Химический синтез білків в промышленности

Біосинтез белков.

Які ж самі основні форми зв’язку амінокислот у складній молекулі білка? Ще 1891 р. А. Я. Данилевський висловив припущення, що це амидные зв’язку, освічені карбоксилом однієї молекули амінокислоти і аминогруппой інший (поліконденсація типу «голова — хвіст»), например:

— H2O.

H2N-CH2-C=O +HNHCH2COOH—(.

OH (H2N-CH2-CO-NH-CH2-COOH.

(пептидная связь).

Амидные зв’язки цієї типу називаються пептидными связями, а низькомолекулярні сполуки, у яких амінокислоти з'єднані друг з іншому пептидными зв’язками, прийнято називати пептидами (чи полипептидами).

Пептиди утворюються при частковому гідролізі білків. Пептидная теорія будівлі білка була розвинена Еге. Фішером і Гофмейстером й у час остаточно подтверждена.

Залежно від кількості амінокислотних залишків, які входять у молекулу полипептида, розрізняють дипептиды, трипептиды, тетрапептиды тощо. буд.. Характерну для пептидів группировку.

— CO-NHназивають пептидной.

Назви полипептидов виробляють від назв залишків амінокислот, прореагировавших своїми карбоксильными групами, і південь від назви амінокислоти, реагує своєї аминогруппой і зберігає вільну 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).

На цей час розроблено багато методів перетворення а-аминокислот в пептиди і синтезовано найпростіші природні білки -інсулін, рибонуклеаза, вазопрессин, окситоцин і др.

Щоб з'єднати дві амінокислоти пептидной зв’язком, необхідно: а) закрити (захистити) карбоксильную групу глицина і аминогруппу аланина, ніж сталося небажаних реакцій за цими групам; б) утворити пептидную зв’язок; в) зняти захисні групи. Захисні групи повинні надійно закривати амінну і карбоксильную групи у процесі синтезу і потім легко зніматися без руйнації пептидной связи.

Захист аминогруппы найбільш просто проводиться ацилированием:

— HCl R-COCl+H2N-CH-COOH—(R-CO-NH-CH-COOH.

| |.

CH2 CH3.

Карбоксильную групу за захистом перетворюють на сложноэфирную:

— HOH.

H2N-CH2-COOH+HOR—(H2N-CH2-COOR Для освіти пептидной зв’язку чи активують карбоксильную групу Nацилаланина, перетворюючи їх у хлорангидрид, чи проводять конденсацію в присутності сильних водоотнимающих речовин (дициклогексилкарбодиимид, этоксиацетилен):

— H2O.

R-CO-NH-CH-COOH+HNHCH2-COOR—(.

|.

CH3 гідроліз (R-CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOR——(.

|.

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

|.

CH3.

Потім знімають захисні групи таких умов, ніж порушували пептидная зв’язок. Відтак можна синтезувати як ді-, а й три-, і тетрапептиды тощо. буд. .

Дуже перспективний метод синтезу пептидних зв’язків запропонував в 1960 р. Мерифильд (США). Цей метод потім отримав назву твёрдофазного синтезу пептидів. Перша амінокислота з защищённой аминогруппой приєднується до дійшли твердого носію — ионнообменной смолі, що містить спочатку групи -CH2Cl (1-ая стадія), із заснуванням так званої «якірній» зв’язку, що зазначена жирною лінією: (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) ONHCO-CHR''-NHCOR'(Смола-CH2O-C-CHR—NHCO-CHR''-NH2 тощо. буд. ||.

O.

Потім нарощують пептидную ланцюг, пропускаючи через смолу розчини відповідних реагентів. І тому спочатку прибирають групу, захищаючу кінцеву NH2 — групу (2-ая стадія). Пропускаючи через смолу розчин інший амінокислоти з защищённой аминогруппой у присутності водоотнимающих реагентів, утворюють пептидную зв’язок між першої та другої амінокислотою (3- я стадія). Якщо потім прибрати захисну групу (4-ая стадія), синтез пептида може бути далі. Після нарощування пептидной ланцюга до потрібної величини гидролизуют «якірну» сложноэфирную зв’язок і змивають полипептид зі смолы:

HBr Смола-CH2O-CO-CHR-NH…CO-CHR'NH2—-((Смола-CH2OH+HOOCCHRNH…COCHR'NH2.

Полипептид.

Метод Мерифильда простий в технічному оформленні, що дозволяє повністю автоматизувати процес. Тому, хоча вищезгадані білки инсулин (51 амінокислота) і рибонуклеаза (124 амінокислоти) були синтезовано класичними методами, метод Мерифильда дозволяє значно зменшити витрати праці та часу на синтез білків. Так, рибонуклеаза була синтезована Мерифильдом 1968;го р. менш як по місяць, хоча синтез включав 369 послідовних реакций.

Чеботарьов А. 11п1.