Химический синтез белков в промышленности

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - 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--à

                \

                 OH

à 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--àR-CO-NH-CH-COOH

           |                  |

          CH2                 CH3

Карбоксильную группу для защиты превращают в сложноэфирную:

                   -HOH

    H2N-CH2-COOH+HOR--à 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--à

            |

           CH3                           гидролиз

à R-CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOR----à

             |

            CH3

à 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’àСмола-    -CH2O-C-CHR-NHCOR’àСмола-CH2O-C-CHR-

     ||                      ||

     O                        O

    +HOOC-CHR’’-NHOR(3)

-NH2-----------àСмола-CH2O-C-CHR- 

                          ||

                 (4)        O

-NHCO-CHR’’-NHCOR’àСмола-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---à

àСмола-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