Obraz 8 (37)

192

11.4. Kilka stów o peptydach i białkach

Ćwiczenie 11.3. Bradykinina, jeden z peptydów regulujących ciśnienie krwi, jest zbudowana z 9 aminokwasów, a więc jest nonapeptydem. Kolejność aminokwasów w łańcuchu peptydowym nazywamy sekwencją. Gdy chcemy nazwać bradykininę to musimy wymienić we właściwej sekwencji nazwy reszt aminokwasowych. Zaczynamy zawsze od tego końca peptydu, przy którym jest wolna grupa aminowa, czyli od N-końca. Na C-końcach są aminokwasy z wolną grupą karboksylową. Bradykinina ma następującą sekwencję:

arginyloproliloproliloglicylofenyloalanyloseryloprolilofenyloalanyloarginina.

W praktyce stosuje się inny, prostszy sposób wyrażania sekwencji peptydów, ale wymaga on znajomości odpowiednich skrótów literowych oznaczających poszczególne aminokwasy.

Jakie aminokwasy są na N-końcu i C-końcu bradykininy?

Ile różnych aminokwasów jest w cząsteczce bradykininy?

Gdybyś zechciał napisać wzór strukturalny bradykininy, to zyskałbyś wyobrażenie o chemicznej złożoności peptydów i białek. Nie należą do rzadkości białka, w których łańcuchy peptydowe liczą kilkaset aminokwasów. Zdajesz sobie teraz sprawę, że nawet napisanie chemicznych wzorów białek jest problemem. Tym większe uznanie należy się uczonym, którzy opracowali metody badania białek i w najdrobniejszych szczegółach poznali budowę wielu z nich.

Jednym z aktualnych zadań chemii jest synteza peptydów i białek o dowolnej sekwencji dowolnych aminokwasów. Potrzeba chemicznej syntezy wynika stąd, że w przyrodzie występują liczne biologicznie aktywne peptydy, których tylko jednym z przykładów jest bradykinina. Naturalne peptydy znajdują zastosowanie w lecznictwie ale nie można ich wydobywać z tkanek zwierzęcych, bo występują tam w niezwykle małych stężeniach. Trwają również poszukiwania nowych biologicznie aktywnych peptydów, a to jest możliwe tylko na drodze chemicznej syntezy. Otrzymywanie nowych peptydów pozwala na poznanie zależności między sekwencją a funkcją biologiczną. Jest to dziedzina badań, która nigdy nie zostanie zamknięta, ponieważ liczba małych nawet peptydów jest praktycznie nieograniczona. Z 20 aminokwasów białkowych może powstać 116280 tetrapeptydów w których każdy aminokwas występuje tylko jedefl fil. Łańcuch peptydowy zbudowany z 20- różnych aminokwasów 0$ 10¹⁸ izomerów sekwencyjnych.

Ćwiczenie 11.4. Gdyby każdy z aminokwasów białkowych występował S razy w łańcuchu peptydowym zbudowanym ze 100 aminokwasów, to łańcuch taki miałby około 10¹⁰⁰ izomerów sekwencyjnych. Gdybyś wziął jedną cząsteczkę każdego izo-

w_ meru to miałbyś 10⁷⁷ moli mieszaniny białek, których masa molowa wynosi około 10 000 u (przyjmujemy dla prostoty, że średnia masa molowa aminokwasu wynosi 100). Mieszaniny tej byłoby zatem 10⁸¹ g. Można założyć, że gęstość tej substancji białkowej wynosi I g/cm³. Gdybyś całą tę masę uformował w bryłę sześcienną i wzdłuż krawędzi puścił promień światła, to po ilu latach światło dotarłoby do obserwatora stojącego na drugim końcu krawędzi tego sześcianu? Czy można mieć nadzieję, że nigdy nie zostaną bez pracy uczeni zajmujący się chemiczną syntezą białka?

Łańcuchy peptydowe mają nie tylko właściwą sobie sekwencję aminokwasów ale także budowę przestrzenną. Przy omawianiu budowy białek posługujemy się pojęciem rzędowości struktury. Rozróżniamy pierwszo-rzędową, drugorzędową, trzeciorzędową i czwartorzędową strukturę białka.

Strukturą pierwszo rzędową nazywamy kolejność aminokwasów, czyli sekwencję łańcuchów peptydowych.

Drugorzędową strukturą białka nazywamy te konformacje łańcuchów peptydowych, których istnienie zależy tylko od powstawania wiązań wodorowych między grupami C=0 i N-H z wiązań amidowych. Łańcuchy peptydowe mogą być w mniejszym lub większym stopniu rozciągnięte albo też mogą przyjąć konformację helikalną, a wtedy ich kształt przypomina sprężynę, utworzoną przez owinięcie drutu na walcu. Konformacja helikalna jest stabilizowana przez wiązania wodorowe między grupami C=0 i N-H z grup amidowych, które leżą w odległych od siebie miejscach łańcucha pep-tydowego, ale w wyniku powstania konformacji helikalnej znajdują się blisko siebie. Ocenia się, że średnio w białkach około 25% długości łańcuchów peptydowych ma konformację helikalną. Jest to jedyna konformacja łańcuchów peptydowych w keratynie, białku z którego zbudowane są włosy.

Strukturą trzeciorzędową nazywamy konformacje łańcuchów peptydowych, powstające przede wszystkim w wyniku oddziaływań między tzw. łańcuchami bocznymi peptydów. Są to po prostu grupy R w ogólnym wzorze aminokwasów. Niezależnie od ich struktury drugorzędowej, łańcuchy peptydowe są długimi, nitkowatymi tworami i jak nitki mogą się zwijać w różnej wielkości pętle i tworzyć kłębki, których całkiem dobrym modelem są bezładne kłębki wełny. Nietrudno zrozumieć, że powstanie kłębka umożliwia zetknięcie nawet tych fragmentów nitki, które w konformacji rozciągniętej są bardzo oddalone od siebie. Na przykład w jednym z enzymów kwas glutaminowy znajdujący się na pozycji 72 w łańcuchu peptydowym znajduje się blisko tyrozyny, zajmującej pozycję 248. Największe znaczenie w powstawaniu struktur trzeciorzędowych mają różnego rodzaju wiązania, tworzące się między grupami funkcyjnymi należącymi do łańcuchów bocznych. Oto kilka takich wiązań: