§ 25. Пепти

Определения и обозначения

Пептид — соединение из аминокислотных остатков, связанных между собой пептидными связями. Остатком называют часть аминокислоты, вошедшую в цепь после отщепления воды. Число остатков показывает длину цепи, а их последовательность определяет, в каком порядке они соединены.

Пептидная связь — фрагмент –CO–NH–, соединяющий соседние остатки аминокислот. В её образовании участвуют карбоксильная группа –COOH одной аминокислоты и аминогруппа –NH₂ другой. Это обозначение позволяет отличать уже сформированную связь от исходных функциональных групп.

Дипептид — соединение из двух аминокислотных остатков, соединённых одной пептидной связью. Если остатки принадлежат разным аминокислотам, порядок их соединения может быть разным. Поэтому из глицина и аланина получаются глицилаланин и аланилглицин — разные дипептиды.

Полипептид — цепь, содержащая большое число аминокислотных остатков. Полипептидная цепь является частью строения белка, но эти понятия не всегда равнозначны: белок может включать несколько цепей и иметь определённую пространственную форму. Различие помогает не сводить строение белка только к перечню аминокислот в одной цепи.

Как это устроено

Пептидная связь появляется, когда карбоксильная группа одной аминокислоты реагирует с аминогруппой другой. Группа –OH от карбоксильной группы и атом водорода от аминогруппы образуют молекулу воды, а оставшиеся части соединяются фрагментом –CO–NH–. Такой процесс называют конденсацией: более крупная молекула образуется с выделением небольшого вещества. Поэтому на одну новую пептидную связь приходится одна молекула воды.

В линейной цепи каждый внутренний остаток соединён с соседями, а крайние остатки образуют концы цепи. Чтобы соединить n остатков в одну цепь без циклов, нужно связать каждую следующую аминокислоту с уже собранной частью. Поэтому образуется n − 1 связь и отщепляется столько же молекул воды. Например, для трёх остатков нужны две связи, а не три.

Последовательность остатков называют первичной структурой пептида. При записи цепи её обычно направляют от N-конца, где остаётся свободная аминогруппа, к C-концу со свободной карбоксильной группой. Такое направление устраняет неоднозначность: запись глицин—аланин не равна записи аланин—глицин. Даже при одинаковом составе изменение порядка меняет окружение групп и свойства молекулы.

Гидролиз пептидной связи противоположен её образованию по общему результату. При разрыве связи молекула воды присоединяется к её частям: одна часть получает –OH, другая — H. Если разорваны все связи, возникают отдельные аминокислоты; при частичном гидролизе остаются более короткие пептиды. Число расходуемых молекул воды при полном гидролизе линейной цепи равно числу её пептидных связей.

Состав и последовательность отвечают на разные вопросы о молекуле. Состав показывает, какие именно аминокислотные остатки присутствуют и сколько их, а последовательность — в каком порядке они связаны. Если поменять местами два остатка, набор аминокислот сохранится, но изменится строение цепи. Поэтому одного списка продуктов полного гидролиза недостаточно, чтобы восстановить исходный порядок остатков.

Сравнение соединений из аминокислотных остатков

В таблице n обозначает число остатков в линейном пептиде, а продукты полного гидролиза — аминокислоты, из которых он был составлен. Свободными концевыми группами считаются аминогруппа на N-конце и карбоксильная группа на C-конце. Таблица помогает проверить формулы: у линейной цепи число связей и число отщепившихся при образовании молекул воды на единицу меньше числа остатков.

Разбор задач

Задача 1. Запишите уравнение образования дипептида из двух молекул глицина в структурном виде. Нужно показать, какие группы соединяются, и не потерять атомы при отщеплении воды. У глицина формула NH₂–CH₂–COOH.

1. Выбираем карбоксильную группу –COOH первой молекулы и аминогруппу –NH₂ второй. Их соединение формирует фрагмент –CO–NH–.
2. От –COOH убираем –OH, а от –NH₂ — H; вместе они составляют H₂O. Остатки глицина записываем в исходном порядке.
3. Получаем NH₂–CH₂–COOH + NH₂–CH₂–COOH → NH₂–CH₂–CO–NH–CH₂–COOH + H₂O. Свободные концевые группы остаются на концах цепи.

Ответ: образуется глицилглицин и одна молекула воды. Проверка: два остатка соединены одной связью, значит, выделилась одна молекула воды.

Задача 2. Из глицина и аланина можно получить два дипептида. Запишите их структурные формулы и укажите, чем они различаются. Сначала обозначим направление записи: N-конец располагается слева, C-конец — справа. Формулы исходных аминокислот: NH₂–CH₂–COOH и NH₂–CH(CH₃)–COOH.

1. Если первым стоит остаток глицина, его карбоксильная группа связывается с аминогруппой аланина. Формула: NH₂–CH₂–CO–NH–CH(CH₃)–COOH.
2. Если первым стоит остаток аланина, связь образуется между его карбоксильной группой и аминогруппой глицина. Формула: NH₂–CH(CH₃)–CO–NH–CH₂–COOH.
3. В обеих формулах есть по одному остатку каждого вида и одна пептидная связь. Различается порядок остатков, поэтому меняются N-конец и C-конец цепи.

Ответ: первый дипептид — глицилаланин, второй — аланилглицин. Это разные вещества, хотя их аминокислотный состав одинаков.

Задача 3. При полном гидролизе пептида получены две молекулы глицина и одна молекула аланина. Найдите число пептидных связей и молекул воды для полного гидролиза и выясните, можно ли установить последовательность. Продукты показывают состав, но не расположение остатков в исходной цепи.

1. Считаем остатки: всего получено три аминокислоты, значит, исходная линейная цепь содержала три остатка.
2. Для трёх остатков число связей равно 3 − 1 = 2. При полном гидролизе разрывается каждая из этих связей, поэтому расходуются две молекулы воды.
3. Состав цепи известен: два остатка глицина и один аланина. Возможны разные порядки, например глицин—глицин—аланин и глицин—аланин—глицин, поэтому однозначно восстановить последовательность нельзя.

Ответ: две пептидные связи и две молекулы воды. По данным о продуктах гидролиза последовательность остатков установить нельзя.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что при образовании одной пептидной связи отщепляются две молекулы воды. Так можно подумать, если отдельно учитывать две участвующие группы, но фрагменты –OH и –H соединяются в одну молекулу H₂O. Проверка проста: проследите атомы, удаляемые из исходных групп, — на одну связь приходится одна вода.

Ошибка — приравнивать число аминокислотных остатков к числу связей. Между соседними остатками цепи образуется связь, а у линейной молекулы нет дополнительной связи, замыкающей концы. Поэтому у n остатков n − 1 связь; число остатков и число связей стоит пересчитать отдельно.

Ошибка — считать глицилаланин и аланилглицин одним веществом, потому что в обоих есть глицин и аланин. Порядок задаёт, какой остаток находится у N-конца и какой у C-конца, а значит, меняется строение цепи. Для проверки прочитайте название от N-конца к C-концу и сопоставьте его с формулой слева направо.

Ошибка — записывать готовую пептидную связь как –COOH или –NH₂. Это свободные карбоксильная и аминогруппа, тогда как в соединении остатков участвует фрагмент –CO–NH–. Проверьте формулу: у внутреннего остатка связующие группы уже входят в цепь, а свободные концевые группы остаются только на концах.

Связь с другими темами

Для построения формул пептидов нужно знать строение аминокислот и свойства их аминогруппы и карбоксильной группы. Сравнение с реакциями конденсации помогает понять, почему при образовании связи выделяется вода, а знакомство с гидролизом объясняет обратное превращение. Эти представления нужны при изучении белков: последовательность аминокислот образует их первичную структуру. Гидролиз также связан с пищеварением, где крупные пептидные цепи расщепляются на более короткие фрагменты и аминокислоты.

Что запомнить

• Пептиды состоят из аминокислотных остатков.
• Пептидная связь имеет фрагмент –CO–NH–.
• При образовании одной пептидной связи отщепляется одна молекула воды.
• В цепи из n остатков аминокислот содержится n − 1 пептидных связей.
• Порядок аминокислотных остатков влияет на строение пептида.
• Гидролиз пептидной связи приводит к разрыву цепи.