Презентация на тему ПЕПТИДЫ и Белки

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.
Пептиды

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.
р--сопряженная система
барьер вращения
Составляет
63-84 кДж/моль
(С=О 0,121 нм)
α
α
транс- положение
С-О 0,143 нм
C=N 0,127нм

Взаимное положение плоскостей пептидных групп в полипептидной цепи
α
α
α
R
R*
R**
1080

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 OH
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
Z Ala OC(O)OC2H5
O
Val OEt
Z Ala Val OEt

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
Функции белков

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

Вторичная структура белков
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

Гемоглобин человека
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.