1.2. Полипептиды
1.2.1. Природа пептидной связи
«Я предложил название «полипептид» для продуктов, образуемых при соединении аминокислот связями амидного типа. Простейшим представителем этого класса соединений является гликоколь, так называемый глицилглицин, H2NCH2CO-NHCH2COOH. По количеству аминокислот, входящих в состав пептида, различают ди-, три-, тетрапептиды и т.д.».
Так Эмиль Фишер определил пептидную связь как амидную связь между аминокислотами (E. Fischer, Ber., Bd. 39, S. 530-610, 1906 г.).
Основная структурная особенность полипептидов – наличие цепей, составленных из аминокислотных остатков, связанных между собой α-амидными связями:
В биохимии эти связи принято называть пептидными.
Фундаментальная концепция, принятая еще в 60-х гг. прошлого века во всех работах, посвященных изучению конформации полипептидов, заключается в планарности транс– и цис-пептидной групп. Этот факт указывает на наличие n-π сопряжения между неподеленной парой электронов атома азота (n) и π-электронами карбонильной группы, что подтверждается также меньшей длиной связи между атомом азота и атомом углерода карбонильной группы (C−N = 1,32 Å) по сравнению с длиной связи между этим же атомом азота и α-углеродным атомом (N−Cα = 1,47 Å):
Вследствие n-π сопряжения вращение вокруг связи C–N затруднено. Поворот вокруг этой связи обозначается торсионным углом ω. Обычно угол ω равен 180° (транс-пептидная связь), однако изучение конформаций полипептидов показало что в некоторых случаях наблюдается искажение планарной формы отдельных пептидных звеньев (так называемая «пирамидальность») в пределах ±15°. Например, в кристаллической структуре гидрохлорида глицил-L-аланина отклонение от плоскости составляет +10,2º, а для глицил-L-лейцина -11,4º.
В отличие от этого вращение вокруг связей Сα−С и N−Cα осуществляется свободно и характеризуется двугранными торсионными углами ψ и φ соответственно, однако это не значит, что торсионные углы ψ и φ могут принимать какие угодно значения.
Для каждого конкретного сочетания определенных аминокислотных остатков ввиду стерических ограничений разрешены определенные комбинации торсионных углов φ и ψ.
Для углов φ и ψ остаются разрешенными сочетания, лежащие в пределах определенных дискретных областей. Информацию о связи между торсионными углами φ и ψ в каждом пептидном звене представляют графически с помощью конформационной φ/ψ-карты (карты Рамачандрана).
На рис.1.6 представлена карта, отражающая возможные энергетически выгодные, энергетически невыгодные, но возможные, и запрещенные сочетания торсионных углов φ и ψ.
Как видно из рис. 1.6, в полипептидах реализуются весьма ограниченные соотношения торсионных углов φ и ψ. Определенные возможные сочетания углов, как правило, соответствуют определенным упорядоченным конформациям участков полипептидной цепи (подробнее о структурной организации полипептидов см. п. 1.2.2.3.1). На рис. 1.6 цифрами отмечены области углов φ и ψ, характерные для разных типов вторичной структуры белков.
Р и с.1.6. Конформационная φ/ψ – карта полипептидной цепи