PDF Печать E-mail

Гидролиз белков

Белки - природные высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков 20 аминокислот, которые соединены пептидными связями в полипептидные цепи. В процессах жизнедеятельности всех организмов белки выполняют структурную, регуляторную, каталитическую, защитную, транспортную, энергетическую и другие функции. Белки - основа кожи, шерсти, шелка и других натуральных материалов, важнейшие компоненты пищи человека и корма животных. Названию белки, наиболее принятому в отечественной литературе, соответствует термин протеины (от греч. proteios — первый).

 

Классификация белков

 

Белки разделяются на протеины (простые белки), состоящие только из аминокислот и при гидролизе почти не образующие других продуктов, и протеиды (сложные белки), состоящие из собственно белковой части, построенной из α-аминокислот, и из соединенной с ней небелковой части, иначе называемой простетической группой. При гидролизе протеиды кроме α-аминокислот образуют и другие вещества, например, фосфорную кислоту, глюкозу, гетероциклические соединения и т. д.

 

1. Протеины разделяются на группы в зависимости от их растворимости и положения изоэлектрической точки:

 

1) Альбумины. Растворимы в воде, при нагревании свертываются. Осаждаются насыщенными растворами солей (не осаждаются насыщенным раствором хлорида натрия NaCl, но могут быть осаждены при насыщении раствора сульфатом аммония). Имеют сравнительно небольшую молекулярную массу. При гидролизе дают мало гликоколя. Входят в состав белка яйца, сыворотки крови, молока, а также ферментов и семян растений.

 

2) Глобулины. Нерастворимы в воде. Растворяются в разбавленных растворах солей и осаждаются концентрированными растворами солей. Свертываются при нагревании. Имеют большую молекулярную массу, чем альбумины. Входят в состав мышечных волокон (миозин), яйца, молока, крови, растительных семян (конопля, горох).

 

3) Проламины. Нерастворимы в воде. Растворяются в 60—80 %-ном спирте. Не свертываются при кипячении. Содержат много пролина. Входят в состав растительных белков (глиадин пшеницы, гордеин ячменя, зеин кукурузы).

 

4) Протамины. Сильные основания. Хорошо растворимы в воде, в разбавленных кислотах и щелочах. Не свёртываются при нагревании. Не содержат серы. Имеют простой аминокислотный состав (состоят преимущественно из диаминокислот) и низкую молекулярную массу. Входят в состав спермы и икры рыб, а также в состав сложных белков – нуклеопротеидов.

 

5) Гистоны. Менее сильные основания. Содержат значительное количество диаминокислот со свободными аминогруппами. Растворимы в воде и в разбавленных кислотах, но нерастворимы в разбавленных щелочах. Обычно представляют собой собственно белковые части сложных белков. В качестве примера можно назвать глобин – белок, входящий в состав сложного белка крови – гемоглобина.

 

6) Склеропротеины. Нерастворимы в воде, растворах солей, кислот и щелочей (они растворяются лишь при длительной обработке концентрированными кислотами и щелочами, причем с расщеплением молекул). Устойчивы к гидролизу. Характеризуются высоким содержанием серы. В животных организмах выполняют опорные и покровные функции; в растениях не встречаются. Представители: коллаген – белковое вещество костей, кожи, хрящей, соединительных тканей; эластин – белок стенок кровеносных сосудов, сухожилий; кератин - белок шерсти, волос, рогового вещества, ногтей, эпидермиса кожи; фиброин – белок шелка.

 

2. Протеиды разделяются на группы в зависимости от состава небелковой части:

 

1) Нуклеопротеиды. Гидролизуются на простой белок (чаще всего гистоны или протамины) и нуклеиновые кислоты. Последние в свою очередь гидролизуются с образованием углевода, фосфорной кислоты, гетероциклического основания. Растворимы в щелочах и нерастворимы в кислотах. Входят в состав протоплазмы, клеточных ядер, вирусов.

 

2) Фосфопротеиды. Гидролизуются на простой белок и фосфорную кислоту. Слабые кислоты. Свертываются не при нагревании, а от действия кислот. К ним относятся казеин коровьего молока и вителлин – белок, входящий в состав желтка куриного яйца.

 

3) Гликопротеиды. Гидролизуются на простой белок и углевод. Нерастворимы в воде. Растворяются в разбавленных щелочах. Нейтральны. Не свертываются при нагревании. Входят в состав слизей. Представитель: муцин, входящий в состав слюны.

 

4) Хромопротеиды. Распадаются при гидролизе на простой белок и красящее вещество. Примером является гемоглобин крови; при гидролизе он расщепляется, образуя белок глобин и красящее вещество гем красного цвета.

 

5) Липопротеиды. Это соединения белка с липидами. Содержатся в протоплазме клеток, в сыворотке крови, в яичном желтке.  

 

Белки классифицируются также по форме их молекул:

1) фибриллярные (волокнистые) белки, молекулы которых имеют нитевидную форму; к ним относят фиброин шелка, кератин шерсти;

2) глобулярные белки, молекулы которых имеют округлую форму; к ним относятся, например, альбумины, глобулины и ряд других, в том числе и сложные белки. 

 

  • Структурная организация белков
    •  

      Структурная организация белков 

       

      Белковые молекулы представляют собой продукт полиме­ризации 20-25 различных мономерных молекул (аминокислот), соединенных не хаотично, а в строгом соответствии с кодом бел­кового синтеза. Из 20 различных аминокислот (при условии, что каждая войдёт в цепь только один раз) можно построить 2,3•1018 изомеров белковой молекулы.

      ?-Аминокислоты, входящие в состав белков

       

      Аминокислота

      Буквенное
      обозначение

      Структура радикала R

      Алифатические ?-аминокислоты

      ГЛИЦИН (аминоуксусная кислота) Glycine

      Гли / Gly / G

      —Н

      АЛАНИН(?-аминопропионовая кислота) Alanine

      Ала / Ala / A

      —СН3

      ВАЛИН* (?-амино-изовалериановая кислота) Valine

      Вал / Val / V

      ЛЕЙЦИН*

      (?-аминоизокапроновая кислота)
      Leucine

      Лей

      Leu
      L

      изолейцин*

      (?-амино-?-метилвалериановая кислота)

      Isoleucine

      Илей

      Ile
      I

      Сероседержащие ?-аминокислоты

      ЦИСТЕИН

      (?-амино-?-тиопропионовая кислота)
      Cysteine

      Цис

      Cys
      C

      —СH2SH

      МЕТИОНИН*

      (?-амино-?-метилтиомаслянная кислота)
      Methionine

      Мет

      Met
      M

      —CH2-CH2-S-CH3

      Кислые ?-аминокислоты

      АСПАРАГИНОВАЯ КИСЛОТА

      (?-аминоянтарная кислота)
      AsparDic

      Асп

      Asp
      D

      —СН2СООН

      ГЛУТАМИНОВАЯ КИСЛОТА

      (?-аминоглутаровая кислота

      Glutamic acid

      GluEtamic

      Глу

      Glu
      E

      —СН2СН2СООН

      Основные ?-аминокислоты

      ГИСТИДИН

      (?-амино-?-имидазолилпропионовая кислота)
      Histidine

      Гис

      His

      H

      ЛИЗИН*

      (?-амино-?-диаминокапроновая кислота)

      Lysine

      Лиз

      Lys

      K

      —CH2-CH2-СН2-CH2-NH2

      АРГИНИН

      (?-амино-?-гуанидиновалериановая кислота)
      ARginine

      Арг

      Arg
      R

      Нейтральные ?-аминокислоты

      АСПАРАГИН

      (амид аспарагиновой кислоты)
      AsparagiNe

      Асн

      Asn
      N

      NH2 (CO)CH2 —

      ГЛУТАМИН

      (амид глутаминовой кислоты)

      Glutamine
      Q-tamine

      Глн

      Gln

      Q

      СН2 -СН2 -СОNH2

      СЕРИН

      (?-амино-?-гидроксипропионовая кислота)
      Serine

      Сер

      Ser
      S

      —CH2-OH

      ТРЕОНИН*

      (?-амино-?-оксимасляная кислота)
      Threonine

      Тре

      Thr

      T

      —CH2 (CH3)-OH

      Ароматические ?-аминокислоты

      ТРИПТОФАН*

      (?-амино-?-(3-индолил) пропионовая кислота)

      Tryptophan
      TWyptophan

      Трип

      Trp
      W

      ТИРОЗИН

      (?-амино-?-параоксифенилпропионовая кислота)
      TYrosine

      Тир

      Tyr

      Y

      ФЕНИЛАЛАНИН

      (?-амино-?-фенилпропионовая кислота)

      Phenylalanine
      Fenylalanine

      Фен / Phe
      F

      —CH2 -C6H5

      Имино- ?-аминокислоты

      ПРОЛИН (пирролидин-?-карбоновая кислота) Proline

      Про / Pro / P

       

      * Незаменимые ?-аминокислоты – не воспроизводимые человеческим организмом кислоты, которые могут поступать в организм только в составе пищи.


      Белки представляют собой сложные полипептиды, в которых отдельные аминокислоты свя­заны друг с другом пептидными (R—СО—NH—R') связями, возникающими при взаимодействии карбоксильных СООН и аминных NH2 групп аминокислот. На примере аланина и глици­на образование пептидной связи (с выделением молекулы воды) можно представить следующим уравнением:

      К дипептиду аналогичным способом мо­гут присоединяться и другие аминокислоты с образованием три-, тетра-, пентапептида и т. д., вплоть до крупной молекулы поли­пептида (белка).

      Получены следующие экспериментальные доказательства полипептидной теории строения белка.

      1. В природных белках сравнительно мало титруемых свобод­ных СООН- и NH2-групп, поскольку абсолютное их большинство находится в связанном состоянии, участвуя в образовании пеп­тидных связей; титрованию доступны в основном свободные СООН- и NН2-группы у N- и С-концевых аминокислот пептида.
      2. В процессе кислотного или щелочного гидролиза белка об­разуется стехиометрическое количество титруемых СООН- и NН2-групп, что свидетельствует о распаде определенного числа пептидных связей.
      3. Под действием протеолитических ферментов (протеиназ) белки расщепляются на строго определенные фрагменты, назы­ваемые полипептидами, с концевыми аминокислотами, соответ­ствующими избирательности действия протеиназ. Структура не­которых таких фрагментов неполного гидролиза доказана по­следующим химическим их синтезом.
      4. Биуретовую реакцию (сине-фиолетовое окрашивание в при­сутствии раствора CuSO4 в щелочной среде) дают как биурет (NН2—СО—NH—СО—NН2), содержащий пептидную связь, так и белки, что также является доказательством наличия в белках аналогичных связей.
      5. Анализ рентгенограмм, полученных при просвечивании рентгеновскими лучами кристаллов белков, подтверждает поли­пептидную структуру белков.
      6. Существенным подтверждением полипептидной теории строения белка является возможность синтеза чисто химически­ми методами полипептидов и белков с уже известным строени­ем: инсулина — 51 аминокислотный остаток, лизоцима — 121 аминокислотный остаток, рибонуклеазы — 124 аминокислотных остатка. Синтезированные белки обладают биологической ак­тивностью и физико-химическими свойствами, аналогичными та­ковым природных белков.

      Здесь следует указать на некоторые особенности строения полипептидной цепи. Во-пер­вых, это касается своеобразия расположения атомов углерода и азота, находящихся примерно в одной плоскости, и атомов во­дорода и радикалов, направленных к этой плоскости под углом 109o28'. Во-вторых, это относится к своеобразию пептидной свя­зи. Расстояние между атомами С и N в пептидной связи (рав­ное 0,132 нм) является промежуточным между простой (оди­нарной) связью (т. е. связью между С—N=, равной 0,147 нм) и двойной связью (между =C=N—, равной 0,125 нм):

      Это создает предпосылки для осуществления таутомерных (лактам-лактимных) превращений. Лактимная (енольная) фор­ма дает некоторые преимущества полипептидной цепи, выража­ющиеся в повышении реакционной способности. Наконец, сле­дует указать на своеобразие радикалов, которые являются по­лифункциональными и определяют и структуру (пространственную), и многообразие функций моле­кул белка.

      Первичная структура белка

      Под первичной структу­рой подразумевают порядок, последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Зная первич­ную структуру, можно точно написать структурную формулу белковой молекулы, если она представлена одной полипептид­ной цепью. Если в состав белка входит несколько полипептид­ных цепей, то задача определения первичной структуры несколь­ко сложнее, так как необходимо предварительное разъединение этих цепей.

      Стабильность первичной структуры обеспечивается в основ­ном главновалентными пептидными связями; возможно участие и небольшого числа дисульфидных связей.

      В настоящее время выяснение первичной структуры белков является вопросом времени и технического оснащения лаборато­рий. Полностью выяснена первичная структура многих природ­ных белков. Первым из них был инсулин, содержащий 51 ами­нокислотный остаток (Сэнджер, 1953). Самым крупным белком с выясненной первичной структурой был иммуноглобулин, в че­тырех полипептидных цепях которого насчитывается 1300 ами­нокислотных остатков.

      Вторичная структура белка

      Под вторичной структурой белка подразумевают конфигура­цию полипептидной цепи, т.е. способ свертывания, скручивания (складывания, упаковки) полипептидной цепи в спиральную или какую-либо другую конформацию; оно протекает не хаотично, а в соответствии с программой, заложенной в первичной струк­туре. Подробно изучены две основные конфигурации полипеп­тидных цепей, отвечающих структурным требованиям и экспери­ментальным данным: ?-конфигурация и ?-структуры.

      Вероятным типом строения глобулярных белков принято считать ?-спираль (?-конфигурация), модель которой представлены на рисунке (а):

      (а) ?-Спираль (б) ?-Структура

      Закручивание полипептидной цепи идет по часовой стрелке (правый ход спи­рали), что обусловлено L-аминокислотным составом природных белков. Движущей силой в возникновении ?-спиралей (так же как и ?-структур) является способность аминокислот к образо­ванию водородных связей. В структуре ?-спиралей открыт ряд закономерностей. На каждый виток (шаг) спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка. Шаг спирали (расстояние вдоль оси) равен 0,54 нм на виток, а на один аминокислотный остаток приходится 0,15 нм. Угол подъема спирали равен 26°; через каж­дые 5 витков спирали (18 аминокислотных остатков) структур­ная конфигурация полипептидной цепи повторяется. Это озна­чает, что период повторяемости (или идентичности) ?-спиральной структуры составляет 2,7 нм. На рисунке (а) модели ?-спирали зачернены участки спирали, обращенные к наблюдателю; пунк­тиром обозначены водородные связи между СО- и NH-группами, расположенными на соседних участках спирали; атомы водорода показаны в виде маленьких серых кру­жочков.

      Для каждого белка характерна определенная степень спирализации его полипептидной цепи. Степень спирализации уста­навливают путем измерения удельного вращения плоскости по­ляризованного света. Изменение последнего находится в прямой зависимости от степени спирализации белковой молекулы. Не все глобулярные белки спирализованы на всем протяжении по­липептидной цепи. В молекуле белка ?-спиральные участки че­редуются с линейными. В частности, если ?- и ?-цепи гемогло­бина спирализованы, например, на 75%, то лизоцим — на 42%, а пепсин — всего на 30%.

      Таким образом, стабильность вторичной структуры в основ­ном обеспечивается водородными связями (определенный вклад в это вносят и валентные связи — пептидные и дисульфидные).

      Другой тип структуры, обнаруженный в белках волос, шелка, мышц и других фибриллярных белках, получил название ?-конфигурации, ?-структуры (рисунок (б)). В этом случае две или более линейные полипептидные цепи, расположенные параллельно, прочно свя­зываются водородными связями, образуя структуру типа склад­чатого слоя. Такая структура менее устойчива, чем ?-конформация.

      Обе конформации могут быть обратимы при механическом воздействии и изменении влажности (при растворении в воде ?-конформация сохраняется, однако при нагреве в узком интервале температур разрушаются водородные связи, падает вязкость раствора). В природе существуют белки, строение которых, однако, не соответствует ни ?-, ни ?-структурам.

      Типичным примером та­ких белков является коллаген - фибриллярный белок, состав­ляющий основную массу соединительной ткани в организме че­ловека и животных. В естественных условиях коллаген находится в форме длин­ных фибриллярных нитей, однако при нагревании эти нити прев­ращаются в беспорядочные клубочки, получившие название же­латины.

      Третичная структура белка

      Под третичной структурой белка подразумевают пространст­венную ориентацию полипептидной спирали или способ укладки полипептидной цепи в определенном объеме. Она образуется за счет ковалентных связей S—H, которые образуют дисульфидные мостики  —S—S—, сшивающие разные части ?-спирали (рисунок (в)):

      (в) Третичная структура (г) Четвертичная структура


      В ста­билизации пространственной структуры белков, помимо валент­ных связей (пептидные и дисульфидные связи), основную роль играют так называемые нековалентные связи. К этим связям относятся: водородные связи, электростатические взаимодейст­вия заряженных групп, межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса, взаимодействия неполярных боковых радикалов аминокислот, так называемые гидрофобные взаимодействия, вы­званные вталкиванием гидрофобных радикалов внутрь молеку­лы белка молекулами воды (растворителя) и т. д.

      Третичная структура белка, после завершения его синтеза в рибосомах, возникает автоматически и полностью предопре­деляется первичной структурой. Основной движущей силой в возникновении трехмерной структуры являются взаимодействия радикалов аминокислот с молекулами воды. При этом неполяр­ные гидрофобные радикалы аминокислот как бы вталкиваются внутрь белковой молекулы, образуя там сухие зоны, в то время как полярные радикалы оказываются ориентированными в сто­роны воды. В какой-то момент возникает термодинамически наиболее выгодная конформация молекулы в целом и она ста­билизируется. В такой форме белковая молекула характеризу­ется минимальной свободной энергией.

      В свою очередь трехмерная структура белковой молекулы также содержит информацию, но уже совершенно нового типа, а именно функциональную. Все биологические свойства белков (каталитические, гормо­нальные, антигенные и др.) связаны с сохранностью их третич­ной структуры, которую принято называть нативной конформацией. Любые воздействия (термические, физико-химические), приводящие к нарушению этой конформации мо­лекулы (разрыв водородных и других нековалентных связей), сопровождаются частичной или полной потерей белком его био­логических свойств.

      Четвертичная структура белка

      Под четвертичной структурой подразумевают симметричнопосторенные комплексы, стабилизированные за счет нековалентных взаимодействий. Такие называют олигомерами, а составные единицы комплексов (2-12 белков) – субъединицами или мономерами (рисунок (г)). Многие функциональные белки состоят из нескольких полипептидных цепей, соединенных нековалентными связями (аналогичными тем, которые обеспечивают стабильность третичной структуры). Каждая отдельно взятая полипептидная цепь, получившая название протомера, чаще всего не обладает биологической активностью. Эту способность белок приобретает при определенном способе пространственного объединения вхо­дящих в его состав протомеров. Образовавшуюся молекулу при­нято называть мультимером. Мультимерные белки чаще всего построены из четного числа протомеров (от 2 до 4, реже от 6 до 8, 10, 12 и т. д.) с разными молекулярными массами — от не­скольких тысяч до 100 000 дальтон.

      Ос­новными силами, стабилизирующими четвертичную структуру, являются нековалентные связи между контактными площадками протомеров, которые взаимодействуют друг с другом по типу комплементарности, т. е. универсальному принципу, свойствен­ному живой природе.

      На рисунке изображена трехмерная модель молекулы гемоглоби­на; субъединицы типа ? (светлые) и ? (темные) расположены по углам почти правильного тетраэдра, темные диски — группы гема.

      Каждый индивидуальный белок ха­рактеризуется уникальной структурой, обеспечивающей уникаль­ность его функций. Поэтому выяснение структуры разнообраз­ных белков может служить ключом к познанию природы живых систем и, соответственно, сущности жизни. 

  • Свойства белков
    •  

      Свойства белков

      Различают химические, физические и биологические свойства белков.

      Физические свойства. Белки относятся к высокомолекулярным соединениям, в сос­тав которых входят сотни и даже тысячи аминокислотных ос­татков, объединенных в макромолекулярную структуру. Молеку­лярная масса белков колеблется от 6000 (нижний предел) до 1 000 000 и выше и зависит от количества отдельных полипеп­тидных цепей в составе единой молекулярной структуры белка. Такие полипептидные цепи получили название субъединиц. Их молекулярная масса также варьирует в широких пре­делах: от 6000 до 100 000 и более дальтон.

      Белковые вещества разнообразны по своему агрегатному со­стоянию. Часто это твердые аморфные тела в виде белых порошков. Белки шерсти (кератин) и шелка (фиброин) — прочные волокна. Некоторые белки получены в кристаллическом состоянии (гемогло­бин крови). Многие имеют консистенцию вязких жидкостей или студней.

      Все белки нерастворимы в безводном спирте и других орга­нических растворителях. Многие белки растворяются в воде и в разбавленных растворах солей, но образуют не истинные, а коллоидные растворы. Имеются и белки, совершенно не растворяю­щиеся в воде.

      Растворы природных белков оптически активны (обычно откло­няют плоскость поляризации влево). Белки также способны рассеивать световые лучи ввиду значитель­ных размеров белковых частиц и поглощать ультрафиолетовые лучи. Перечисленные оптические свойства белков используют при их коли­чественном определении, измерении молекулярной массы и т.п.

      Одним из характерных физических свойств белков является их способность адсорбировать на поверхности молекул (а иногда и захва­тывать внутрь молекулы) низкомолекулярные органические соединения и ионы. С этим свойством белков связана их транспортная функция в организме: некоторые белки являются хорошими переносчиками продуктов обмена.

      Химические свойства. Химические свойства белков отличаются исключительным разно­образием. Обладая аминокислотными радикалами различной химической природы, белковые тела способны давать широкий круг реакций

      Особо важную роль в обеспечении определенных структурных осо­бенностей белковых молекул и ряда их биологических свойств имеют реакций между радикалами аминокислотных остатков в пределах од­ной и той же белковой молекулы. При этом выявляется отчетливая за­висимость третичной структуры белков от ряда внешних условий: рК среды, концентрации солей в растворе, окислительно-восстановительно­го режима клетки и др. Весь­ма характерна для белков реакция гидролиза пептидных связей. Рас­полагая значительным числом основных и кислых групп, белки прояв­ляют амфотерные качества.

      1. Свертывание и денатурация. Бел­ки, обладающие всеми характерными природными свойствами, назы­ваются нативными. Часто под влиянием очень мягкой обработки, на­пример легкого встряхивания, и тем более при грубых физических или химических воздействиях белки быстро теряют нативность и переходят в денатурированное состояние. Изменение уникальной структуры нативного белка, сопровождающееся потерей характерных для него свойств: растворимости, биологической активности, электрофоретической подвижности и т.п., называется денатурацией. Денатурация, как правило, затрагивает третичную и частично вторичную структуры бел­ковой молекулы и не сопровождается какими-либо изменениями пер­вичной структуры. Поэтому при денатурации белка нарушаются глав­ным образом дисульфидные мостики, солевые и водородные связи, а также гидрофобные взаимодействия в белковой молекуле. При опре­деленных условиях денатурированный белок можно частично или пол­ностью вернуть к исходному состоянию. Такой белок называют ренатурированным.

      2. Гидролиз белков. Белки нацело гидролизуются до аминокислот конц. Н2SO4 при н.у. или 2% HCl при нагревании и повышенном давлении. Гидролиз белков является способом выделения аминокислот.


      3. Биуретовая реакция. Это качественная реакция на пептидную связь.

      Красно-фиолетовое окрашивание.


      4. Амфотерность белков.

      Основной характер:

      Кислый характер:


      5. Нингирдиновая реакция – качественное определение аминогрупп в белках с нингидрином, сине-фиолетовая окраска.

      6. Ксантопротеиновая реакция. Это качественная реакция на наличие в белке остатков ароматических аминокислот – фенилаланина и тирозина.

      7. Реакция Базена. Это качественная реакция на наличие в белке триптофана.

      Наблюдается сине-фиолетовое окрашивание.

  • Синтез полипептидов и белков

    • 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. 

 
Поделиться ссылкой на статью: