Типы связей между аминокислотами в молекуле белка. Написать формулу тетрапептида: аспарагил-пролил-

Биохимия — ПСБГПМУ, Педиатрия

Типы связей между аминокислотами в молекуле белка

В структуре белка аминокислотные остатки удерживаются ковалентными и нековалентными взаимодействиями. Связи делятся на два основных класса: связи, формирующие первичную структуру, и связи, стабилизирующие пространственную укладку (вторичную, третичную и четвертичную структуры).

Основные типы связей

1. Пептидная связь (ковалентная, амидная)

Образуется между α-карбоксильной группой одной аминокислоты и α-аминогруппой другой с выделением молекулы воды (реакция дегидратации).
Является плоской (транс-конфигурация, если не задействован пролин), стабилизирована резонансом между C=O и C–N.
Формирует полипептидный остов, составляет первичную структуру белка.

2. Дисульфидная связь (ковалентная)

Возникает между тиольными группами (-SH) двух остатков цистеина, окисляясь до -S-S-.
Стабилизирует третичную и четвертичную структуры (например, в инсулине, иммуноглобулинах).

3. Ионные (электростатические) взаимодействия

Притяжение между противоположно заряженными боковыми радикалами: катионными (Lys, Arg, His) и анионными (Asp, Glu).
Зависят от pH среды; ослабевают при солевых концентрациях > 0.1 M.

4. Водородные связи

Между атомами водорода донорных групп (NH, OH) и акцепторами (C=O, O, N) в основной цепи и боковых радикалах.
Критичны для вторичной структуры (α-спирали, β-слои) и формирования глобулы.

5. Гидрофобные взаимодействия

Стремление неполярных радикалов (Ala, Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Tyr) минимизировать контакт с водой, собираясь внутри глобулы.
Управляются энтропией воды; являются основным фактором стабилизации третичной структуры.

6. Металлокомплексные связи (координационные)

Взаимодействие ионов металлов (Zn²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺ и др.) с донорными атомами боковых радикалов (His, Cys, Glu, Asp) — образуют активные центры ферментов.

7. Вандерваальсовы силы

Слабое притяжение между любыми атомами при расстоянии ~0.3–0.4 нм; суммирование множества контактов даёт значительный вклад.

> [!critical] Ключевой факт: Пептидная связь — единственная ковалентная связь, повторяющаяся вдоль остова белка. Дисульфидные мостики — редкие ковалентные «сшивки» между цепями или внутри цепи. Все остальные типы (ионные, H-связи, гидрофобные) — нековалентны и обратимы.

---

Структура тетрапептида: аспарагил-пролил-валил-глутамин

Запись аспарагил-пролил-валил-глутамин означает последовательность:

Asn – Pro – Val – Gln

Сокращения аминокислотных остатков

|---------|-------------------|-------------------|-----------------------|

| Аспарагил | Asn | N | Незаряженный полярный (амидная группа) |

| Пролил | Pro | P | Иминокислота, неполярный |

| Валил | Val | V | Гидрофобный (алифатический) |

| Глутамил | Gln | Q | Незаряженный полярный (амидная группа) |

Полная структурная формула (в виде брутто-формулы и фрагментов)

Пептидная цепь записывается от N-конца (свободная α-аминогруппа) к C-концу (свободная α-карбоксильная группа). Каждая пептидная связь образуется между –COOH предыдущей и –NH₂ следующей аминокислоты.

Строение в линейном виде:

```

H₂N – Asn – Pro – Val – Gln – COOH

```

где каждый остаток представлен радикалом, присоединённым к α-углероду.

Детализация связей:

N-конец: NH₃⁺ (при pH < 8)
Первая пептидная связь: –CO–NH– между Asn и Pro (у пролина α-иминогруппа, связь с ним часто имеет цис-конформацию).
Вторая пептидная связь: –CO–NH– между Pro и Val.
Третья пептидная связь: –CO–NH– между Val и Gln.
C-конец: COO⁻ (при pH > 3).

Молекулярная формула суммарно:

C₁₉H₃₁N₇O₇ (рассчитано сложением атомных составов остатков с вычетом трёх молекул H₂O):

Asn: C₄H₆N₂O₃ → - H₂O → C₄H₄NO₂ (остаток)
Pro: C₅H₇NO₂ → - H₂O → C₅H₅NO (остаток)
Val: C₅H₉NO₂ → - H₂O → C₅H₇NO (остаток)
Gln: C₅H₈N₂O₃ → - H₂O → C₅H₆NO₂ (остаток)

+ H₂O на концы? Точнее: сумма радикалов C₄H₄NO₂ + C₅H₅NO + C₅H₇NO + C₅H₆NO₂ = C₁₉H₂₂N₄O₅, добавим H (N-конец) и OH (C-конец): C₁₉H₂₂N₄O₅ + H₂O = C₁₉H₂₄N₄O₆? Нужно аккуратно: N-конец NH₃⁺ (H₃N⁺), C-конец COO⁻ (CO₂⁻). В эквиваленте нейтральной формы: -NH₂ (N-конец) и -COOH (C-конец). Для расчёта pI удобно считать частицы.

> [!simple] Простыми словами: Тетрапептид — это цепочка из четырёх аминокислот, соединённых пептидными связями. Аспарагин и глутамин имеют нейтральные амидные радикалы, пролин — циклический, валин — разветвлённый углеводород. Суммарного заряда от боковых цепей нет.

---

Изоэлектрическая точка (pI) данного пептида

pI — это значение pH, при котором суммарный заряд молекулы равен нулю. Для пептида, не содержащего заряженных боковых цепей (как в нашем случае: Asn, Pro, Val, Gln), заряд определяют только концевые группы:

α-аминогруппа N-конца (pKa ~ 7.5–8.0, среднее 7.8)
α-карбоксильная группа C-конца (pKa ~ 3.1–3.5, среднее 3.2)

Расчёт pI для такого пептида:

> [!formula] Формула расчёта pI для нейтрального пептида

> где — константа диссоциации α-карбоксильной группы, — константа диссоциации α-аминогруппы.

Подставляя средние значения:

> [!example] Пример: Если бы в пептиде присутствовал остаток гистидина (рK боковой ~6.0) или глутаминовой кислоты (pK ~4.3), расчёты были бы сложнее, и pI сместился бы в кислую или щелочную область.

В какой среде находится pI данного пептида?

Значение pI ≈ 5.5 лежит в слабокислой области (pH < 7). При этом pH:

Карбоксильная группа (C-конец) частично депротонирована (преобладает COO⁻).
Аминогруппа (N-конец) частично протонирована (преобладает NH₃⁺).
С умётным зарядом 0.

> [!critical] Ключевой факт: Для тетрапептида Asn-Pro-Val-Gln pI находится при pH около 5.5, что соответствует слабокислой среде. Отсутствие ионогенных боковых цепей делает pI независящим от их pKa, он определяется только концевыми группами.

---

Итог. В белке аминокислоты соединены прежде всего пептидными связями, а пространственная структура стабилизируется дисульфидными, ионными, водородными и гидрофобными взаимодействиями. Тетрапептид аспарагил-пролил-валил-глутамин не имеет заряженных боковых радикалов, поэтому его изоэлектрическая точка (~5.5) лежит в слабокислой области.

Все вопросы раздела: Подготовка к экзамену по Биохимии