Рассмотрение белков и пептидов с позиций химии будет неполным, если не отметить то, что иногда после синтеза белка на рибосоме (трансляции) происходит химическая модификация некоторых аминокислотных остатков (посттрансляционная модификация). В результате, например, остатки пролина и лизина могут превращаться в остатки оксипролина и оксилизина, к тирозильному остатку порой присоединяется сульфатная группа и т.д. Этот процесс приводит к тому, что в организме одновременно сосуществуют белки или пептиды с модифицированными и немодифицированными остатками. Так, пептид гастрин может быть сульфатирован и несульфатирован по одному из остатков тирозина, и, что очень важно в проявлении физиологических функций, сульфатированный гастрин существенно более активен.

Русский, English, Deutsch…

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: Хligoj –олигос (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.

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.

Элементарная математика и информатика

Удивительная простота изначальной (первичной) структуры белков и олигопептидов позволяет провести простой математический анализ всей совокупности этих веществ. Сначала зададимся вопросом: сколько существует разных линейных последовательностей, в написании которых может быть использовано 20 стандартных аминокислотных остатков? Если через N обозначить число возможных последовательностей, а через n – количество аминокислотных остатков в молекуле, то ответ на поставленный вопрос даст простейшая алгебраическая формула, учитывающая все возможные повторы аминокислотных остатков в одной структуре:

N = 20n.

Из этой формулы следует, что максимальное число разных дипептидов (n = 2) равно 400, трипептидов (n = 3) – 8000, тетрапептидов (n = 4) – 160 000 и т.д. Как видим (см. табл. 2), число N очень быстро растет с увеличением n.

Тогда возникает другой вопрос: а каковы возможности живого организма вмещать в себя подобную информацию? Первичная информация содержится в нуклеотидной последовательности, и хотя она и очень велика, но все же не беспредельна. В табл. 3 представлены числа азотистых оснований суммарной ДНК у представителей разных царств живой природы. Первое, на что обращаешь внимание, это то, что общее их число варьирует в очень широких пределах и может составлять от 107 (некоторые бактерии и грибы) до 1011 (представители растений и рыб). При этом заметим, что царь природы человек отнюдь не является чемпионом среди других представителей живой природы, довольствуясь лишь примерно одним миллиардом азотистых оснований. Но для нас главное не это. Оказывается, самый большой геном не может вместить информацию даже о всех возможных декапептидах (n = 10) при их последовательном расположении.