Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

урных формул, в книге используются символы D и Т.

t

Ph2p pph2

СГ X(S)

Рис. 2.10. Синтез оптически активного катализатора иа оонове Rh(I), присоеди ненного к полимерному носителю [15]. АИБН — азабнсизобутнронитрил, ииициа тор свободно-радикальной полимеризации; 8 — растворитель.

102

Глава 2

имущество, получаемое при новом методе, — возможность регенерации оптически активного катализатора — фосфинродиевого комплекса.

Важная и интересная проблема в катализе на полимерной матрице — выбор подходящего полимерного носителя и синтез каталитического центра па матрице. С этой целью используют метод, заключающийся в введении реакционного центра в гранулу сцштого полистирола с последующим взаимодействием оптически активного лиганда, содержащего фосфин, с этим центром (рис. 2.10). Реакция (—)-1,4-дитозилтреитола с 4-винилбензаль-дегидом приводит к 2-/г-стирол-4,5-бис(тозилоксиметил) 1,3-диок-салану, который по радикальному механизму сополимеризуется с оксиэтилметакрилатом (в образовании сшивок участвуют 8% (моль.) сополимера). Последующая обработка дифенилфос-фидом натрия, реагирующим со всеми гидроксильными и тозиль-нымн группами, приводит после нейтрализации к получению гидрофобного полимера, несущего оптически активный лиганд 4,5-бис(дифенилфосфинометил) 1,3-диоксалан. Замена лигандов родия (I) в [(C2H4)2RhCl]2 на полимерные приводит к катализатору, связанному с полимером, который набухает в спирте и других полярных растворителях, что позволяет молекулам субстрата проникать к реакционным центрам.

Обычно каталитическое гидрирование проводят при температуре 25°С и давлении водорода 1—2,5 атм, причем отношение количеств олефина и родия равно ~50. В этих условиях a-N-ацил-аминоакриловые кислоты превращаются в спирте в производные аминокислот. Оптический выход сравним с оптическим выходом при использовании гомогенного катализатора. При этом наблюдается образование продуктов с той же абсолютной конфигурацией (/?). Основное преимущество — возможность многократного использования нерастворимого катализатора. Его можно регенерировать нз реакционной смеси фильтрацией в инертной атмосфере, при этом не теряется каталитическая активность, а также не снижается оптическая чистота продуктов гидрирования.

Еще один вариант такого подхода предложен Уайтсайдом и сотр. [16, 17]. Он создал катализатор асимметрического гидрирования на основе ахирального дифосфинродиевого(1) комплекса, введенного в специфический центр фермента. В этом случае третичная структура белка обеспечивает хиральность катализатора, необходимую для энантиоселективного гидрирования.

Для этого использовали хорошо известный белок авиднн, в состав которого входят четыре идентичные субъединицы; каждая связывает бнотин и многие его производные. Поэтому биотип, модифицированный сукцинимндом, был превращен в хелатообра-зующнй днфосфнп, который с родием (I) образует комплекс.

При такой обработке промежуточно образующийся днфосфнн служит исходным соединением для синтеза водорастворимого ка-

Биоорганическая химия аминокислот

103

HN NH

Ph2 Tfe

Tf^-mpuqinQi4iion(CFjSOj) NBD —норбориайиен

тализатора для гомогенного гидрирования на основе родня. Энан-тиоселективность катализатора была показана в реакции восстановления а-ацетамидоакриловой кислоты до N-ацетилаланина. Наличие авидина привело к существенному повышению активности катализатора, и выход S-энантиомера (природной аминокислоты) повысился на 40%.

СООН н* , „ ,соон

neu6u«-EijQrnuH-RbNBDeTFe ^/

рН7,0, 0,(М фосфатный. 3 гЧ NHCOCH3 буфер, 0°С, А8ч н NHCOCHj

S-иьомер

Присутствие других ферментов, например лизоцима или кар-бонатангидразы, не оказывало существенного влияния на эпаи-тиосел екти вность.

Таким образом, Уайтсайдс показал, что в водной среде удается проводить гомогенное гидрирование с использованием катализатора дифосфинродия(1), ассоциированного с белком. Кроме того, хиральность белка способна индуцировать значительную энантиоселективность при восстановлении. Такой метод введения переходных металлов в специфические центры белков мол<ет быть использован в биохимии и клинической химии безотносительно к проблеме асимметрического синтеза [16].

Глава 3

БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ФОСФАТОВ

Целое — это нечто большее, чем сумма частей.

Аристотель

Очень часто при описании методов синтеза и свойств пептидов не рассматриваются аналогичные методы синтеза и свойства не менее важных соединений — фосфодиэфиров. Действительно, стратегия синтеза и проблемы, которые при этом возникают (например, использование ДЦГК, защитные группы, синтез на полимерном носителе и т. д.), весьма похожи, если не одинаковы, хотя никогда не обсуждаются параллельно. Восполнить этот пробел— вот цель настоящей главы. При этом, как и ранее, проводится сравнение с биосинтезом фосфатной связи. Следовательно, в настоящей главе сравниваются химические и биологические (биоорганические) свойства двух функционально важных классов макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Разумеется, мы дополним эту картину, рассмотрев свойства еще двух мононуклеоти-дов, играющих важную роль в биологических процессах,— нук-леозидтрифосфатов и циклических нуклеотидов. Это показывает, что, подобно аминокислотам, для биологических систем важны не только полимерные молекулы. Рассматривая этот вопрос, мы вновь проведем сравнение химического и биологического путей синтеза. Освещаются результаты исследований, опубликованные в литературе, включая 1980 г.

Тем не менее в некоторых случаях при изложении материала приходится вспоминать элементарную биохимию. Прежде всего дано описание ДНК и РНК с привлечением только самых необходимых сведений и химических понятий, так что оно намного короче тех, которые помещаются в обычных учебниках биохимии. Заключение посвящено пребиотическому синтезу биополимеров.

3.1. Биологическая роль фосфатных макромолекул

Для продолжения жизни необходимо передавать определенную информацию от одного поколения организмов к другому. Такая информация жизненно важна, поскольку позволяет передать по наследству те признаки или свойства, которые обеспечивают выживание организма. Эту информацию надо сохранить до того момента, когда ее нужно будет использовать (по аналогии можно, вспомнить звуковые записи на магнитофонной ленте). В таком

Биоорганическая химия фосфатов

105

случае хранение и реализация информации должны происходить на молекулярном уровне. И действительно, не так уж трудно представить себе некоторые свойства такой молекулярной биологической «магнитофонной ленты».

Учитывая огромный объем информации, подлежащий хранению (например, тип организма, физические свойства, химические превращения и т. д.), следует ожидать, что это будет биополимер. Возможно ли, чтобы в качестве такой молекулы выступал белок? Вероятнее всего, нет, поскольку белки и так играют важную роль структурных и функциональных (ферментативный катализ) компонентов клетки. Столь важная функция как хранение информации должна выполняться уникальной макромолекуляр-ной структурой, которая, скорее всего, не участвует в обычных клеточных процессах. Можно ожидать, что этот специфический биополимер имеет весьма однородную структуру, поскольку он должен выполнять исключительно важную роль. Не следует думать, что для него характерно такое же структурное разнообразие, как для белков, поскольку последние способны участвовать в очень многих химических реакциях. В то же время он должен состоять из разнородных компонентов, чтобы нести различную информацию. Следует ожидать, что этот биополимер обладает жесткой, вполне определенной структурой, так как он должен взаимодействовать с клеточным аппаратом при передаче хранимой информации. «Свободно висящая» молекула, состоящая из ациклических полимерных цепей и принимающая одну из множества возможных конформаций, вряд ли будет соответствующим образом взаимодействовать, даже кооперативно, с упорядоченными структурами клеточных компонентов. Специфическая информация должна передаваться совершенно точно. Напомним, что синтез белков, например, происходит на «матрице» упорядочение и последовательно, а не статистически в растворе (разд. 2.5).

Упорядоченная структура предполагает наличие пяти- и ше-стичленных колец, а не цепей. Возможно, в качестве простейшего предположения следует рассмотреть углеводороды, например бензол, нафталин или индол. Однако эти соединения совершенно гидрофобны, а такое свойство — недостаток, поскольку биологические процессы проходят в водной среде. Кроме того, углеводороды не способны участвовать в различных нековалентных взаимодействиях: в образовании водородных связей и в особенности электростатических связей.

В роли мономерных единиц при хранении генетической информации выступают молекулы азотистых оснований — производных пурина и пиримидина. Полимерная молекула, осуществляющая как хранение, так и передачу генетической информации,— это дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Близкий ей по строению полимер, рибонуклеиновая кислота (РНК), помогает при

106

Глава 3

О

4

гшрибин о

2^6

1

тшримибин

о

ХХУ

Н

пурин

н1

O^N Н

ираи,ил(иг).

HN

О

NH,

СН,

н

тлимин (Th) пиримиЭины

о

о

NH,

Н

1

N^NH,

,N

а

N

передаче генетической информации. Она действует как переносчик определенного генетического «текста», переводя его в специфическую аминокислотную последовательность. Аденин и гуанин — пу-риновые основания, общие для ДНК и РНК Пиримидиновые основания, присутствующие в ДНК, —- это цитозин и тимин (5-метилурацил), тогда как в РНК присутствуют цитозин и урацил (рис. 3.1). Пурины и пи-римидины присоединены к ано-мерному атому углерода сахара цитоз1ш(Су) рибозы (в РНК) или дезоксири-бозы (в ДНК). Гликозидная связь образована с атомом азота гетероциклического кольца: либо N-9 в пуринах, либо N-1 в пири* мидинах. Такое химическое соединение, образующееся из сахара и основания (при отщеплении молекулы воды), называется ну-клеозидом (рис. (3.2); важное исключение — нуклеозид псевдо-уридин (обнаружен в тРНК), в котором основание соединено с рибозой

страница 18
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (8.62Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.08.2017)