Понятие о пептидах и белках

Слово белок появилось в русском языке задолго до того, как была выяснена химическая природа этого вещества. Этот термин представляет собой производное от прилагательного «белый» и служит характеристикой различий двух разных по цвету основных компонентов куриного яйца (белка и желтка). Синонимом белка является слово «протеин» (англ. protein), которое используется во всей научной (и не только научной) литературе и происходит от греческого слова prwto — прото (первый, главный, важнейший), чем с давних времен подчеркивалась его исключительная роль. А латинское слово белок — albumen (или albuminis), альбумин используется для целой группы уже давно известных белков.

Другое ключевое слово — пептид — происходит от греческого пепто (варить, переваривать) и отражает процесс расщепления длинных белковых молекул, в результате чего образуются короткие фрагменты. Однако, как уже было отмечено, с позиций химии, пептидами являются все белки. Поэтому для разделения коротких и длинных пептидных цепей в качестве приставок используются два других греческих слова: Хligojолигос (немногий, малый) и приставка polЪ — поли- (много, многое). В результате олигопептидами (или часто для краткости — пептидами) называют сравнительно короткие аминокислотные последовательности, а полипептидами (белками) — длинные. В дальнейшем мы часто будем пользоваться терминами белок и пептид, учитывая указанное различие.

Рис. 1. Строение пептида

Термин «пептиды» был предложен известным химиком Эмилем Фишером (1852 -1919 гг.). Слово образовано из первых четырех букв названия пептоны (продукты расщепления белков пепсином) и конечных букв названия углеводов полисахариды.

По размеру молекулы и своим свойствам пептиды стоят между высокомолекулярными белками и аминокислотами. Наиболее распространены линейные пептиды, однако известны также циклические пептиды, молекулы которых могут иметь различные размеры. Циклические пептиды образуются из линейных, когда пептидная связь связывает аминои карбоксильную функцию Nи С-концевых аминокислот.

Полинг и Кори в 1951 г. показали с помощью рентгеноструктурного анализа аминокислот, амидов аминокислот и простых линейных пептидов, что пептидная связь СN укорочена по сравнению с нормальной простой связью (рис. 2).

Рис. 2. Средние расстояния между атомами (CN), образующими пептидную связь и углы между связями

Вследствие мезомерии получаются две устойчивые плоские конформации, транс (1) и цис (2), при затрудненном свободном вращении около связи СN:

Рис. 3. Транс- (1) и цис- (2) пептиды

В 2,5-дикетопиперазинах, простейших циклических пептидах, построенных из двух аминокислот, имеются цис-пептидные связи. Циклические трипептиды могут существовать без напряжения также только с тремя цис-пептидными связями. Поскольку пролин и саркозин не обладают возможностью стабилизации транс-пептидиой связи, то можно легко синтезировать циклический трипептид — циклотрипролил. В нативных пептидах и белках преобладает транс-пептидная связь. В некоторых белках были найдены также и цис-пептидные связи, при этом в образовании пептидной связи всегда участвовал пролин [1].

Названия белков и пептидов очень разнообразны. Первоначально они давались в то время, когда их химическая (первичная) структура была еще неизвестна. Целым группам белков присваивались названия на основании того, как они растворяются в воде, в растворах нейтральных солей, щелочах, кислотах и органических растворителях (например, протамины). Однако затем наибольшее число названий конкретных веществ пептидной природы стало даваться по названию органа, ткани или целого животного, из которого они были выделены, и по функциям, которые они осуществляют.

Первый олигопептид был получен из мясного фарша и поэтому назван карнозином (от лат. carnis — мясо), название одного из основных белков мяса — миозин — произошло от соответствующего греческого слова мышца (mаj — миос), а целая группа белков гистонов получила название от греческого слова (istТ — хистос), характеризующего понятие ткань. Примером использования названия животного служит ксенопсин, выделенный из африканской гладкой шпорцевой лягушки Xenopus laevis. Функциональные свойства олигопептидов отражены, например, в названиях брадикининов и тахикининов, вызывающих, в частности, ослабление (брадикардию) и усиление (тахикардия) сердечной деятельности. Некоторые названия хранят в себе название места, где они были открыты: ригин — в г. Рига (Латвия), а тафтцин — в Тафтском университете (США). Можно долго рассказывать об этой стороне предмета, поскольку число подобных примеров исчисляется тысячами. Однако предоставим это занятие профессиональным историкам науки для всестороннего и полного исследования, тем более что такие работы уже ведутся. Приведем только один пример.

В 30-е гг. прошлого века в Германии из сыворотки крови лошади было выделено вещество, которому присвоили название субстанция P (P — латинское). В то время еще не умели определять химическую структуру достаточно больших пептидов, однако было ясно, что соединение относится к этому классу веществ. Через многие годы, когда автора работы уже не было в живых, встал вопрос: а почему вещество названо именно так? В результате появилось три гипотезы, ни одна из которых до сих пор однозначно не обоснована. Первая из них очевидна — получен белок, и в названии использована первая буква от английского слова protein. Вторая основана на том, что вещество было получено в виде порошка, а это английское слово (pouder) также начинается с буквы «P». И, наконец, третья обращена к родному языку автора, на этом языке (немецком) животное, из которого выделено вещество (лошадь), пишется как das Pferd.

Белки и пептиды изучают чуть ли не во всех странах, а в научных публикациях на эту тему используются языки многих народов мира. Если в начале истории изучения этих веществ большинство научных работ считалось престижным писать на французском или немецком, то примерно с середины прошлого века стало традицией публиковать работу с новыми принципиальными результатами наряду с родным языком также и на английском.