Химический синтез белков в промышленности

Химический синтез белков в промышленности

Биосинтез белков

Каковы же основные формы связи аминокислот в сложной молекуле белка?

Ещё в 1891 г. А. Я. Данилевский высказал предположение, что это амидные

связи, образованные карбоксилом одной молекулы аминокислоты и аминогруппой

другой (поликонденсация типа “голова – хвост”), например:

-H2O

H2N-CH2-C=O +HNHCH2COOH--(

\

OH

( H2N-CH2-CO-NH-CH2-COOH

(пептидная связь)

Амидные связи этого типа называются пептидными связями,а

низкомолекулярные соединения, в которых аминокислоты соединены друг с

другом пептидными связями, принято называть пептидами (или полипептидами).

Пептиды образуются при частичном гидролизе белков. Пептидная теория

строения белка была развита Э. Фишером и Гофмейстером и в настоящее время

окончательно подтверждена.

В зависимости от числа аминокислотных остатков, входящих в молекулу

полипептида, различают дипептиды, трипептиды, тетрапептиды и т. д. .

Характерную для пептидов группировку

-CO-NH- называют пептидной.

Названия полипептидов производят от названий остатков аминокислот,

прореагировавших своими карбоксильными группами, и от названия

аминокислоты, реагирующей своей аминогруппой и сохраняющей свободную

карбоксильную группу:

H2N-CH2-CO-NH-CH(CH3)-COOH

глицилаланин(H-гли-ала-OH)

NH2-CH(CH3)-CO-NH-NH2-CO-NH-CH2-COOH

Аланилглицилглицин(H-ала-гли-гли-OH)

К настоящему времени разработано много методов превращения

а-аминокислот в пептиды и синтезированы простейшие природные белки

–инсулин, рибонуклеаза, вазопрессин, окситоцин и др.

Для того чтобы соединить две аминокислоты пептидной связью, необходимо:

а) закрыть (защитить) карбоксильную группу глицина и аминогруппу аланина,

чтобы не произошло нежелательных реакций по этим группам; б) образовать

пептидную связь; в) снять защитные группы. Защитные группы должны надёжно

закрывать аминную и карбоксильную группы в процессе синтеза и потом легко

сниматься без разрушения пептидной связи.

Защита аминогруппы наиболее просто проводится ацилированием:

-HCl

R-COCl+H2N-CH-COOH--(R-CO-NH-CH-COOH

| |

CH2 CH3

Карбоксильную группу для защиты превращают в сложноэфирную:

-HOH

H2N-CH2-COOH+HOR--( H2N-CH2-COOR

Для образования пептидной связи или активируют карбоксильную группу N-

ацилаланина, превращая его в хлорангидрид, или проводят конденсацию в

присутствии сильных водоотнимающих веществ (дициклогексилкарбодиимид,

этоксиацетилен):

-H2O

R-CO-NH-CH-COOH+HNHCH2-COOR--(

|

CH3 гидролиз

( R-CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOR----(

|

CH3

( H2N-CH-CO-NH-CH2-COOH

|

CH3

Затем снимают защитные группы в таких условиях, чтобы не затрагивалась

пептидная связь. Таким образом можно синтезировать не только ди-, но и три-

, и тетрапептиды и т. д. .

Очень перспективный метод синтеза пептидных связей предложил в 1960 г.

Мерифильд (США). Этот метод потом получил название твёрдофазного синтеза

пептидов. Первая аминокислота с защищённой аминогруппой присоединяется к

твёрдому носителю – ионнообменной смоле, содержащей первоначально группы

–CH2Cl (1-ая стадия), с образованием так называемой “якорной” связи,

которая обозначена жирной линией: (1)-

NaCl

Смола-CH2Cl+NaOOC-CHR-NHCOR’(Смола- -CH2O-C-CHR-NHCOR’(Смола-CH2O-C-CHR-

|| ||

O O

+HOOC-CHR’’-NHOR(3)

-NH2-----------(Смола-CH2O-C-CHR-

||

(4) O

-NHCO-CHR’’-NHCOR’(Смола-CH2O-C-CHR--NHCO-CHR’’-NH2 и т. д. ||

O

Затем наращивают пептидную цепь, пропуская через смолу растворы

соответствующих реагентов. Для этого сначала убирают группу, защищающую

конечную NH2 – группу (2-ая стадия). Пропуская через смолу раствор другой

аминокислоты с защищённой аминогруппой в присутствии водоотнимающих

реагентов, образуют пептидную связь между первой и второй аминокислотой (3-

я стадия). Если затем убрать защитную группу (4-ая стадия), синтез пептида

можно вести далее. После наращивания пептидной цепи до нужной величины

гидролизуют “якорную” сложноэфирную связь и смывают полипептид со смолы:

HBr

Смола-CH2O-CO-CHR-NH…CO-CHR’NH2---(

(Смола-CH2OH+HOOCCHRNH…COCHR’NH2

Полипептид

Метод Мерифильда прост в техническом оформлении, что позволяет

полностью автоматизировать процесс. Поэтому, хотя вышеупомянутые белки

инсулин(51 аминокислота) и рибонуклеаза(124 аминокислоты) были

синтезированы классическими методами, метод Мерифильда позволяет

значительно сократить затраты труда и времени на синтез белков. Так,

рибонуклеаза была синтезирована Мерифильдом в 1968 г. менее чем за месяц,

хотя синтез включал 369 последовательных реакций.

Чеботарёв А. 11п1