Пептиды (греч. Πεπτος — питательный) — семейство природных или синтетических соединений, молекулы которых состоят из двух и более остатков α-аминокислот, соединенных в неразветвленный цепь ковалентными пептидными связями -C (O) -NH-. Пептидные связи образуется в результате реакции конденсации между α-карбоксильной группой одной аминокислоты и α-аминогруппой другой. Большинство природных пептидов построены из двадцати «стандартных» протеиногенным аминокислот, кодируемых генетическим кодом. На сегодня известно более 1500 природных пептидов, определены их свойства и разработаны методы синтеза.

Хотя формально пептид является аминокислотный цепь любой длины, этот термин чаще всего используют для коротких полимеров, содержащих до 40-50 мономерных единиц. Длиннее пептиды называют полипептидами или белками.

Номенкалатура

В зависимости от количества аминокислотных остатков, входящих в состав пептида различают дипептиды, образованные двумя аминокислотами, на одну мономерные звенья длиннее трипептиды, еще на одну — тетрапептид, пентапептиды содержат пять остатков аминокислот и так далее. Пептиды, длиной не более десяти аминокислотных звеньев, называют олигопептидами. Когда в пептидный цепочку объединяется много аминокислот, то образуется полипептид. Грань между олигопептидами и полипептидами (тот размер, при котором молекула перестает считаться олигопептидов и становится полипептидом) достаточно условна. Часто пептиды, содержащие менее 10-20 аминокислотных остатков, называют олигопептидами, а вещества с большим числом аминокислотных звеньев — полипептидами. Природные полипептиды с молекулярной массой более 6000 Да, или содержат более ста аминокислотных остатков, обычно называются белками. Но это деление условно. Некоторые молекулы, например, гормон глюкагон, который содержит только двадцати девяти аминокислот, называют белковым гормоном. Небольшая белковая молекула окситоцина упоминается как полипептид, или просто как пептид.

Пептиды имеют два разных концах: N-конец, содержащий свободную аминогруппу первой аминокислоты, и C-конец со свободной карбоксильной группой последней. Сокращенно первичную структуру полипептидов записывают используя трех- или однолитерне позанчення аминокислот начиная с N-конца, например, для пептидного гормона — ангиотензина II: Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe, или в соответствии DRVYIHPF. Каждый аминокислотный остаток кроме последнего читается с окончанием -ил (или -ил) вместо ин (или ин или -ат в случае глутамата и аспартата), так полное название этого пептида звучать как аспартиларгінілвалілтирозилізолейцилгістидилпролілфенілаланін.

История

Пептиды впервые были выделены из гидролизатов белков, полученных с помощью ферментации.

Термин «пептид» предложен немецким химиком-органиком Эмилем Фишером, который до 1905 г.. Разработал общий метод синтеза пептидов. В 1900 году он выдвинул гипотезу о том, что пептиды состоят из цепочки аминокислот, соединенных связями. И уже в 1902 году получил неопровержимые доказательства существования пептидной связи.

В 1953 Венсан дю Виньо синтезировал окситоцин, первый полипептидный гормон. 1963, на основе концепции твердофазного пептидного синтеза (P. Меррифилд) были созданы автоматические синтезаторы пептидов. Использование методов синтеза полипептидов позволило получить синтетический инсулин и некоторые ферменты.

Классификация пептидов и их структура

Линейная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепочке называется первичной структурой пептида. Цепочка повторяющихся атомов -NH -CH (R1) — CO-NH -CH (R2) — CO-NH -CH (R3) — CO-NH -CH (R4) — CO- называется пептидной остовом. Пространственная конформация молекулы пептида стабилизирована водородными связями между аминокислотными остатками составляет его вторичную структуру.

Одним из признаков разделения длинных полипептидов, и небольших по размеру белков структурная гибкость их макромолекул. Так, полипептиды — это гибкие молекулы, а белкам свойственна определенная стабильная конформация. Согласно этому разделению, инсулин (51 аминокислотный остаток) является белком со структурой фиксированной тремя дисульфидными мостиками.

По качественному составу аминокислот различают:

  • гомомирни пептиды — соединения, состоящие только из аминокислотных остатков;
  • гетеромирни пептиды — вещества, в состав которых входят также небелковые компоненты. Так гликопептиды содержат в молекуле углеводные остатки.

Пептиды также делятся по способу связи аминокислот между собой:

  • гомодетни — пептиды, аминокислотные остатки которых соединены только пептидными связями;
  • гетеродетни пептиды — те соединения, в которых кроме пептидных связей встречаются еще и дисульфидные, эфирные и тиоефирни связи.

Пептиды различаются не только по аминокислотному составу, количеству, расположению и соединением аминокислотных остатков в полипептидную цепочку. Например, о-Сер-о-Ала-Гис и ГИС-Ала-Про-Сер-О: несмотря на одинаковый количественный и качественный состав, эти пептиды имеют совершенно разные свойства.

Классификация пептидов с их функцией

Как правило, классификация пептидов за функцией не является идеальной, поскольку некоторые пептиды могут относится к разным группам одновременно. Так, например, вазопрессин, кроме сосудосуживающего и анти-диуретического действия, улучшает память. А окситоцин может рассматриваться и как гормон (передача сигнала между клетками), и как нейропептид, потому что выполняет функции медиатора в мозге.

Пептидные гормоны

Пептидные гормоны — это многочисленный и наиболее разнообразный по составу класс гормональных соединений, представляет собой биологически активные вещества, которые участвуют в проведении сигналов между клетками. Их образование происходит в специализированных клетках железистых органов, после чего активные соединения поступают в кровеносную систему для транспортировки к органам-мишеням. После достижения цели гормоны специфически влияют на определенные клетки, взаимодействуя с соответствующим рецептором. Классическими примерами пептидных гормонов является брадикинин, ґастрин, окситоцин и др.

Нейропептиды

Нейропептиды обнаружили в нервных тканях. Нейропептиды — соединения, синтезируемые в нейронах мозга и вовлечены в регуляционные и сигнальные процессы. Действие нейропептидов на центральную нервную систему очень разнообразна. Они воздействуют непосредственно на мозг, контролируют сон, влияют на память, поведение, процессы обучения, обладают обезболивающим действием. Классическими примерами нейропептидов является эндорфины, вазопрессин, и т. Д.

Опиоидные пептиды

Наиболее многочисленной и разнообразной по функциям и воздействию на организм среди нейропептидов есть семья опиоидных пептидов. Опиоидные пептиды — группа природных и синтетических активных пептидов, сходных с опиатами (морфин, кодеин и т.д.) по способности связываться с опиоидными рецепторами организма.

Обнаружение в мозге высокоспецифичных рецепторов классических непептидные опиатов — морфина и др. позволило начать целенаправленный поиск их эндогенных лигандов. Первые работы по изучению опиоидных пептидов принадлежат А. Голдстайна, Дж. Хьюс, Х. Костерлиц, С. Снайдеру, Л. Терениусу. В исследованиях Дж. Хьюса и Х. Костерлиц в 1975 году впервые из мозга свиньи были выделены и идентифицированы два морфиноподобный кислоторастворимых пентапептида — тир-гли-гли-фен-лей и тир-гли-гли-фен-мет, впоследствии названных лей — и мет-энкефалинами. Кроме того, эндогенные морфиноподобные вещества были впервые выделены из целого мозга и гипофиза голубей, морских свинок, крыс, кроликов и мышей. А в 1976 году фракции таких олигопептидов были обнаружены в спинномозговой жидкости и крови человека. Различные виды этих олигопептидов получили название эндорфинов и энкефалинов.

Лиганды опиоидных рецепторов также были обнаружены во многих периферических органах, тканях и биологических жидкостях. Опиоиды присутствуют в гипоталамусе и гипофизе, плазме крови и спинномозговой жидкости, желудочно-кишечном тракте, легких, органах репродуктивной системы, иммунокомпетентных тканях и даже в коже. Наряду с эндорфинами обнаружены и, так называемые, екзорфины или параопиоиды — опиоидные пептиды, образующиеся при пищеварения. До сих опиоидные рецепторы и их эндогенные лиганды обнаружены практически во всех органах и тканях млекопитающих, а также в животных низших степеней классификации до простейших.

Основная часть опиоидных пептидов образуется путем внутриклеточного расщепления высокомолекулярных предшественников, что приводит к образованию ряда биологически активных фрагментов, в том числе и опиоидных пептидов. Идентифицированы и наиболее изучено трех следующих предшественника: проопиомеланокортина (ПОМК), проэнкефалин А и продинорфина (проэнкефалин В). В состав ПОМК (локализованного главным образом в гипофизе) входят аминокислотные последовательности b-липотропин, АКТГ, a-, b- и g-меланоцитстимульованих гормонов, a-, b- и g-эндорфинов. В наше время установлено, что основным источником энкефалинов (метионин-энкефалина и лейцин-энкефалина) в организме является проэнкефалин А, локализован преимущественно в надпочечниках. В его состав входят 4 аминокислотные последовательности мет-энкефалина и одна лей-энкефалина, а также ряд удлиненных форм мет-энкефалина: меторфамид, МЕРГЛ (мет-энкефалинов-Arg6-Gly7-Leu8), Мерфи (мет-энкефалинов-Arg6-Phe7) пептид Ф и группы родственных пептидов, входящих в состав пептида Е: BAM 22, 20, 18, 12, взаимодействующих с опиоидными рецепторами mu-, kappa и delta-типа.

В структуре другого проэнкефалин — препроэнкефалина В (или продинорфина) — обнаружены последовательности a и b-неоендорфинов, динорфинов [динорфин 1-8, 1-17 (А), динорфин В (риморфин), 4кД-динорфин], обладающих наибольшим сродством к ОР k-типа, а также лей-энкефалина. Радиорецепторний анализ связывания эндорфинов и энкефалинов с опиоидными рецепторами показал, что родство целей и лей-энкефалинов в опиоидных рецепторов delta-типа выше, чем к рецепторам mu-типа; b-эндорфин имеет примерно одинаковую сродство к опиоидных рецепторов mu и delta-типа, a и g-эндорфины проявляют гораздо меньшее сродство к обоим типам рецепторов по сравнению с b-эндорфинов. Несмотря на то, что мет-энкефалин взаимодействует преимущественно с опиоидными рецепторами d-типа, его аналоги с шего аминокислотной последовательностью — меторфамид и пептиды группы BAM (пептиды из мозгового вещества надпочечников) обладают противоположным профилем селективной взаимодействия с опиоидными рецепторами (mu> kappa> delta ). Большинство эндогенных опиоидов, тем или иным образом, могут взаимодействовать с несколькими типами рецепторов. Так, b-эндорфин своим N-концевым фрагментом способен взаимодействовать с mu и delta-опиоидными рецепторами, а С-концом с epsilon-рецепторами. В коже амфибий, а затем в мозге и других органах теплокровных, обнаружен четвертый предшественник ОП — продерморфин, который считается источником дерморфина (mu-агониста) и дельторфина (delta-агониста). В ЦНС обнаружены эндогенные пептиды, которые специфически взаимодействуют с mu-опиоидными рецепторами: Tyr-Pro-Trp-Phe-NH2 и Tyr-Pro-Phe-Phe-NH2, названные эндоморфинов, а также пептид ноцицептин, который проявляет анальгетический эффект через взаимодействие с опиоидоподибнимы орфановимы рецепторами.

Тахикининови пептиды ()

Тахикинины — одна из крупнейших семей пептидов, распространенная у четвероногих позвоночных.

  • Субстанция Р
  • Касинин
  • Нейрокинин А
  • Еледоизин
  • Нейрокинин В
Панкреатические полипептиды
  • NPY
 Пептид YY APP Avian pancreatic polypeptide en: HPP Human pancreatic polypeptide 

Алкалоиды

Алкалоиды, как правило, пептидами растений, грибов и некоторых животных, таких как моллюски. Алкалоиды вовлечены в защиту одного организма от его поедания другими организмами. Классическими примерами пептидных алкалоидов является эрготамин, пандамин, динорфин- (1-8) -октапептид, N-β (бета) — (D-Leu-D-Arg-D-Arg-D-Leu-D-Phe) -налтрексамин и др.

Антибиотики

Антибиотики подавляют рост микроорганизмов, как правило, бактериальных клеток, локализованных в организме грибков и простейших. Классическими примером пептидных антибиотиков является тиротрицин, бацитрацин, грамицидин, валиномицин и др.

Токсины

Пептидные токсины являются ядовитыми веществами в большинстве. Например, палютоксин, аґатоксин, куртатоксин и др.

Пептиды иммунологической действия

Наиболее изучены пептиды, участвующих в иммунном ответе — тафцин, тимопотин II и тимозин α1. Их синтез в клетках организма человека обеспечивает функционирование иммунной системы.

Пептидные биорегуляторы

Пептиды участвуют во многих процессах живых организмов, обладающие высокой физиологической активностью, регулируют различные биологические процессы. Группа пептидов-биорегуляторов четко не определена, так как почти любой пептид может регулировать некоторые процессы в организме. Однако, эта группа используется для классификации пептидов, которые четко не относятся к другим группам. Примером регуляторных пептидов является ансерин, карнозин и др.

Классификация пептидов с их синтезом

Рибосомные пептиды Почти все известные пептиды синтезируются в процессе трансляции мРНК на рибосомах. Как правило, они пиддлягають дальнейшей посттрансляционной модификации, которая может включать в себя даже оптическую изомеризацию L-аминокислот в D-аминокислоты.

Нерибосомни пептиды — это пептиды, которые синтезируются в процессе ферментативного катализа. Примером может служить глутатион, циклические пептиды.

Пептоны — это пептиды, полученные процессов пищеварения, промежуточные продукты неполного расщепления (гидролиза) белков.

Синтетические пептиды Биосинтез пептидов в организме происходит в течение нескольких минут, химический же синтез в условиях лаборатории — достаточно длительный процесс, который может занимать несколько дней, а разработка технологии синтеза — несколько лет. Однако, несмотря на это, существуют веские аргументы в пользу проведения работ по синтезу аналогов природных пептидов.

Во-первых, путем химической модификации пептидов можно подтвердить гипотезу первичной структуры. Аминокислотные последовательности некоторых гормонов стали известны именно благодаря синтезу их аналогов в лаборатории.

Во-вторых, синтетические пептиды позволяют подробнее изучить связь между структурой аминокислотной последовательности и ее активностью. Для выяснения вопроса как связанные конкретная структура пептида и его биологическая активность, были синтезированы не одну тысячу аналогов. В результате удалось выяснить, что замена только одной аминокислоты в структуре пептида способна в несколько раз увеличить его биологическую активность, или изменить ее направленность. А изменение длины аминокислотной последовательности помогает определить расположение активных центров пептида и участки рецепторного взаимодействия.

В-третьих, благодаря модификации исходной аминокислотной последовательности, появилась возможность получать фармакологические препараты. Создание аналогов природных пептидов позволяет выявить более «эффективные» конфигурации молекул, которые усиливают биологическое действие, или удлиняют ее продолжительность.

В-четвертых, химический синтез пептидов экономически выгоден. Большинство терапевтический препаратов стоили бы в десятки раз больше, если бы были сделаны на основе природного продукта.

Чаще активные пептиды в природе проявляются лишь в нанограммовых количествах. Кроме этого, современные методы очистки и выделения пептидов из природных источников не могут полностью распознать нужную аминокислотную последовательность среди смеси ишших пептидов. По специфическим пептидов организма человека, то получить их можно только путем синтеза в лабораторных условиях.

На основе разработанной петербургскими учеными технологии из органов и тканей животных были выделены пептиды, обладающие тканеспецифической действием, способны восстанавливать на оптимальном уровне метаболизм в клетках тех тканей, из которых они выделены. Важным отличием этих пептидов является их регулирующее воздействие: при подавлении функции клетки они ее стимулируют, а при повышенной функции — снижают до нормального уровня. Это позволило создать новый класс лекарственных препаратов — пептидные биорегуляторы.

Первый из них — иммуномодулятор тималин — уже более 28 лет находится на фармацевтическом рынке и применяется для восстановления функции иммунной системы при заболеваниях различного генеза, включая онкологические заболевания. За ним последовали эпиталамин (биорегулятор нейроэндокринной системы), Сампрост (препарат для лечения заболеваний предстательной железы), Кортексин (препарат для лечения широкого спектра неврологических заболеваний), ретиналамин (препарат для лечения дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки). За 25 лет широкого применения пептидных биорегуляторов их получили более 15 млн человек. При этом не было выявлено противопоказаний к их применению и побочных эффектов.

Значение

Пептиды участвуют во многих процессах живых организмов, обладающие высокой физиологической активностью, регулируют различные биологические процессы. По своей биорегуляторных действием пептиды принято делить на группы:

  • соединения, обладающие гормональной активности (глюкагон, окситоцин, вазопрессин и др);
  • вещества, регулирующие пищеварительные процессы (гастрин, желудочный ингибирующий пептид и т.д.),
  • пептиды, регулирующие аппетит (эндорфины, нейропептид-Y, лептин и др);
  • соединения, обладающие обезболивающим эффектом (опиоидные пептиды)
  • органические вещества, регулирующих высшую нервную деятельность, биохимические процессы, связанные с механизмами памяти, обучения, возникновением чувства страха, ярости и др;
  • пептиды, регулирующие артериальное давление и тонус сосудов (ангиотензин II, брадикинин и др.)
  • пептиды иммунологического действия защищают организм от потрапиляння в него токсинов.

Для правильной работы клеток и тканей необходимо адекватное количество пептидов. Однако с возрастом и при патологии возникает дефицит пептидов, который существенно ускоряет износ тканей, что приводит к старению всего организма. Сегодня проблему недостаточности пептидов в организме научились решать. Пептидный пул клетки заполняют синтезированными в лабораторных условиях короткими пептидами.

Терминология по теме

  • Полипептиды — простой линейная цепь, состоящая из аминокислот
  • Олигопептиды или (просто) пептиды — пептиды с числом аминокислот в цепи до 30-50, в случае полипептидов и до десяти аминокислот, в случае простых пептидов
  • Дипептид — вещество белковой природы, состоящий из двух аминокислотных остатков, соединенных пептидной (амидной) связью (-С (O) -NH-). Типичный пример- D-аланин дипептид. В организме образуются при разложении полипептидов при воздействии фермента — дипептидил пептидазы. Усваиваются быстрее мономерные аминокислоты.
  • Трипептиды
  • Гексапептид
  • Нейропептиды — пептиды, ассоциированные с нервной тканью
  • Пептидные гормоны — пептиды с гормональной активностью

Изображения по теме

  • Пептиды