Синтез полипептидов и белков

Проблема синтеза белков имеет огромное практическое, теоре­тическое и философское значение.

Прежде чем синтезировать белки, необходимо было научиться получать более простые вещества, построенные по тому же прин­ципу, что и белки, — полипептиды. Синтез полипептидов белков из большого числа молекул аминокислот — очень сложная задача.

Синтез полипептидов осуществляется различными методами. Простейшие из них разработаны Э. Фишером и Абдергальденом в начале XX века. В последнее время разработаны новые методы, позволяющие получать более сложные полипептиды.

Синтез полипептидов этими методами осуществляется в три стадии:

1. Получение аминокислот с защищенными амино- или карбоксильными группами.
2. Образование пептидной связи.
3. Избирательное отщепление защищающих групп.

Первая стадия. Временная защита аминных или карбоксильных групп позволяет соединять аминокислотные остатки в желаемой последовательности, а также лишает аминокислоты амфотерных свойств. Для дикарбоновых амино­кислот необходима дополнительная защита второй карбоксильной группы, для диаминокислот — дополнительная защита аминогрупп, для аминокислот, со­держащих сульфгидрильные группы, — защита этих групп. Защитные группы должны быть устойчивыми в условиях синтеза, и их введение не должно вызы­вать рацемизации аминокислот. Для обратимой защиты аминогрупп пригодны следующие группы.

Карбобензоксигруппа С₆Н₅—СН₂—О—СО—, вводимая с помощью карбобензокси хлорида С₆Н₅—СН₂—О—СО—Сl и отщепляемая либо каталитическим гидрированием, либо бромистым аммонием в жидком аммиаке.

n-Толуолсульфонильная группа (тозильная) n-СН₃—С₆Н₄—SO₂—, вводимая с помощью n-толуолсульфхлорида СН₃—С₆Н₄—SO₂—Сд и удаляемая действием смеси йодистого фосфония и йодистоводородной кислоты,

Трифенилметильная группа (С₆Н₅)₃С—, вводимая с помощью трифенилхлорметана (С₆Н₅)₃С—Сl и удаляемая каталитическим гидрированием.

тpет-Бутоксикарбонильная (СН₃)₃С—О—СО—, вводимая с помощью карботрет-бутилазида (СН₃)₃С—О—СО—N₃ и удаляемая с помощью бромистого во­дорода в уксусной кислоте.

Карбоксильные группы обратимо защищаются превращением в метиловые, тpeт-бутиловые, этиловые, бензиловые, нитробензиловые эфиры, амиды и гидразиды. Наиболее удобны тpeт-бутиловые эфиры, которые легко получить дей­ствием изобутилена под давлением в присутствии серной кислоты или переэтерификацией с тpeт-бутилацетатом и хлорной кислотой и расщепляются в очень мягких условиях, например при действии трифторуксусной кислоты.

Самым лучшим способом защиты сульфгидрильной группы является замеще­ние ее водорода бензильной группой, которая легко отщепляется действием нат­рия в жидком аммиаке.

Вторая и третья стадии. При синтезе высших полипептидов и белков при­меняются многие методы. Хорошо себя оправдал, например, карбодиимидный метод. Дициклогексилкарбодимид (I) прибавляют к концентрированному раствору компонентов. При взаимодействии его с защищенной по аминогруппе аминокис­лотой (II) образуется О-ацилированная дициклогексилмочевина (III), которая с исключительной легкостью взаимодействует с эфиром аминокислоты (IV), обра­зуя производное дипептида (V). Трудно растворимая дициклогексилмочевина (VI) легко отделяется от пептида:

(здесь R — радикал аминокислоты).

Защита аминогруппы может быть осуществлена реакцией с карбобензоксихлоридом С₆Н₅СН₂ОСОСl, получаемым из бензилового спирта и фосгена. Бензилоксикарбонильная группировка легко удается каталитическим гидрированием.

Последовательность всех превращений представлена схемой:

Существуют автоматические устройства, синтезирующие полипептиды этим методом с заданной программирующим устройством последовательностью ами­нокислот. Синтез пептидов чрезвычайно трудоемок, так как необходимо после каждой стадии выделять и очищать продукт реакции.

В настоящее время такие многостадийные синтезы проводят так называемым твердофазным способом, когда вещество, подлежащее последовательным пре­вращениям, прикреплено к твердой подложке ковалентной связью. Это позволяет избежать потерь, так как очистка вещества после каждой очередной стадии син­теза достигается простой промывкой. На конечной стадии готовый продукт сни­мают с подложки расщеплением ковалентной связи. При таком способе все опе­рации осуществляются автоматически.

Использование новых методов привело к значительным успехам в синтезе сложных полипептидов. Начиная с 1954 г. осуществлен синтез ряда гормонов, представляющих собой сложные полипептиды.