Глава 8 Хімічний синтез поліпептидів і білків ::: Білок і все про нього в біології і хімії

Глава 8 Хімічний синтез поліпептидів і білків

Хімічний синтез поліпептидів і білків має велике практичне і теоретичне значення. У практичному відношенні важливі білкові гормони – інсулін і вазопресин, в даний час одержувані синтетичним шляхом. Цікаві й мають практичне застосування пептиди групи

пептидів мозку: метіонін-енкефалінів (Tyr Gly Gly Phe Met) і лейцин-енкефалінів (Tyr Gly Gly Phe Leu). Ці сполуки надають на мозкові центри таку ж дію, як і морфін. Таким чином вони можуть застосовуватися як анальгетик, однак вони практично не викликають звикання.

Традиційні методи синтезу регулярних полімерів дозволяють отримати сополімери, які з двох (або більше) схожих типів мономерів зі статистичним розподілом їх по ланцюгу, в тому числі білків. Зокрема, можливе отримання гомополімерів або статистичних кополімерів, що складаються з амінокислотних залишків, пов’язаних пептидними зв’язками (полиаминокислот).

Як приклад можна привести процес отримання полиаминокислот, заснований на конденсації N-карбоксиангидридов амінокислот . утворених з відповідних амінокислот обробкою фосгеном:

Ці сполуки містять електрофільне ангідридну групу, яка може атакувати алифатическую аминогруппу амінокислоти, використовуваної в якості затравки, з виділенням СО 2 і одночасному визволенням нової аміногрупи з атакуючої молекули N-карбоксиангидридов, таким чином відкриваючи можливість поліконденсації:

Неважко помітити, що кожна стадія поліконденсації (з урахуванням реакції утворення N-карбоксиангидридов амінокислот) супроводжується перетворенням молекули COCl 2 в CO 2 і 2HCl, що термодинамічно вигідно і є джерелом вільної енергії для утворення пептидного зв’язку.

При синтезі нерегулярних поліпептидів базуються також на активації карбоксильних груп. Більшість з них базується на використанні N, N-діціклогексілкарбодііміда (ДЦК). Він здатний в присутності і аміну здійснити активацію карбоксильних груп:

Проміжним з’єднанням є O-ацил-N, N’-діціклогексілмочевіну (ДЦМ):

Зазвичай ДЦК в пептидному синтезі використовується не безпосередньо, а для синтезу стабільних реакционноспособних похідних амінокислот, ангідридів або активованих ефірів шляхом реакції з відповідними гідроксісоедіненіямі:

Внаслідок нуклеофильного характеру, повинні містити сильний електронний акцептор Х.

Проте ці сполуки не можна безпосередньо використовувати для синтезу пептидів певної структури. Змішуючи дві амінокислоти з активованими карбоксильними групами, можна отримати чотири різних дипептида:

Більше того через наявність активних груп процес може йти далі. Але в результаті виходить тільки статистичний полімер.

Для запобігання утворення зайвих поліпептидів необхідно виключити участь в процесі аміногрупи першої амінокислоти та активованої аміногрупи другий (в результаті виходить пептид). Це досягається використанням захисних груп Z на тих функціональних групах, які не повинні вступати у взаємодію. Реакція

повинна приводити до одного певного діпіпептіду. Цей пептид нереакціонноспособен і для продовження процесу необхідно видалити одну із захисних груп Z 1, Z 2 для того щоб відкрити або NH 2. небудь СООН – групу для наступної стадії подовження пептидного ланцюга. Тому головною вимогою до захисних групам є можливість їх м’якого селективного видалення, не ушкоджує пептидную зв’язок. Найбільш широко для захисту – аминогруппами використовується трет – бутілоксікарбонільная група (Вос), яку легко ввести в аминогруппу обробкою амінокислоти відповідним N-гідроксісукцініімідним ефіром:

Цю групу легко видалити слабкою кислотної обробкою пептиду, при якій цей зв’язок йнується:

В якості групи Z 2 використовують ефірні групи, які стабільні в кислому середовищі в умовах проведення синтезу і можуть бути селективно видалені м’якою лужної обробкою.

Специфічною особливістю поліпептидного синтезу є величезне число ідентичних стадій, які необхідно проводити на кожному етапі: утворення нової пептидного зв’язку, видалення захисної групи для підготовки до наступної стадії елонгації (подовження) ланцюга і проміжні відмивання від надлишку реагентів і побічних продуктів після кожного хімічного перетворення. метод, розроблений Р. Мерріфілдом, дав можливість автоматизувати цей процес і знизити механічні втрати. Відповідно до цього методу, перший мономер у знову споруджуваної ланцюга синтезованого поліпептиду ковалентно зв’язується з нерозчинним носієм (смолою сополимер стіролдівінілбензола) і всі наступні стадії проводяться з полипептидом, зростаючим на цій смолі. Цей метод відомий як твердофазний синтез поліпептидів . До смолі поперемінно додають черговий синтон (мономер, що містить набір захисних груп і в ряді випадків активовані залишки) і реагент для видалення кінцевий захисної групи (зазвичай в залишок). Хімічні стадії супроводжуються відповідними промивками. Протягом всього процесу пептид залишається пов’язаним зі смолою. Помістивши в колонку смолу, з якою пов’язаний синтезується поліпептид, можна легко автоматизувати процес, запрограмувавши зміну потоків через колонку: синтон (мономер) розчинник суміш для видалення захисту розчинник і т. д. розроблені спеціальні прилади для автоматизованого поліпептидного синтезу. Застосування такого приладу дозволяє отримати такі складні поліпептиди, як 99-членний поліпептид протеазу, кодовану ВІЛ-1. Ця протеаза потрібна для протеолітичного розрізання великих поліпептидів, що утворилися при трансляції (білковому синтезі) вірусних та-РНК. Величезний інтерес до цієї протеази обумовлений надією знайти специфічні інгібітори що уповільнюють роботу цього ферменту і отже запобігти утворенню вірусних частинA. Для синтезу наведеної вище протеази на автоматичному пептидному синтезаторі & quot; Applied Biosystem & quot; було потрібно близько 200 хімічних процедур, не рахуючи промивок, що передують кожній зміні реагенту. На завершальній стадії захищений поліпептид, ковалентно пов’язаний зі смолою, знімається з неї і захисні групи видаляються відповідними обробками.

Знаходять:

  • хімічний синтез пептидів монографія
  • реагенти для активації карбоксильної групи в амінокислоті
  • синтез поліпептидів
  • утворення поліпептидів
  • хімічний синтез білків
  • хімічний синтез пептидів
  • які використовують реагенти для активації карбоксильної групи в амінокислоті при синтезі пептидів?
No Video