Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

лективно отщепить N-бензоильиую группу не удалось и это существенно ограничивало возможности метода. Азидный метод сохранил свое значение до настоящею времени, что подтверждает основополагающий вклад Т. Курциуса в становление пептидной химии.

В 1903 г. Э. Фишер предложил хлорангидридный способ получения пептидов: карбэтоксиглицин с помощью хлористого тионила превращался в хлорангидрид, которым ацилировался этиловый эфир глицина:

SOCIa

C2HsOCO— NH— СНз— СООН-»— C7H5OCO—NH—CHy—COCI

125

-СНэСООСаН,

С 2НьО С О—N H—С H2-

-СНг— СООС?Н-,

Щелочная обработка продукта реакции не привела к свободному пептиду. Отсутствие N-ацильных группировок, удаляемых без расщепления пептидных связей, побуждало искать новые варианты этого способа, в одном из которых в качестве ацилируюшего компонента был использован хлорацет ил хлорид:

CI—CH=-COCl -+-NH—CH—CONH—СН—СООС Н -

-CI—СН—CONH—Сн—CONH —СН—СООС2н

-СН2—СОНИ—CH—CONH -СН,—СООН

NH

Синтез

химическая модификация белков и пептидов

Фишер |Flscher| Эмиль Гермем

(1В52— 1919), немецкий химик-орге-ник, иностранный почетный член Петербурге кои ДН (1913), Образование получил в Боннском и Страсбургском университетах. Выполнил фундаментальные исследования по химии различных природных соединений. Разработал методы синтеза производных пурина, углеводов, пептидов, обнаружил и объяснил специфичность действия ферментов. Провел первые исследования аминокислотного состава белков. Экспериментально доказал (1902), что аминокислоты связываются между собой посредством карбоксильной группы и аминогруппы, образуя пептиды. Лауреат Нобелевской премии по химии (1902)

¦ NH^—CH—

-сн—соон

Дальнейшее усовершенствование галогенацильного метода связано с применением галогенангидридов разнообразных а галоген карбоновых кислот, например:

FCU NH3— CHR1— СООН X—CHR—СООН-—X—CHR—СО С1 -

X—CHR— CONH -CHR1—СООН -

у_rup_COCI

- NHS—CHR— CONH -CHR1—СООН —— -

126 Э. Фишеру удалось получить (совместно с его учеником О. Вар-

- бургом) L-ct-бромпропионилхлорид и перейти к синтезу оптически

Белки и пептиды активных пептидов. Им было установлено, что превращение произ-

# водных а-галогенкарбоновых кислот в производные аминокислот

может протекать как с сохранением конфигурации, так н с ее обращением (впоследствии это явление было названо вальденовским обращением, по имени П. И. Вальдена).

В 1906 г. сочетанием галогенацильпого и дикетопиперазиновш о методов Э. Фишер получил первый крупный пептид, состоящий из 10 аминокислотных остатков: Н—(D,L)-Leu—(Gly)wGly—ОН. Несколько позже комбинацией различных методов ему удалось синтезировать оптически активный 18 членный пептид следующего строения:

H-L-Leu-Gly-Gly-Gly-L-Leu-Gly-Gly-Gly-L-Leu-(Gly)8-Gly-OH

Курцнус |Curtlui| Теодор (1657—1926), немецкий химик. Образование получил в Гейдельбергском и Лейпцигском университетах; профессор Кильского (1869). Боннского (1697) и Гейдельберг-ского (1В96) университетов. Ему принадлежат основополагающие труды в области органического синтеза — получение гидразина, гидраэидов, азидов кислот. Описал (1690) реакцию превращения азидов кислот в первичные «мины (реакция К у рц и уса). Выполнил первые синтезы пептидов и ввел в практику пептидной химии азидный метод

Это было выдающееся достижение своего времени, и Э Фишер даже утверждал, что он близок к синтезу белка. Однако, хотя им и был осуществлен синтез более 100 пептидов, проблема получения пептидов заданного строения в тот период не могла быть решена из-за чрезвычайной ограниченности и несовершенства используемых методов.

Заметным событием в истории пептидного синтеза является открытие Г. Лейксом в 1906 г. N-карбоксиангидридов аминокислот, легко полимеризующихся с образованием полиаминокислот. Несмотря на то, что полиаминокислоты существенно отличаются от обычных пептидов, они сыграли важную роль в качестве модельных соединений в исследовании пространственного строения белков. Значение N-карбоксиангидридов резко возросло после 1947 г., когда Р. Вудворд и К. Шрамм показали возможность получения с их помощью сополимеров различных аминокислот. В 1966 г. Р. Хирш-ман использовал Гч-карбоксиангидриды и для регулируемого синтеза биологически активных белков (см. с. 143).

В течение длительного времени главным препятствием на пути дальнейшего прогресса в пептидном синтезе являлось отсутствие селективно удаляемых защитных групп. И хотя поиски велись весьма интенсивно и в 1926 г. Р. Шенхаймер предложил использовать п-толуолсульфонильную (тоэильную) группу для защиты ГчН^-груп-пы, подлинная революция совершилась лишь в 1932 г.. когда ученик Э. Фишера М. Бергманн и Л. Зервас открыли карбобензокси-группу СьНГ)СН2ОСО.

Эра химического синтеза биологически активных природных пептидов началась с работ В. Дю Виньо по синтезу пептидных гормонов окситоцина и вазопрессина (1953). Через десять лет, в 1963 — 1965 гг., были осуществлены полные синтезы инсулина (X. Цан. П. Катсояннис, Я. Кунг); в 1963 г. Р. Швицер и П. Зибер завершили полный синтез 39-членного гормона кортнкотропина. Несколько раньше, в 1956 г., Р. Швицером был получен первый природный циклический пептид — грамицидин S Эти достижения стимулировали усилия по поиску новых эффективных методов создания пептидной связи, защитных группировок, способон очист ки и идентификации пептидов.

Современный пептидный синтез располагает богатым арсеналом методических возможностей и представляет собой высокоразвитую область биоорганической химии.

В общем случае синтез любого пептида состоит из трех основных стадий: блокирования (защиты) не участвующих в реакции фуик-

циональных групп аминокислоты или пептида; конденсации активированной карбоксильной группы одного компонента с аминогруппой другого; селективного или полного удаления защитных групп для продолжения синтеза или получения свободного пептида.

127

Синтез

и химическая модификация белков и пептидов

H2N—CHR1—СООН H-2N—CHR—СООН

[ NH—CHR1—СООН H2N—CHR—СО

X NH—CHR1—CONH—CHR—CO

I

H2N—CHR1—CONH—CHR—CC

(NH—CHR —COOH

X NH—CHR2 —CONH—CHR1—CONH—CHR—CO^ l

H2N—CHR2 —CONH—CHR1—CONH—CHR—CO

В зависимости от используемых методических приемов и характера синтезируемого конечного продукта различают следующие типы пептидного синтеза:

1. Классический пептидный синтез в растворе, подразделяемый на ступенчатый синтез линейных пептидов, осуществляемый последовательным присоединением аминокислот от С-конца к N-концу цепи, и на блочный синтез линейных пептидов, когда построение цепи ведется из предварительно синтезированных фрагментов.

2. Синтез пептидов на полимерном носителе, при этом растущая полипептидная цепь ковалентно присоединена к нерастворимому или растворимому полимеру и отделение ее от полимера осуществляется на завершающей стадии синтеза. При использовании нерастворимого носителя принято говорить о твердофазном синтезе, существующем в настоящее время в полностью автоматизированном варианте. Созданные для этих целей приборы получили название синтезаторов. В некоторых случаях оказывается целесообразным использовать жидкофазный синтез иа основе растворимых полимеров.

3. Синтез гомо- и гетерополиаминокислот, построенных из повторяющихся остатков одной-даух аминокислот путем полимеризации или сополимеризации производных аминокислот (N кар боксиангидридов и т. п.).

Берг манн (В rgmann| Макс

[1886—1944), немецкий химик-органик, ученик Э. Фишера. С 1934 г. работал в Рокфеллеровском институте в Нью-Йорке (США). Разработал ряд методов получения пептидов. Открып реакцию циклизации N алогенаци ламинокислот с образованием азлак-тонов (реакция Бергман на). Совместно с Л. Зервасом предложил способы получения ряда производных аминокислот, в частности N карбобензок сипроизводныи (1932—1934).

Эервас |Zervas| Леонндас (1902—1980), греческий химик-органик, иностранный член АН СССР (1976) Образование получил в Афинском и Берлинском университетах, с 1939 г.— профессор Афинского университета. Основные работы посвящены химии пептидов. Разработал ряд методов защиты и активирования функциональных групп в ходе синтеза пептидов (совместно с М Бергманном), в частности метод получения и применения N-карбобен-эокси производных. Предложил способ введения о ни рофенилсульфенильной группы.

128

Белки и пептиды

4. Ферментативный пептидный синтез, т. е. синтез пептидов с помощью ферментов. Хотя идея такого синтеза весьма привлекательна и многие ферменты способны катализировать образование пептидной связи (реакции, обратной протеолизу), существенных результатов пока этим методом получить не удалось.

5. Полусинтез пептидов заключающийся в использовании методов пептидного синтеза для модификации природных пептидов. Обычным приемом является отщепление в молекуле природного пептида или белка небольшого фрагмента, в затем введение новой аминокислотной последовательности.

6. Синтез циклических пептидов, осуществляемый замыканием линейного пептида в цикл соответствующей величины различными способами.

7. Синтез гетеродетных пептидов, построенных с участием как амидных связей, так и связей другого типа — сложноэфирных, тиоэфирных ди ульфидных

Защитные группы,

используемые в пептидном синтезе

Вапьден |Walden| Пауль |Павел Иванович! (1863—1957), известный фиэико-химик, академик Петербургской АН (1910), иностранный почетный член АН СССР (1927). Окончил Рижский политехнический институт (1669) и Лейпциг-ский университет (1891); с 1902 г.— профессор Рижского политехнического института, затем — профессор Ро-стокского университета и университетов Франкфурта-на-Майне и Тюбингена. Основные работы — в области стереохимии и физической химии. Открыл явление обращения конфигурации у асимметрического атома углерода при замещении (1696, вальденов-ское обращение). Обнаружил оптически активные соединения в нефти.

В пептидном синтезе существуют два типа защитных групп — постоянные и временные. Постоянными называют группировки, используемые для защиты боковых функциональных групп и удаляемые на заключительном этапе синтеза пептида. Временными являются защитные группы для N -концевой аминогруппы и С-кон-цевого карбоксила, снимаемые соответственно перед каждой стадией удлинения цепи или конденсации фрагментов.

Защитные группы, используемые в синтезе пептидов, должны удовлетворять следующим условиям:

— полностью блокировать соответствующую группировку от участия в проводимых химических реакциях;

— быть устойчивыми в ходе удаления других защитных групп;

— не вызывать побочных реакций и рацемизации при введении, удалении и при образовании пептидных связей;

— защищенные производные должны быть устойчивыми идентифицируемыми соединениями;

— не вызывать осложнений с растворимостью и выделением пептидов из реакционных смесей.

NH Защитные группировки, В таблице 5 приведены наиболее распространенные защитные группы для N концевых и N'-амино-групп.

Таблица 5

NH,-Защитные группы

№ п/п Группа Формула Сокращение Условия отщепления Год открытия Авторы

1 Формальная ксо- Form 1 н. НС1/СН,ОП; гндразкндиацетат в С|| ОН фенил гидразин; Н,0 1905 Э. Фншср. О. Варбург

2 Три фтора шлкльная CF.GO ТГл 0,2 и. NaOH; разб. NH4OH 1952 Ф. Вситанд, 1 . КЧсши-

№ п/п Группа Формула Сок ращение Условия отщеплення Год открытия Авторы

3 Фтал ильная Pht Гидразинолиз 1948 Д. клдд, Ф. Кинг

4 п -Толуолсул ьфонил ь-ная (тозильная) О CH-O"so~ Тоя Na/NH, 1926 Р. Шёнхаймер

5 о-Нитрофеннлсупь-фсннльная no. Nps Мягкий яцидо-пнз. тиопиз (тио-ацетамид, тио-гликолевая кислота) 1963 Л. Зервас, Д Боровас, Е. Газис

6 Бснзклокснкарбо нильная (карбобен- ЗОКСИ-) 0-СН.-О-СО- Z Н, /Pd; HBr/CF,COOH; IIF 1932 М. Бергманн, Л. Зервас

7 трет- Бутилоксикар-бонильная (СИ,), с о со Вое CF.COOH; 2 н HCI диоксан BF, ¦ EtsO/ CH,COOH; HCOOH; HF 19S7 Ф. Мак Кей Н Албертоон

8 п-Метоксибензил-оксикарбонильная сн ,о—^~^-СН;—О—со— MZ To же 19S7 Ф. Мак-Кей, ! i Албертсон

9 2-(4-Бифенилил) пролил - 2 -о ксикар-бонильная СН3 QhQkc-o-co- СН, Врос 1%CF, COOH 1968 П. Знбер Б. Изелин

10 1 - Адаманта нип-оксикарбонильная Adoc CF,COOH 1966 Б. Хаас Э. Крамкалнс, К. Герэон

11 Метилсупьфонил этил -оксикарбонильная CIIsSQ,CH,Clf.O со Mac NaOH.pH 10,0-12 0. 0°C 1975 Г. Тессер, И Балъверт Гир

12 Q, а - Ли метил - 3,5 -ГШметок и нзил оксикарбонильная °сн- сн, Q_Lo-co- осн, СН| Ddz S% СF,COOH. фотолиз 1972 X. Бирр, B. Лохинтер, C. Шталке, П. Ланг

13 9 -Флуоренял метил-оксикарбонильная Н СН О—СО- Fmoc Морфолин или пиперидин в ДМФА 1970 Л Карп и но, Г. Хен

130 Защитные группы ацильного типа не используются в качестве - временных защитных группировок из-за невозможности их уда-Белки и пептиды ления без расщепления пептидных связей (например, бензоильная

или ацетильная группы) и легко происходящей рацемизации при получении активированных производных. Формильная и трифтор ацетильная группы (I — 2) находят применение для защиты N групп лизина Фталильную (3) и тозильную (4) группы используют редко из-за жесткости условий их удаления (гидразино изом и обработкой Na в жидком аммиаке соответственно). /Для получения фталиламинокислот свободные аминокислоты а ци лиру ют в водно-щелочном растворе при 20 С карбэтоксифталимидом

Защитные группы алкилъного (арилъного) типа также используются сравнительно редко. Исключением является Nps-rpynna (5), которая легко вводится с помощью соответствующего хлорида, а удаляется с помощью ацидолиза или тиолиза.

NO

S—NH—CHR—СООН

hsch.cooh

¦ NHj—CHR—СООН

NOj

S—сн2соон

Наиболее широко применяются защитные группы уретанового типа (6— 13). Они вводятся с помощью соответствующих хлоридов, азидов или карбонатов (см. с. 131). Удаление их проводится каталитическим гидро енолизом (в случае серосодержащих пептидов— гидрированием в жидком аммиаке) или так называемым «переносным гидрированием» с использованием в качестве донора

1 4 цик.погександиена циклогексена, муравьиной кислоты или фор миата аммония. Часто применяется и ацидолиэ в различных условиях (HBr/СНгСООН, CF,COOH, 2н. НС1 в диоксане, HF и т. п.).

Среди уретановых группировок несомненный интерес представляют устойчивые к ацидолизу, но удаляемые мягким щелочным гидролизом 9-флуоренилметилоксикарбонильная (Fmoc, 13) и ме-тилсульфонилэтилоксикарбонильная (Мхе, 11). Fmoc-Группа широко применяется, в частности, в твердофазном синтезе пептидов.

131

Синтез

и химическая модификация белков и пептидов

NHp—CHR—СОО~ +CeH5CHaOCOCI-^^- СвНьСН2ОСО— NH—CHR—СОО"

Карбобе н зоне и к ло р и д

он-

NHj—CHR—СОО- -t (СН3)ЭС—О—CON3-*— (СН3)зС—О—СО —NH—CHR—СОО~

NHj—CHR—СОО-+(СН3)3С—О—СО—О—СО—О—С(СН3)Э-

Д и- грс-бу ти лдммарбонат

- (СН3)зС—О—СО—NH—CHR—СОО-

СН I

NH?—CHR—СОО " 4 CeHg—СВН4—С—О—СО—С^Нь -

СНз I

- СвН6—С«Н*—С—О—СО

i

СН3

|—ЫН — CHR—СОО"

Б и фен илилнjo п ропи г феннпкарбона

СООН-Защитные группировки. В таб

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 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(18.10.2017)