Химический и ферментативный синтез пептидов.
Синтез пептидов представляет собой отдельное направление тонкого органического синтеза. Характерной его особенностью является необходимость временной защиты тех химических группировок, которые не должны участвовать в химической реакции. При выборе блокирующего агента руководствуются возможностью его легкого отщепления без изменения структуры пептида. На практике для защиты аминной группы часто используют бензилоксикарбонилхлорид:
После образования пептидной связи бензиоксикарбонильную группу отщепляют посредством бромоводорода в ледяной уксусной кислоте.
Для защиты -карбоксильной группы ее превращают в метиловый или бутиловый эфир. Затем по мере надобности соответствующий эфир омыляют щелочью.
Ферментативный синтез. Некоторые биологические катализаторы, гидролизующие пептидные связи, в определенных условиях способны катализировать обратныую реакцию, а именно образовывать пептидные связи между отдельными аминокислотами. Одним из таких способов смещения равновесия каталитической реакции является ее проведение в органическом растворителе в присутствии небольших количеств воды.
Пептидный синтез – это построение пептидной цепи путем соединения аминокислот с помощью химических методов. Обычно речь идет о получении пептидов, содержащих до 40 - 45 аминокислот, таким способом можно осуществить синтез и небольших белков.
В зависимости от используемых методических приемов и характера синтезируемого конечного продукта различают следующие типы пептидного синтеза:
1) классический пептидный синтез в растворе, подразделяемый на ступенчатый синтез линейных пептидов, осуществляемый последовательным присоединением аминокислот от С-конца к N-концу цепи, и на блочный синтез линейных пептидов, когда построение цепи ведется из предварительно синтезированных фрагментов;
2) синтез пептидов на полимерном носителе, при этом растущая полипептидная цепь ковалентно присоединена к нерастворимому или растворимому полимеру и отделение ее от полимера осуществляется на завершающей стадии синтеза. При использовании нерастворимого носителя принято говорить о твердофазном синтезе, существующем в настоящее время в полностью автоматизированном варианте. Созданные для этих целей приборы получили название синтезаторов. В некоторых случаях оказывается целесообразным использовать жидкофазный синтез на основе растворимых полимеров;
3) синтез гомо- и гетерополиаминокислот, построенных из повторяющихся остатков одной-двух аминокислот путем полимеризации или сополимеризации производных аминокислот (N-карбоксиангидридов и т. п.);
4) ферментативный пептидный синтез, т. е. синтез пептидов с помощью ферментов. Хотя идея такого синтеза весьма привлекательна и многие ферменты способны катализировать образование пептидной связи (реакции, обратной протеолизу), существенных результатов пока этим методом получить не удалось;
5) полусинтез пептидов, заключающийся в использовании методов пептидного синтеза для модификации природных пептидов. Обычным приемом является отщепление в молекуле природного пептида или белка небольшого фрагмента, а затем введение новой аминокислотной последовательности;
6) синтез циклических пептидов, осуществляемый замыканием линейного пептида в цикл соответствующей величины различными способами;
7) синтез гетеродетных пептидов, построенных с участием как амидных связей, так и связей другого типа – сложноэфирных, тиоэфирных, дисульфидных.
Пептидный синтез включает следующие последовательные стадии:
- защита карбоксигруппы аминокомпоненты;
- защита аминогруппы карбоксикомпоненты;
- защита карбокси- и аминогрупп боковых цепей;
- активация карбоксигрупппы карбоксикомпоненты;
- синтез, образование пептидной связи;
- удаление (снятие) защитных групп;
- выделение пептида.
Проведение пептидного синтеза требует учета и жесткого соблюдения некоторых факторов. Так, с целью снижения образования побочных продуктов и рацемизации, рекомендуются следующие типовые условия проведения реакции образования пептидной связи:
1)процесс необходимо проводить при низких температурах, время реакции должно быть минимальным;
2)реакционная масса должна иметь рН, близкую к нейтральной;
3) в качестве кислотосвязывающих реагентов используют органические основания, как пиперидин, морфолин и т.д;
4) проведение реакции желательно в безводных средах.