Презентация "Пептиды и белки" по химии – проект, доклад

№ 16. ПЕПТИДЫ и Белки

Спирали встречаются во многих областях: в архитектуре, в макромолекулах белков, нуклеиновых кислот и даже в полисахаридах (Loretto Chapel, Santa Fe, NM/© Sarbo )

Пептиды

Пептиды — соединения, построенные из нескольких остатков -аминокислот, связанных амидной (пептидной) связью

(греч. Πεπτος, peptós — сваренный, переваренный, питательный). Термин «пептиды» был предложен известным химиком Эмилем Фишером. Слово образовано из первых четырёх букв названия пептоны (продукты расщепления белков пепсином) и конечных букв названия углеводов полисахариды.

ФИШЕР (Fischer), Эмиль 9 октября 1852 г. – 15 июля 1919 г. Нобелевская премия по химии, 1902 г.

Классификация пептидов. В зависимости от числа аминокислотных остатков различают ди-, три-, тетра-, пента- и тому подобные пептиды; пептиды с молекулярной массой не более 10 000 у.е., (т.е. содержащие не более 50-60 аминокислотных остатков) называют олигопептидами, а с молекулярной массой, большей 10 000 у.е. полипептидами или белками.

Пептиды, названия NGF

Электронное строение амидной (пептидной) связи:

р--сопряженная система

ЭЛЕКТРОННОЕ И ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ ПЕПТИДНОЙ СВЯЗИ.

барьер вращения Составляет 63-84 кДж/моль

(С=О 0,121 нм) α транс- положение С-О 0,143 нм C=N 0,127нм

Взаимное положение плоскостей пептидных групп в полипептидной цепи

R R* R**

Основные функции пептидов: регуляторная (рилизинг-факторы или либерины, нейромедиаторы); гормональная (окситоцин, вазопрессин, брадикинин, гастрин и др.); антибиотическая (грамицидин А, В, С, S; актиномицин D и др.); антиоксидантная (глутатион и др.); регуляторы митоза (факторы роста); функция витаминов (фолиевая кислота); пептидные алкалоиды (эрготамин и др.); токсическая (фаллоидин, аманитин и др.).

ОТДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ ПЕПТИДОВ

Выполняет функцию протектора белков

Тафтсин

Селанк — (Thr-Lys-Pro-Arg-Pro-Gly-Pro, лекарственный препарат, обладающий наиболее выра­женной анксиолитической активностью (противотревожным действием).

Селанк – первый в мире пептидный анксиолитик с уникальным сочетанием психотропной активности: антидепрессивной, антиастенической и ноотропной

«Селанк можно применять и здоровым людям. Я, кстати, считаю, что это даже нужно. Ведь нервозность общества из-за урбанизации только возрастает»- Академик РАН Н. Ф. Мясоедов

Нейропептиды (опиатные пептиды). пептиды, содержащиеся в головном мозге. 1975 г. TyrGlyGlyPheMet метионин-энкефалин TyrGlyGlyPheLeu лейцин-энкефалин Эти пептиды оказывают обезболивающее действие и используются как лекарственные средства.

контролируют деятельность эндокринных желез в организме человека - влияют на эмоциональное состояние (Любовь, творчество, слава, власть)

Вазопрессин (от лат. vas – cocyд и presso – давлю), гормон, выделяемый задней долей гипофиза,вызывает сужение сосудов (действуя на гладкие мышцы их стенок) и повышение кровяного давления (прессорный эффект), а также поддерживает на должном уровне обратное всасывание воды в прямых канальцах почек, то есть уменьшает количество выделяющейся мочи (антидиуретический эффект).

3 8

Окситоцин (1954) вызывает сокращение гладких мышц матки и в меньшей степени — мышц мочевого пузыря и кишечника, стимулирует отделение молока молочными железами.

воздействие на психоэмоциональную сферу мужчин

Даларгин - синтетический аналог энкефалинов,биологически активных веществ из класса эндогенных опиоидных пептидов, оказывающих влияние практически на все функции органов пищеварительного тракта.

Tyr-D-Ala-Gly-Phe-Leu-Arg

Применяется Даларгин при обострении язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, ускоряет заживление язвы; панкреатите, панкреанекрозе. а так же при нарушениях психического состояния при алкоголизме

Семакс. гептапептид метионил-глутамил-гистидил-фенилаланил-пролил-глицил-пролин, MetGluHisPheProGlyPro , — лекарственное средство, оказывающее ноотропное и нейропротективное действие

Пептид АКТГ4-10 («Семакс») обладает нейроспецифическим эффектом в отношении ЦНС, влияет на процессы, связанные с формированием памяти и обучением, обладающий ноотропным, нейрометаболическим, нейропротективным, противоишемическим, антигипоксическим, антиоксидантным действием. Препарат усиливает внимание при обучении и анализе информации, улучшает консолидацию памятного следа, улучшает адаптацию организма к гипоксии, церебральной ишемии, наркозу и другим повреждающим воздействиям. Препарат практически не токсичен при однократном и длительном введении.

Инсулин (от лат. insula — остров) — гормон, ответственный за контроль метаболизма углеводов, жиров и белков, вырабатывается -клетками поджелудочной железы. С недостатком инсулина в организме связаны серьезные нарушения углеводного обмена (сахарный диабет).

Цепь А содержит 21, а цепь Б — 30 аминокислотных остатков. Инсулин применяется для лечения сахарного диабета.

Инсулин

шесть молекул инсулина ассоциированы в гексамер (видны три симметричные оси). Молекулы удерживают вместе остатки гистидина, связанные ионами цинка. Введенный инсулин находится под кожей в виде гексамера, постепенно распадаясь на биологически активные мономеры, поступающие в кровоток.

NPH-инсулины Длительного действия 16-18 час. «Изофан»

Биолан

комплекс веществ пептидной группы, природных нейропротекторных аминокислот и пептидов, оптимально сбалансированных и необходимых для нормального и стабильного функционирования нервной системы и организма человека.

- TrpAlaGlyGlyAspAlaSerGlyGlu -

Delta sleep inducng peptide, DSIP

-βAlaHis - карнозин - Gly - глицин

при стрессе и заболеваниях нервной системы; при хронической усталости, депрессии, раздражительности, бессоннице; в экстремальных ситуациях; для повышения физической и умственной работоспособности; для улучшения памяти, концентрации внимания, способности к обучению; для укрепления иммунной системы, повышения сопротивляемости организма; для ускорения выздоровления после заболеваний; для повышения адаптационных возможностей организма; для защиты от стрессов сердечно-сосудистой, дыхательной и эндокринной систем; для уменьшения побочных явлений химио- и радиотерапии при лечении онкологических заболеваний; при лечении алкоголизма и наркомании, при отвыкании от курения; для защиты организма от воздействия экологических загрязнений.

Принципиальная схема синтеза пептида

ИСКУССТВЕННЫЙ СИНТЕЗ ПЕПТИДОВ

Схема синтеза дипептида аланил-валина:

Первый компонент – N-концевая аминокислота аланин I. Защита группы –NH2

Z Ala OH ZCl Ala 2 экв. 1N NaoH

II. Активация группы –СООН

этилхлорформиат Z Ala OC(O)OC2H5 1N NaoH

смешанный ангидрид

Второй компонент – С-концевая аминокислота валин III. Защита группы –СООН

Val Val OEt 1 экв.1N NaOH

IV. Образование амидной связи

O Z Ala Val OEt

ZAla Val OH H Ala Val OH

Схема твердофазного синтеза полипептидов:

Схема твёрдофазного синтеза полипептидов Первый компонент – прикрепление к носителю

Второй компонент (и дальнейшее наращивание цепи)

Снятие с носителя

Функции белков

Строительная (пластическая) – белки участвуют в образовании оболочки клетки, органоидов и мембран клетки. Каталитическая – все клеточные катализаторы – белки (активные центры фермента). Двигательная – сократительные белки вызывают всякое движение. Транспортная – белок крови гемоглобин присоединяет кислород и разносит его по всем тканям. Защитная – выработка белковых тел и антител для обезвреживания чужеродных веществ. Энергетическая – 1 г белка эквивалентен 17,6 кДж. Рецепторная – реакция на внешний раздражитель

Степень организации белковых молекул

Первичная структура пептидов и белков.

Аминокислотный состав пептидов и белков - это природа и количественное соотношение входящих в них α-аминокислот.

Первичная структура пептидов и белков – это аминокислотная последовательность, т. е. порядок чередования α-аминокислотных остатков.

Белки в медицине. Серповидноклеточная анемия – наследственная болезнь, распространённая в Африке. У людей с этим заболеванием эритроциты имеют форму не двояковогнутой линзы, а неправильного полумесяца. Их прохождение по капиллярам затруднено, они хрупкие и плохо выполняют функцию транспорта кислорода.

Болезнь связана с одной-единственной аминокислотной заменой в белке гемоглобине – в шестой с конца позиции остаток отрицательно заряженной глутаминовой кислоты заменён на остаток неполярного валина. В результате молекулы гемоглобина слипаются в цепочки.

6

Вторичная структура белков

Вторичная структура белка — это более высокий уровень структурной организации, в котором закрепление конформации происходит за счет водородных связей между пептидными группами.

Лайнус Карл Полинг

1901—1994 выдающийся американский химик и физик, общественный деятель.

Нобелевская премия по химии (1954), Нобелевская премия Мира (1962)

a-спираль молекулы белка

Водородные связи

остаток АК образует водородную связь с четвёртым по цепи остатком АК; в образующемся цикле 13 атомов

a-спираль

-Структура

(анти) параллельный -складчатый слой (лист)

«меха аккордеона»

Межцепочечные Н-связи

b-структура белка

А – участок полипептидной цепи, соединенный водородными связями (зеленые пунктирные линии). Б – условное изображение b-структуры в форме плоской ленты, проходящей через атомы полимерной цепи (атомы водорода не показаны).

остатки пролина и глицина и стабилизируется межцепочечными водородными связями.

-Поворот

Домены – глобулярные области в пределах одной белковой молекулы Домены соединены шарнирным участком

Доменная структура NAD+-зависимой дегидрогеназы

Начиная с молекулярной массы примерно 14 — 16 кДа прослеживается тенденция к формированию белковой молекулы из двух ( и более) в той или иной мере независимо образованных глобул, каждая из которых имеет свое гидрофобное ядро. Такие глобулы — домены — формируются различными отрезками одной и той же полипептидной цепи.

Полипептидная цепь, включающая элементы той или иной вторичной структуры, способна вся целиком укладываться определенным образом в пространстве, т.е. приобретает третичную структуру. При этом во взаимодействие вступают боковые радикалы -аминокислотных остатков, находящиеся в линейной полипептидной цепи на значительном удалении друг от друга, но сближенные в пространстве за счет изгибов цепи

молекула приобретает форму компактного клубка – глобулярные белки (globules, лат. шарик, эллипсоид вращения), мало Н-связей, растворимы в воде. Нитевидная форма – фибриллярные белки, (fibra, лат. волоконце), много межцепочечных Н-связей, нерастворимы в воде .

Третичная структура

Третичной структурой белка называется способ укладки полипептидной цепи в пространстве

Глобулярные белки

ГЛОБУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА АЛЬБУМИНА (белок куриного яйца). В структуре помимо дисульфидных мостиков присутствуют свободные сульфгидридные HS-группы цистеина, которые в процессе разложения белка легко образуют сероводород – источник запаха тухлых яиц. Дисульфидные мостики намного более устойчивы и при разложении белка сероводород не образуют

Третичная структура содержит α-спирали, соединенные одиночными цепями

РАЗЛИЧНЫЕ ВАРИАНТЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ третичной СТРУКТУРЫ БЕЛКА КРАМБИНА. А– структурная формула в пространственном изображении. Б – структура в виде объемной модели. В – третичная структура молекулы. Г – сочетание вариантов А и В. Д – упрощенное изображение третичной структуры. Е – третичная структура с дисульфидными мостиками.

Растительный белок Крамбин из Crambe Abyssinica, имеющий всего 46 аминокислотных остатков

Фибриллярные белки

ФИБРИЛЛЯРНЫЙ БЕЛОК ФИБРОИН – основной компонент натурального шелка и паутины

содержат большое количество остатков глицина, аланина и серина (каждый второй аминокислотный остаток – глицин); остатки цистеина отсутствуют

НАДМОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА ФИБРИЛЛЯРНОГО БЕЛКА КОЛЛАГЕНА. На примере коллагена можно видеть, что в образовании фибриллярных белков могут участвовать как a-спирали, так и b-структуры.

Коллаге́н — фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилие, кость, хрящ, дерма и т. п.) и обеспечивающий ее прочность и эластичность.

Молекула коллагена представляет собой правозакрученную спираль из 3 α-цепей (тропоколлаген). Один виток спирали α-цепи содержит три аминокислотных остатка -Gly-Pro-HyPro- Молекулярная масса коллагена около 300 кДа, длина 300 нм, толщина 1,5 нм.

Троично-спиральная модель

от греч. lýsis — растворение, распад и zýme — закваска) мурамидаза, фермент класса гидролаз разрушает стенку бактериальной клетки, в результате чего происходит её растворение (Лизис).

Структура лизоцима (мурамидазы).

Трёхмерная структура лизоцима

Сериновая протеаза - трипсин

Родопсин

фермент класса гидролаз, катализирующий гидролиз в белках пептидных связей, образованных остатками основных аминокислот - аргинина и лизина; катализирует также гидролиз сложных эфиров и амидов аминокислот

основной зрительный пигмент

ацилтрансфераза пиктатлиаза С

Ацилтрансфераза— фермент, тип трансферазы, переносящей ацильную группу на молекулу субстрата.

У бактерий имеются трансмембранные каналообразующие белки, так называемые порины. Эти белки - тримеры образуют поры, заполненные водой и проницаемые для молекул с молекулярной массой до 600 Да

Порины - трансмембранные белки, представляющие собой гидрофильные поры в липофильной мембране

Этот белок может существовать в двух конформациях – “здоровой” PrPC, которую можно обнаружить в здоровых клетках и “патологической” – PrPSc, которая является прионом. Для PrPC формы характерно преобладание α- спиралей, а для PrPSc – наличие β-складчатых слоёв.

Прионы

– это инфекционный агент, который представляет собой аномальную модификацию белка мембран нервных клеток под названием PrP (прионный белок), которая катализирует превращение нормальных молекул PrP в себе подобные.

Губчатые энцефалопатии

* Синдром Крейцфельда-Якоба * синдром Герсманна–Штройслера–Шейнкера * хроническая семейная бессонница, * болезнь куру (связана с ритуальным каннибализмом народности Форе в восточной части Новой Гвинеи) * скрепи

дегенеративное изменение мозга под воздействием инфекции или аномальных белков - ПРИОНОВ

* коровье бешенство

Лечения прионных инфекций не существует.

Проявляется болезнь медленно прогрессирующими нарушениями памяти и мыслительных функций (деменцией), которые в итоге приводят к смерти. Образование прионов может произойти спонтанно, быть результатом наследуемой мутации соответствующего гена или возникнуть при попадании прионов извне – при нейрохирургических манипуляциях, каннибализме и употреблении в пищу мозга больных животных.

В результате перерождения ткань мозга повреждается с образованием множества небольших полостей, из-за чего мозговое вещество больных напоминает губку.

Фолдинг – спонтанное сворачивание белковой цепи с образованием уникальной нативной третичной структуры.

белки-шапероны

Под четвертичной структурой подразумевают способ укладки в пространстве отдельных полипептидных цепей (одинаковых или разных) с третичной структурой, приводящий к формированию единого в структурном и функциональном отношениях макромолекулярного образования (мультимера). Каждая отдельная полипептидная цепь в структуре мультимера называется протомером. Протомеры комплементарны и связываются в единую надмолекулярную структуру нековалентными связями. Самостоятельный протомер чаще всего не обладает биологической активностью.

Четвертичная структура белков

ОБРАЗОВАНИЕ ЧЕТВЕРТИЧНОЙ СТРУКТУРЫ ГЛОБУЛЯРНОГО БЕЛКА ферритина при объединении молекул в единый ансамбль

Ферритин — глобулярный белковый комплекс, состоящий из 24 субъединиц и выполняющий роль основного внутриклеточного депо железа.

Пример четвертичной структуры - вирус табачной мозаики: 2130 одинаковых молекул белка расположены вокруг РНК вируса

Капсид вируса представляет собой спираль, состоящую из 130 витков с шагом спирали 23 Å. Спираль сформирована из 2130 идентичных молекул белка (мономеров), содержащих по 158 аминокислотных остатков.

Гемоглобин выполняет роль переносчика кислорода от лёгких к клеткам

Четвертичная структура гемоглобина. Чёрные диски обозначают молекулы гема.

тетрамер

Гемоглобин человека

Схема связывания кислорода гемоглобином

His93

Каждый эритроцит несёт в себе 280 млн. молекул гемоглобина

Строение белковой молекулы

Денатурация белков

Денатурация белков — это разрушение их природной (нативной) пространственной структуры с сохранением первичной структуры

Денатурированный белок теряет свои биологические свойства.

По данным Всемирной организации здравоохранения примерно половина населения земного шара находится в состоянии белкового голодания, а мировая нехватка пищевого белка составляет около 15 млн. тонн в год при норме потребления белка в сутки взрослым человеком 115 граммов

Цветные реакции на белки

1. Ксантопротеиновая – взаимодействие с концентрированной азотной кислотой, которое сопровождается появлением желтой окраски.

2. Биуретовая – взаимодействие слабощелочных растворов белков с раствором сульфата меди (II), в результате которой появляется фиолетово-синяя окраска.

Спасибо!!!