферментативного синтеза пептидов. Использование новых методов позволило осуществить синтез гормона инсулина и др.
• Успехи синтетической химии пептидов были подготовлены достижениями в области разработки таких методов разделения, очистки и анализа пептидов, как ионообменная хроматография, электрофорез на различных носителях, гель-фильтрация, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), иммуно-химический анализ и др. Получили большое развитие также методы анализа концевых групп и методы ступенчатого расщепления пептидов. Были, в частности, созданы автоматические аминокислотные анализаторы и автоматические приборы для определения первичной структуры пептидов - секвенаторы.

Номенклатура пептидов

Классификация пептидов

Гомомерные пептиды при гидролизе образуют только аминокислоты, гетеромерные наряду с аминокислотами соеденения др. классов. В зависимости от структуры неаминокислотной компоненты, гетеромерные пептиды делятся на глико-, липо-, нуклео-, фосфопептиды и др. Гомомерные и гетеромерные пептиды могут быть линейными и циклическими. Аминокислотные остатки в них могут быть соединены между собой только пептидными связями (гомодетные пептиды) или не только пептидными, а сложноэфирными, дисульфидными и др. (гетеродетные пептиды). Гетеродетные пептиды со встроенными в цепь гидроксиаминокислотами называются пептолидами. Пептиды, содержащие в молекуле остатки только одной аминокислоты, называются гомополиаминокислотами, а содержащие одинаковые повторяющиеся участки (из одной или нескольких аминокислотных остатков) регулярными пептидами. Депсипептиды содержат одну или несколько сложноэфирных групп.

Глутатион - трипептид γ-глутамилцистеинилглицин. Важность глутатиона в клетке определяется его антиоксидантными свойствами. Фактически глутатион не только защищает клетку от таких токсичных агентов, как свободные радикалы, но и в целом определяет редокс-статус внутриклеточной среды.

Карнозин (бета-аланил-L-гистидин) и ансерин (метилкарнозин) — дипептиды, состоящие из остатков аминокислот бета-аланина и гистидина (метилгистидина). Обнаружены в высоких концентрациях в мышцах и тканях мозга. Они увеличивают амплитуду мышечного сокращения, предварительно сниженную утомлением.

Энкефалины – нейропептиды с морфиноподобным действием, вырабатываемые центральной нервной системой позвоночных. Уменьшают двигательную активность, участвуют в обезболивании и др. Являются олигопептидами – состоят из 5 аминокислот, образуются в результате посттрансляционного преобразования полипротеина.

Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Met- энкефалин

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu Leu- энкефалин

Мембранно-активный антибиотик серратомолид — тетрапептид с повторяющимися остатками D-8-гидроксидекановой кислоты (D-Hyd) и L-серина является депсипепдом.

цикло-(D-Hyd-L-Ser)2

Грамицидин S — антибиотик тиротрициновой группы. Продуцируется споровой палочкой Bacillus brevis var. G.- B. В промышленности получают синтетическим путём. Первый советский антибиотик, был выделен Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражниковой в 1942 г. Cыграл важную роль в спасении многих тысяч жизней на фронтах Великой Отечественной войны

(D-Phe – L-Pro – L-Val – L-Orn – L-Leu)2

Особенности строения пептидной связи

Следствия:

• к –NH- в –CONH- не может присоединятся или отщепляться Н при рН 0-14
• свободное вращение вокруг связи С-N отсутствует

Пептидная связь имеет свойства частично двойной связи. Это проявляется в уменьшении длины этой связи (0,132 нм)по сравнению с длиной простой связи C-N (0,147 нм).

Свойства пептидов

• Олигопептиды по свойствам близки к аминокислотам, полипептиды подобны белкам. Олигопептиды представляют собой, как правило, кристаллические вещества, разлагающиеся при t 200-300 0C. Пептиды хорошо растворимы в воде, разбавленных кислотах и щелочах, почти не растворимы в органических растворителях. Исключение: олигопептиды, построенные из остатков гидрофобных аминокислот.
• Олигопептиды обладают амфотерными свойствами и, в зависимости от кислотности среды, могут существовать в форме катионов, анионов или цвиттер-ионов.

• Изоэлектрическая точка (рI) пептидов колеблется в широких пределах и зависит от состава аминокислотных остатков в молекуле.
• Основные полосы поглощения в ИК спектре для группы –NH- 3300 и 3080 см-1, для группы C=O 1660 см-1. В УФ спектре полоса поглощения пептидной группы находится в области 180-230 нм.

Химические свойства пептидов

• Химические свойства олигопептидов определяются содержащимися в них функциональными группами, а также особенностями пептидной связи. Их химические превращения в значительной мере аналогичны соответствующим реакциям аминокислот. Они дают положитительную биуретовую реакцию и нингидриновую реакцию.

• Дипептиды и их производные (особенно эфиры) легко циклизуются, превращаясь в дикетопиперазины:

• Под действием 5,7 Н соляной кислоты пептиды гидролизуются до аминокислот в течение 24 ч при 105 0C:

Синтез пептидов

В организме:

• каскадные процессы
• рибосомальный синтез
• нерибосомальный синтез (пантотеновая к-та и фосфопантотеин) – у микроорганизмов

Вне организма:

• химический синтез

Регуляция кровяного давления:

Ангиотензин-2 — олигопептидный гормон, который вызывает вазоконстрикцию (сужение сосудов), повышение кровяного давления и высвобождение другого гормона альдостерона из коры надпочечеников в кровоток. Ангиотензин образуется из белка-предшественника ангиотензиногена, сывороточного глобулина, который продуцируется в основном печенью. Ангиотензин играет важную роль в т. н. ренин-ангиотензиновой системе.

Строение пантотеновой кислоты

Пантотеновая кислота (Витамин B5) - белый мелкокристаллический порошок, хорошо растворимый в воде. Она синтезируется растениями и микроорганизмами, содержится во многих продуктах животного и растительного происхождения (яйцо, печень, мясо, рыба, молоко, дрожжи, картофель, морковь, пшеница, яблоки). В кишечнике человека пантотеновая кислота в небольших количествах продуцируется кишечной палочкой. Пантотеновая кислота - универсальный витамин, в ней или её производных нуждаются человек, животные, растения и микроорганизмы.

Химический синтез пептидов

Три аминокислотных остатка могут дать 6 трипептидов с различными

аминокислотами в составе,

четыре – 20 тетрапептидов,

двадцать – 1014 и т.д.

Стратегия химического синтеза пептидов:

• Защита амино- и карбоксильной групп, не участвующих в образовании пептидной связи
• Активация карбоксильной группы, участвующей в образовании пептидной связи
• Образование пептидной связи
• Снятие защиты

Карбоксильная

компонента

Аминная

компонента

Защитные группы

Все защитные группы делят на N-защитные (для временной защиты группы NH2), С-защитные (для временной защиты карбоксильных групп COOH) и R-защитные (для временной защиты других функциональных групп в боковой цепи аминокислот).

Среди N-защитных групп наиболее важными являются ацильные защитные группы [в т.ч. типа ROC(O)], а также алкильные и аралкильные защитные группы.

Примеры N-защитных групп типа ROC(O):

бензилоксикарбонильная группа (карбобензоксигруппа) C6H5CH2OCO

трет-бутоксикарбонильная группа (СН3)3СОСО.

К ацильным N-защитным группам относят:

формильную HCO, трифторацетильную CF3CO и др.

Представители N-защитных групп алкильной и аралкильной природы:

триметилсилильная (CH3)3Si и трифенилметильная (тритильная) (C6H 5)3С.

Среди С-защитных групп важнейшими являются сложно-эфирные и замещенные гидразидные группы. К первым относят, например, метокси-, этокси- и трет-бутоксигруппы. С-защитные группы гидразидного типа - бензилоксикарбонил-, трет-бутилоксикарбонил-, тритил- и фенил-гидразиды.

В качестве R-защитных групп широко используют ацильные группы, в т. ч. типа ROC(O) (для защиты аминогрупп и гуанидиногрупп в боковых цепях лизина и аргинина соответственно), сложноэфирные группировки (для защиты карбоксилов в боковых цепях аспарагиновой и глутаминовой к-т), а также алкильные и аралкильные группы (для защиты групп ОН и SH в боковых цепях гидроксиаминокислот и цистеина соответственно).

Способы образования пептидной связи

• Метод активированных эфиров:
основан на предварительном образовании сложноэфирного производного карбоксильной компоненты путем введения в нее спиртового остатка, содержащего сильный электроноакцепторный заместитель. В качестве активированных эфиров широко используют пентафтор-, пентахлор-, трихлор- и n-нитрофениловые эфиры защищенных аминокисот и пептидов;
• Карбодиимидный метод:

предусматривает использование различных замещенных карбодиимидов, таких как дициклогексилкарбодиимид (ДЦГ) :

• Метод смешанных ангидридов:
основан на предварительной активации карбоксильной компоненты пептидного синтеза путем образования смешанного ангидрида с карбоновой или неорганической кислотой. Наиболее часто используют алкиловые эфиры хлормуравьиной (хлоругольной) к-ты, особенно этиловый и изобутиловый эфиры:
• Азидный метод:

предусматривает активацию карбоксильной компоненты предварительным превращением ее в азид N-замещенной аминокислоты или пептида.

Карбодиимидный метод:

Использование ДЦГ в качестве конденсирующего реагента позволяет осуществлять синтез пептидов и в водных средах, т. к. скорости реакций гидролиза и аминолиза промежуточно образующейся О-ацилизомочевины существенно различаются. При синтезе пептидов этим методом находят также применение различные водорастворимые карбодиимиды (например, N-диметиламинопропил-N'-этилкарбодиимид).

В одном из вариантов метода смешанных ангидридов в качестве конденсирующего агента применяют 1-этоксикарбонил-2-этокси-1,2-дигидрохинолин. Это соеденение легко образует с карбоксильной компонентой промежуточный смешанный ангидрид, быстро вступающий в реакцию конденсации, причем полностью исключается нежелательная побочная реакция.

Частный случай метода смешанных ангидридов - метод симметричных ангидридов, в котором используют ангидриды аминокислот [XNHCH(R)C(O)]2O. Их применение исключает возможность диспропорционирования или неправильного аминолиза.

Азидный метод:

Ввиду нестойкости азидов их в свободном виде из раствора, как правило, не выделяют. Если вместо нитритов щелочных металлов для реакции с гидразидом использовать алкиловые эфиры азотистой кислоты (например, трет-бутилнитрит), то азидную конденсацию можно проводить в органическом растворителе; образующуюся HN3 связывают третичными аминами.

Нередко азидная конденсация осложняется нежелательными побочными реакциями (превращение гидразида не в азид, а в амид; реакция гидразида с азидом, ведущая к образованию 1,2-диацил-гидразина; промежуточное образование изоцианата, который в результате перегруппировки Курциуса может приводить к производному мочевины или соответствующему уретану и др.).

Преимущества азидного метода - малая степень рацемизации, возможность применения серина и треонина без защиты гидроксильных групп.

Рацемизация при синтезе пептидов:

Наиболее важные способы исключения рацемизации:

• Наращивание пептидной цепи в направлении от С-конца к N-концу с применением N-защитных групп типа ROC(O).
• Активация N-защищенных пептидных фрагментов с С-концевы-ми остатками пролина или глицина.
• Использование азидного метода (при отсутствии избытка третичного основания и поддержании низких температур в реакционной среде).
• Применение активированных эфиров аминокислот, аминолиз которых протекает через переходное состояние, стабилизирующееся водородными связями (например, эфиров, образованных с N-гидроксипиперидином и 8-гидроксихинолином).
• Использование карбодиимидного метода с добавками N-гидроксисоеденений или кислот Льюиса.

Методы деблокирования

Для превращения защищенных пептидов в свободные используют специальные методы деблокирования, которые основаны на реакциях, обеспечивающих отщепление различных защитных групп, гарантирующих сохранение всех пептидных связей в молекуле.

Примеры деблокирования:

• удаление бензилоксикарбонильной группы каталитическим гидрогенолизом при атмосферном давлении и комнатной температуре:
• отщепление трет-бутилоксикарбонильной группы мягким ацидолизом:
• гидролитическое отщепление трифторацетильной группы под действием разбавленных растворов оснований:
• синтез очень длителен, трудоемок и дает низкий выход конечного продукта. Основные потери связаны с необходимостью выделения и очистки продуктов на каждой стадии.

Твердофазный пептидный синтез:

Биологическая роль пептидов, группы пептидов:

• -гормоны (окситоцин, инсулин, и др.)
• - регуляторы иммунитета (тафтсин: Thr—Lys—Pro—Arg)
• -участвующие в пищеварении (гастрин)
• - регулирующие тонус сосудов (ангиотензин-2, брадикинин)
• - обезболивающие (энкефалины, эндорфины)
• - регулирующие аппетит (лептин, нейропептид Y)
• - участвующие в высшей нервной деятельности (сон, память, страх и т.д.)
• - токсины (токсины ос, пчел, амфибий, конусов)
• - антибиотики (валиномицин, грамицидин S) и т.д.

Вывод

• Пептидная связь является основой построения белковых молекул, из которых, в конечном итоге, строятся все живые организмы. Особенности её строения и пространственной конфигурации оказали огромное влияние на саму возможность существования жизни на нашей планете.

Спасибо за внимание