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