Синтез белков химическими методами

Синтез полипептидов из аминокислот является сложной проблемой. Впервые синтез полипептида произведен Фишером в 1903 году из галогенангидрида хлоруксусной кислоты:

Cl-CH₂-CO-Cl + H₂N-CH₂-CO-OH Cl-CH₂-CO-NH-CH₂-CO-OH

- HCl

2NH₃

H₂N-CH₂-CO-NH-CH₂-CO-OH (дипептид гли-гли);

PCl₅

Cl-CH₂-CO-NH-CH₂-CO-OH Cl-CH₂-CO-NH-CH₂-CO-Cl.

Далее взаимодействием с очередной аминокислотой и заменой хлора в хлорметильной группе получали трипептид. Повторяя указанные выше операции, Фишеру удалось синтезировать полипептид из 18 остатков аминокислоты.

Главные этапы одного из современных методов синтеза белков:

1) обратимая защита функциональных групп аминокислот;

2) образование пептидных связей;

3) избирательное (селективное) отщепление (снятие) защитных групп.

Данный метод многостадийный, трудоемкий и требует применения L-аминокислот. Например, для синтеза инсулина (две пептидные цепи из 21 и 30 остатков аминокислот) необходимо было провести 89 стадий. К настоящему времени научились синтезировать полипептиды, содержащие более 100 аминокислотных остатков с точно заданной последовательностью.

Для защиты аминогрупп чаще всего применяют:

1) бензилоксикарбонилхлорид (бензилхлорформиат):

С₆Н₅-CH₂-О-CO-Cl;

2) трет-бутоксикарбонилхлорид (трет-бутилхлорформиат):

(CH₃)₃C-O-CO-Cl;

3)

п-толуолсульфохлорид:

4) трифенилметилхлорид:

(С₆Н₅)₃С-Cl.

Для защиты карбоксильной группы чаще всего применяют спирты для образования эстеров:

(СН₃)₃С-ОН, (СН₃)₂СН-СН₂-ОН.

Для активации карбоксильной группы в нее вместо группы ОН вводят группу Х (т.е получают -СО-Х) с образованием хлорангидридов (Х = -Cl), активированных эфиров (Х = -О-С₆Н₅-NO₂-п), смешанных ангидридов (Х = -О-СО-ОR), азидов (Х = -N₃ = -N=N⁺=N^- -N^--N⁺ºN -N^--N=N⁺). Например, для получения смешанного ангидрида используют этилоксикарбонилхлорид С₂Н₅-О-СО-Cl.

Для активации карбоксильной группы в настоящее время широко применяется дициклогексилкарбодиимид С₆Н₁₁-N=C=N-С₆Н₁₁, так как он легко получается, просто применяется и эффективно активирует карбоксильную группу:

Рассмотрим указанные основные этапы на примере синтеза дипептида глицилаланина.

1)
защита аминогруппы глицина:

2) активация карбоксильной группы глицина:

3) защита карбоксильной группы аланина:

4) образование дипептида:

5) снятие защиты:

Гли-ала (искомый дипептид)

Приведенную последовательность реакций можно повторять с другими аминокислотами дальше с целью получения трипептида, тетрапептида (и т.д.), причем, форму защиты и активации можно комбинировать, применяя указанные выше соответствующие реагенты.

В 1962 году Меррифилд предложил более совершенный твердофазный синтез, совершаемый поэтапно:

Синтез проводится на поверхности твердого полимерного носителя. В качестве такового используют полистирол, содержащий активные хлорметильные группы в п-положении. На первом этапе защищенную по аминогруппе аминокислоту закрепляют на подложке из полимера, затем снимают защиту аминогруппы, производят образование дипептида, предварительно активируя карбоксильную группу следующей аминокислоты карбодиимидом, снимают защиту второй аминогруппы, а на последних двух этапах снимают дипептид с подложки и выделяют его из раствора в свободном виде.

При этом на каждом этапе подложку вынимают из предыдущего реагента, промывают и помещают в следующий реагент.

Не снимая пептид с подложки, синтез можно продолжить, повторяя этапы 3 и 4, до получения заданного полипептида.

Лекции № 25 - 26. УГЛЕВОДЫ (САХАРА, САХАРИДЫ)

Дата добавления: 2014-01-11