Пептиды

Образование пептидов: реакция поликонденсации

Молекулы аминокислот обладают способностью взаимодействовать друг с другом, вступая в реакцию поликонденсации. В результате такого взаимодействия образуется дипептид — первичное соединение, состоящее из остатков двух аминокислот, которые скреплены новой ковалентной связью ($-CO-NH-$). При этом процессе всегда выделяется вода.

Даже если в реакцию вступают всего две аминокислоты, например, глицин (Gly) и аланин (Ala), порядок их соединения играет решающую роль. В зависимости от того, какая молекула предоставляет аминогруппу, а какая — карбоксильную группу для образования связи, получаются два совершенно разных структурных изомера:

• Глицилаланин (Gly-Ala): остаток глицина находится слева, аланина — справа.
• Аланилглицин (Ala-Gly): остаток аланина находится слева, глицина — справа.

Важнейшим свойством любого дипептида является то, что он химически ведет себя как обычная аминокислота. На одном конце образовавшейся молекулы всегда остается свободная аминогруппа (так называемый N-конец), а на другом — свободная карбоксильная группа (C-конец). Наличие этих свободных функциональных групп позволяет молекуле продолжать реакцию конденсации, присоединяя новые аминокислоты и увеличивая длину цепи.

Строение пептидной группы

Уникальность пептидов во многом определяется свойствами самой амидной связи (группировки CONH). Главная особенность этой группы — ее плоское строение (копланарность).

Такая геометрия возникает благодаря мезомерному эффекту. Неподеленная пара электронов, принадлежащая атому азота, вступает в сопряжение с $\pi$-электронами соседней карбонильной группы. В результате этого электронного взаимодействия связь между углеродом и азотом частично приобретает характер двойной связи. Кратность связи C–N увеличивается, что делает невозможным свободное вращение атомов вокруг нее. Эта жесткость пептидной группы является фундаментальным фактором, определяющим стабильность и пространственную конфигурацию всех белковых молекул.

Изомерия и номенклатура пептидов

Поскольку аминокислоты могут соединяться в любом порядке, количество возможных изомеров стремительно возрастает с удлинением цепи. Это можно рассчитать с помощью простых правил комбинаторики.

Если взять три различные аминокислоты — например, аланин, серин и тирозин — то из них можно синтезировать $3!$ (три факториал), то есть 6 различных трипептидов:

1. Аланилсерилтирозин (Ala–Ser–Tyr)
2. Тирозилсерилаланин (Tyr–Ser–Ala)
3. Аланилтирозилсерин (Ala–Tyr–Ser)
4. Серилтирозилаланин (Ser–Tyr–Ala)
5. Серилаланилтирозин (Ser–Ala–Tyr)
6. Тирозилаланилсерин (Tyr–Ala–Ser)

Правила номенклатуры: При записи структуры пептида принято располагать N-конец (свободную $\alpha$-аминогруппу) строго слева, а C-конец (свободную $\alpha$-карбоксильную группу) — справа. При формировании словесного названия все аминокислотные остатки, начиная с N-конца, получают характерный суффикс -ил (например, аланил-, серил-). Исключение составляет только последняя (С-концевая) аминокислота, которая полностью сохраняет свое исходное название (например, -тирозин).

Поликонденсация на практике: синтез капрона

Принцип образования амидных связей работает не только в живых организмах, но и в химической промышленности при производстве синтетических полимеров. Классический пример — получение волокна «капрон».

Исходным мономером для его синтеза служит 6-аминокапроновая (или $\varepsilon$-аминокапроновая) кислота. В процессе поликонденсации множество таких молекул соединяются друг с другом, выделяя воду. В результате формируется длинная полимерная цепь, структура которой представляет собой углеводородные радикалы, последовательно скрепленные теми же самыми амидными группами ($-CO-NH-$), что и в природных пептидах.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Детальный механизм образования ковалентной амидной связи
• Влияние мезомерного эффекта на химическую реактивность пептидной группы
• Пространственная геометрия трипептидов и более сложных структур
• Сравнение свойств природных белков и синтетических полиамидов (на примере капрона)

Другие темы раздела «Глава 18. Важнейшие классы биоорганических соединений»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.