Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

аключается в образовании фосфодиэфирной связи путем активации in situ нуклеотидов конденсирующим агентом. Некоторые из таких агентов описаны ниже.

Карбодиимиды

Некоторые подробности реакции ДЦГК с органическими кислотами, приводящей к образованию пх ангидридов, уже обсуждались. По очень похожему механизму происходит и образование фосфодиэфирной связи. Это показано на примере синтеза ди-нуклеотнда тимидил-(3'-»-5')-тимидина:

Исходный тимидин-З'-фосфат может быть синтезирован обработкой хлорфосфатом (см. выше) или с помощью ДЦГК- Последний метод, однако, редко используется, хотя р-цианэтнлфосфат и лег-

О II

носн2

Th

Hd

Биоорганическая химия фосфатов

175

кодоступен. На практике, поскольку реакции с ДЦГК протекают медленно, сопровождаются многими побочными процессами и могут быть использованы только для фосфодиэфирного метода

о

(Ph)3COCH2fl Th " ^-р-счснлс^дцгк (ph) сосн2 th

уу —• уу

но* cfx хое

(фосфотрпэфнрный метод ие может быть применен, так как фос-фодиэфиры не реагируют с карбоднимпдамп), в настоящее время такие реакции редко используются для синтеза полипуклеотидов. Ниже приведены некоторые возможные побочные реакции, протекающие в присутствии карбоднимидов после образования ангидрида:

О II

R—О—Р—О—R'

промежуточный ангиЭриЭ

0е оиэгрир

0

R—0—Р—N \ Ое

0 и О и

R—О—Р—О—Р—О 0е бе

о IUoe к-окГ ДЦГК.

О OR

/р\ ООО

О О

О*. | | Пе <- R—О—Р—О—Р—О—Р—О—R

Р Р

RO

Ароматические сульфохлориды

f Х0Х ^О еО OR О®

Для образования фосфодиэфирной связи эти реагенты более эффективны, чем карбодиимиды. Сульфохлориды более реакцион-носпособны, дают более высокие выходы продуктов и могут быть

176

Глава 3

использованы в фосфотриэфирном методе полинуклеотидного синтеза. Можно считать, что реакция протекает через образование промежуточного продукта — ангидрида:

О Ph О О t

II ft--^ I II Ъ И

R—О—Р—О® +^*S02—Cl -» R—О—Р—О—S—Ph

нуклеозиоманофосфйтп л- толиолсцль-

фооспорио

О

2 = защитная группа

R—О—Р—О—CH2—R' + Ph—S03e I

Первоначально использовали л-толуолсульфохлорид. Однако первичный гидроксил нуклеозида может атаковать либо атом фосфора, либо атом серы промежуточного ангидрида, так что в большой степени проходит сульфирование. Эта проблема была частично преодолена путем введения в орго-положение бензольного кольца объемистых заместителей, так что атака по атому фосфора становится предпочтительней. Обычно используют мезитилен-сульфохлорид (MS) и 2,4,6-триизопропилбензолхульфохлорид (TPS).

гиезитиленсръфохлорий трииэопропилбенэолсульфОхЛорцЭ (MS) (TPS)

Так, первый препаративный синтез (в граммовых количествах) тимпдилил-(3' -*• 5')-тимиднна осуществлен по фосфотрнэфнрнсму методу с использованием TPS. Отметим стерическую избирательность промежуточного ангидрида к первичной группе (образуется лишь 4% нежелательного (3'-»-3')-изомера).

Биоорганическая химия фосфатов

177

Ph

CHjOPh—СОСН2 Th

Ph Y У + eO—P—OfCH^CN

eo

OH

CH2 n

xy

Ph I

I

MS/пириЭин

CH3OPh—COCH2 Th Ph

HOCH, Th

# о

# II

О—P—0(CH2)2CN

4

OH

HOCH2 Th

DTPS/nupuouH

2) 80°/о-иаяАсОН

3) NH4OH

О

i II

О—P—OCH,

HOCH2 Th

oW

-P—OCH2 Th +

4 \tf

o—P—о ie

OH

96%

HOCH2 Th

4%

l Даже при использовании TPS в небольшой степени наблюдается сульфирование. Кроме того, образование хлороводорода, ¦отя и связывающегося пиридином, может вызвать нежелательные побочные реакции, особенно в присутствии кислотолабильных Ipynn. Эти проблемы удалось решить при замене атома хлора на уходящую имидазольную, триазольную или тетразольную |руппы. Таким образом, для образования фосфодиэфирной связи применимы следующие сульфореагенты:

,R о

S—X

к о

н—

сн3—

(СН3)гШ-

N N, W

N-

J

N—N

178

Глава 3

Скорость реакции конденсации меняется в соответствии с обычной закономерностью: имидазол <. триазол < тетразол *.

2,2,2-Трихлорэтнлдихлорфосфит ]

Использование дихлорфосфнтов — одно из последних достижений практического полннуклеотидного синтеза [40, 41]. При этом применяется активированный фосфорилирующий агент и, таким образом, отпадает необходимость в конденсирующем агенте. Однако в качестве фосфорплпрующего агента выступает пе фосфат, а фосфит, повышенная реакционная способность которого делает возможным одностадийное превращение in situ нуклеозида со свободной З'-гидрокснлыюй группой в фосфомоноэфнр, а затем в фосфодиэфнр путем взаимодействия со свободной 5'-гнд-рокснлыюп группой второго нуклеозида, и наконец образуется фосфат в результате быстро протекающего окисления иодом. Реакционная способность хлорфосфита так велика, что обе реакции фосфорилирования проводят при пониженной температуре. Вся последовательность операций занимает меньше одного дня (а время имеет большое значение при синтезе длинных полинук-леотидов). Ниже приведена схема одностадийного синтеза защищенного тнмидилил- (3'-v5')-THMiiflHiia.

О

II

ОН

+

CI—Р—С1

0(СН2)2С(С1)3

О—Р—С1

0(СН2)2С(С1),

промежуточный пройукт; не выселяется

* Недавно появилось сообщение о том, что сульфотриазолиды могут приводить к нежелательным побочным реакциям с защищенными гуанознном и урн-дином [363].

Биоорганическая химия фосфатов

179

О

PhOCH2COCH2 n Th

(С1)3С(СН2)2

MeOPh—С—б I

Ph

О ОСН2„ ТП 2) NH.OH

Р. Vх \* 3)80'- каяАсОН

-оХ ' Ph\_/

НОСН2П Th

ХУ

0\ /ОСН2п Th

(С1)3С(СН2)2-

Он

Синтез проводят путем добавления растворь первого нуклеозида в тетра-гидрофуране к раствору фосфорилирующего агента в лутпдине, выдерживания смеси в течение короткого времени и затем добавления раствора второго нуклеозида в тетрагидрофуране. Только после завершения реакции приступают к окислению, вводя кристаллический под, растворенным в смеси вода — тетрагидрофу-ран. Окисление также проходит очень быстро. Конечно, такой порядок добавления реагентов приводит к образованию некоторого количества нежелательных (3'-»-3')- и (б'-^б')-изомеров. Например, если две молекулы первого нуклеозида реагируют с хлорофосфнтом перед добавлением второго нуклеозида к реакционной смеси, произойдет образование (3'-»-3')-изомера:

О О II . II

PhOCH2COCH2Q Th\ PhOCH2COCH2Q Th

\Z0 I .~«.,VV«ijQ 1

jX I -7«;пчтизин у

нб б

I

+ Cl-P-Cl (C1)3QCH2)20-P: 0(CH2)2C(C1)3 О

PhOCH2COCH2 ° =h

Такие побочные продукты легко отделяются от искомого трнэфнра с помощью хроматографии на силикагеле.

180

Глава 3

Аналогичный быстрый метод синтеза возможен также и для рибонуклеотидов, как показано на примере образования урнднлнл-(3'->-5')-урпд»на. В этом случае как трнхлорэтнльная, так и силнльная защитные группы могут быть одновременно удалены при растворении триэфнра в растворе фторида тетрабутиламмония в тетрагндрофуране.

Ph I

MeOPh—С—ОСН,- ТГг

Ph \у

НО OSi-|—

I) ci,

С(С1|,/

Ph

2) НОСН, Uf -j-SiO OSi—J—

MeOPh-C—ОСН,_ ,,

к ху

Ov OSi-U

X1

(Cl)3C(CHj)2o' XOCH

-SiO OSi-

1) I2-H,0

2) 80%-ная AcOH 31 (Bu).N'Fe

о бн

\/°~С\Н^о-

О^ Чое

ху

но он

Твердофазный синтез

Твердофазный синтез олигонуклеотндов не достиг такого же высокого уровня, как твердофазный синтез пептидов. Оказалось сложным подобрать подходящую нерастворимую матрицу и прео-

Биоорганическая химия фосфатов

181

долеть проблемы, связанные с нежелательными свойствами полимеров н необратимой адсорбцией реагентов на матрице. Лишь недавно* были описаны подходящие полимерные матрицы (например, силнкагель для жидкостной высокоэффективной хроматографии), пригодные для синтеза полимерных нуклеотидов. Практическим стимулом, заставившим исследователей вплотную заняться развитием твердофазного метода синтеза полидезокси-рибонуклеотидов, послужило их промышленное использование в «биотехнологии», или технологии рекомбинантных ДНК.

3.7. Химическая эволюция биополимеров

Белки (аминокислотные полимеры) и нуклеиновые кислоты (нуклеотидные полимеры) —¦ это основа жизни. Ферменты — это белки, катализирующие химические реакции, необходимые для процессов жизнедеятельности, тогда как нуклеиновые кислоты служат «банком» данных — хранилищем генетической информации, сосредоточенной в клеточном ядре. В заключение этой главы мы кратко рассмотрим происхождение этих биополимеров. С этой целью сформулируем некоторые фундаментальные вопросы, на которых следует ниже остановиться. С чего начались химические процессы, необходимые для поддержания жизни, илн, другими словами, каким образом происходило образование пептидных связей в пребиотнческий период? Как появились макромолекулы, имеющие важное биологическое значение? Чем вызвана асимметрия и хиральиость органических молекул? На некоторые из этих вопросов хотя бы частично сумели ответить химики, пытавшиеся воспроизвести условия, которые существовали в примитивной атмосфере Земли того времени.

3.7.1. Пребиотическое происхождение органических молекул

Химическая эволюция началась примерно 4,6 ±0,1 млрд. лет тому назад, и лишь этот процесс, не считая биологической эволюции, занял примерно 1,5 млрд. лет [42]. Нас особенно интересует тот период химической эволюции, во время которого образовались сложные органические молекулы, «превратившиеся» затем в живую материю.

Большинство ученых в настоящее время полагает, что эволюция жизни прошла через четыре стадии. Вначале происходило образование небольших молекул (аминокислот, нуклеотидов, Сахаров). Из этих строительных блоков образовывались затем макромолекулы, такие, как белки и нуклеиновые кислоты. На третьей стадии происходило образование клеточноподобной структуры, способной к еамовлепронзводству. На последней стадии эта примитивная клетка эволюционировала в современную клетку, содержащую генетическую программу синтеза белка.

Полагают, что пребнотнческая, или примитивная, атмосфера Землн в период происхождения жизни обладала сильно восстановительными свойствами; кислород в атмосфере отсутствовал. Свободный кислород появился много позднее, в основном как продукт фотосинтеза, проводимого зелеными растениями

страница 30
< 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
(19.10.2017)