химический каталог




Курс органической химии

Автор П.Каррер

ое фосфорилирование

HN=C/

\N.

nh—со

I

сн,

сн3

креатииип (выделяется с мочой)

®0

но—р—nh сн,,

!' \ I

о c-n-сн,—СООН

// h,n©

фосфокреатип (резерв активной фосфорной кислоте для гликолиза в мышцах позвоночных; у беспозвоночных эту функцию несет

фосфоаргииин)

' с—nh—сн,—соон -*

гуалидоуксуспая кислота

,соон

h,n—сн,-сн,—сн,—сн

nh*

орннтни

/СООН НО—СН>—СИ

/

эизнматическп

ноосч

нс—сн,—сн,—S—СН2—сн

М.)КТ/// цистатиоп ^N'H

СООН

ноосч 41 /соон

нс—01,—сн,—он + hs—сн,—си h2n/ xnh2

гомосерин

ооезнреживапие |фталина

/

hoss—сн,—сн

\

цистеииовая кис.юта

соон

NH,

СООН

<^ ^-S—сн,—сн

/

ч\!н

I -CO.J

HOsS—СИ,—СН,—NH2

таурин

а-иафтилмеркаптуроная кислота

Аминокислоты в обмене веществ

379

сначала к саркозину, затем к бетаину, которым богата барда, получающаяся при переработке свеклы на сахарных заводах. Иногда название «бетаины» распространяют и на другие внутренние (внутримолекулярные) соли четвертичных аммониевых, оксониевых и сульфониевых оснований. Глицин является важным исходным веществом при биосинтезе красящих веществ крови. Здесь будут рассмотрены только первые этапы этого процесса, подробно изученные в последние годы ^(Шемин). Энзиматическая конденсация глицина с янтарной кислотой, подобная кляйзеновской конденсации, приводит к (З-кетоаминодикарбоновой кислоте, которая, отщепляя С02, превращается в 5-аминолевулиновую кислоту. В результате конденсации кетонной и активированной метиленовой групп одной молекулы 5-аминолевулиновой кислоты (а) с аминной и кетонной группами другой молекулы (б) образуется порфобнлиноген, являющийся первым пиррольным промежуточным продуктом в биосинтезе порфиринов (Римиигтон):

H,N—СН,,СООН

-НаО | HOOCCHjCHaCOOH

'СООН

СН,

I

СН-СО0Н

I

СО

I

сн, I

NH,

СООН

I

СН,

I

СН,

I

со

Схема 2

СН,

СН8МН,-СН,—С009 —> СН3—N—СН2СООе

саркозин I

сн3

беганн

-2Н,0

(от 2 молекул)

СН,

I

NH,

?-амннолевулниовая кислота

СООН

НООС 1 1 СН2

[ СН, 1 1 СН, 1

1 : 1 -с

С- ii : ii : || С = СН б а /\/ / —он2 NH -> порф ирины

порфобнлииоге

Тирозин — тирамин — адреналин. Тирозин гидроксилируется до Диоксифенилаланина [«дофа»], который может декарбоксилироваться с образованием «дофа»-амииа [диоксифенилэтиламина]. К этому же соединению приводит обходный путь через тирамин. Дофа-амин превращается пока еще не выясненным способом в адреналин — гормон коры надпочечников. Последний вместе с норадреналином (отличающимся от адреналина отсутствием метильной группы у азота) является частью системы, действие которой особенно ярко проявляется при испуге: вследствие выделения этих гормонов повышается кровяное давление и содержание сахара в крови. Наблюдаемое повышение давления кровн аналогично тому, которое наступает при раздражении симпатической нервной системы и может быть вызвано другими аминами сходного строения, получившими вследствие этого название симпатикомиметических. При окислении адреналина получается неактивный хиной—адренохром, легко полимернзующийся с образованием

380

Гл. 18. Аминокислоты, пептиды и белки

высокомолекулярного коричневого пигмента:

ноч

у НО—^ ^-Cllj-Cll

.СООН

tiO-f V-CH,-CH W \NH,

ч\п»

— днокснфенилалаппп I (дофа)

— * ПО-/=">-СН.—СП,— ХН. гнрампн

J\/X\_

I

сн3

адренохром

-СИ—ОН

—> — >

ноч

но^

н °-\3~с н^-сн»-хн,

дофа-амиц

НО—f ^—СН—С Но—NTH—СНа

ОН адреналин

Выделение аммиака в виде мочевины. Аммиак представляет собой чрезвычайно сильный клеточный яд, вследствие чего он должен быть превращен в безвредное соединение и затем выведен из организма. Таким соединением у млекопитающих является мочевина, у птиц — мочевая кислота. На схеме 3 показан процесс превращения

Схема 3

NH3 + COj

HoN-COOH

атф

: H,N-CO-OPO.,B

н3ро4

аммиака в мочевину, протекагощпн в печени через «орнитиновый цикл». Аммиак и С02 находятся в равновесии с карбамниовой кислотой, которая под действием аденозинтрифосфата превращается в смешанный ангидрид с фосфорной кислотой. Последний при реакции с орнитином

Полипептиды

3S1

образует производное мочевины — цитруллин. Эта аминокислота отличается от аргинина лишь тем, что вместо гуанидииовой группы в ней содержится «статок мочевины. Карбонильная группа цитруллина в результате реакции переамииирования, протекающей с участием а-ампно-группы аспарагиновой кислоты, превращается в иминогруппу. Прн этом образуются фумаровая кислота и аргинин, который гидролитически расщепляется ферментом аргиназой на мочевину и орнитин, после чего весь цикл превращений аминокислот начинается сначала. За один цикл происходит выделение двух молекул аммиака — одна вводится в цикл в виде карбаминовой кислоты, другая — в виде аспарагиновой (фумаровая кислота может снова аминироваться в аспарагино-вуто через стадию промежуточного образования щавелевоуксусной кислоты).

Полипептиды

Полнпептиды состоят из нескольких аминокислот, соединенных амиднымн связями:

H.,N—СН—С—NH—СН—С—NH—СН—СООН

I ll I II I

R О R' О R"

В обшем случае звенья такой цепи неодинаковы. Пептиды могут различаться между собой не только числом и характером аминокислотных остатков, но и порядком расположения аминокислот в полипептид-пой цепи. Это создает почти неисчерпаемые возможности вариаций. Расчет показывает, что только из 10 различных аминокислот можно построить Ю10 — 109 = 9 - 109 различных декапептидов.

Число возможных вариантов еще более возрастет, если учесть, что полипептидные цепи способны замыкаться в циклы. Гомодет-циклические полнпептиды получаются в результате образования пептидной связи между концевыми ампно- и карбоксильной группами (отщепление воды). Гетеродет - циклические полипептиды образуются в тех случаях, когда замыкание цикла происходит, например, в результате этерификации карбоксильной группы гидроксилом, расположенным в боковой цепи, или в результате образования дисуль-фндной связи между боковыми цепями:

СО— (XHCHR—СО)„-.ЧН I I R-CH СН—R

NH--СО

гомодетныи циклопептид

сн,-s-s-сн,

I " |

H,NCHR-CO ... NH—CH-CO-[NHCHR-CO]„-NH-CH-CO ... NHCHRCOOH

гетеродетный циклопепгид

О конформации молекул полипептидов и ее значении для биологических свойств известно еще очень мало. Исследование осложняется тем, что пространственное строение полпнептида в значительной мере

882

Гл. 18. Аминокислоты, пептиды и белки

зависит от среды, в которой находится молекула. Конформация пептида в растворе, очевидно, сильно отличается от его конформации в кристаллической решетке или на какой-либо поверхности. Тем не менее,

известны некоторые факторы, управляющие кон-формацией полицептидрв.

Это, во-первых, энергия резонанса, которая удерживает в одной плоскости группировки, участвующие в образовании пептидной связи;* при этом, по стерический причинам, транс-форма оказывается энергетически выгоднее ч&с-формы:

R

СН

Н

R

Н

СН

СН

\ // \ /

С сн

о

сн

/чс-II

о

е,

о

транс

сн

-N I

н

сн

/ v

C=N I I e|OI Н

сн

цис

Рис. 15. Пептидная цепь из остатков /^-аминокислот, имеющая конфор-мацию правой а-спирали (для наглядности цепь изображена на поверхности цилиндра).

Свободное вращение вокруг связи СО—NH затруднено, так как пептидная связь частично имеет характер двойной (уменьшение длины связи на 0,15 А)..

Во-вторых, на «складывание» полипептидной цепи оказывает влияние тенденция к образованию внутри- и межмолекулярных водородных мостиков между СО- и NH-группами.

По-видимому, в природе наиболее часто встречаются две конформации полипептидов: t -спираль и складчатый слой антипараллельно направленных пептидных цепей. Возможность их существования теоретически предсказали Полпнг и Кори, исходя из рассмотренных выше свойств пептидной связи.

В структуре, изображенной на рис. 15, все пептидные связи находятся в трансформе, причем внутримолекулярные водородные мостики направлены по ходу спирали. На один оборот спирали приходится 3,6 аминокислотного остатка. Характерно, что все боковые цепи направлены наружу. По данным реитгеноструктурного анализа весьма вероятно, что конформацию а-спирали имеют а-кератин и синтетические полиамино-

* [Копланарность заместителей при N- и С-атомах, соединенных пептидной связью, объясняется сопряжением

i I

которое лишь в предельном случае могло бы привести к биполярному иону

_ + 0=C=N— I I

О понятии «энергия резонанса» см. примечания на стр. 56 и 471. — Прим. редактора.]

Выделение и установление строения полипвптидов

m

кислоты. Эта конформация сильно сказывается на удельном вращении, что может быть использовано для ее обнаружения.

В антипараллельном складчатом слое точно так же осуществлена транс-конфор-мация пептидных связей (рис. 16). Полипептидные цепи расположены параллельно друг другу, причем соседние цепи имеют противоположное направление. Межмолекулярные водородные мостики перпендикулярны направлению пептидных цепей. Образующийся сетчатый слой пересечен поперечными складками, «плиссирован». На его сгибах располагаются а-углеродные атомы, от которых вверх и вниз попеременно отходят боковые

цепи. Вполне возможно, что такую конформацию имеют растянутые формы (Р-формы) фибриллярных белков (кератин, фиброин). Для гомодетного циклодекапептида грамицидина С эта конформация строго установлена рентгеноструктурным анализом (Ходжкин).

Выделение и установление строения полипептидов

Ввиду того, что различия в растворимостях полипептидов очень невелики, для выделения индивидуальных пептидов из смесей требуются- специальные методы. К ним относятся: фракционный диализ, распределительная хроматография (например, на колонке из бумажного порошка или листе бумаги), адсорбционная хроматография, ионнообменная хроматография, электрофорез и противоточное распределение по Крэйгу (т. е. распределение между двумя ограниченно смешивающимися жидкостями). Для характеристики выделенных пептидов и доказательства их однородности применяют противоточное распределение, количественный анализ аминокислотного состава и определение концевых- групп полипептидной цепи.

Гидролиз пептидов (и белков) приводит к освобождению аминокислот, участвовавших "в их построении. Расщепление проводят, как правило, кипячением с соляной или серной кислотами. При этом рее аминокислоты выделяются в виде солей, например хлоргидратов. Исключение составляет триптофан, который разрушается в ходе гидролиза, и поэтому для его определения требуются иные способы. Щелочи также гидролизуют пептиды (и белки), но этот процесс протекает менее гладко й приводит к значительной рацемизации аминокислот. Гидролиз полипептидов до аминокислот можно проводить и при помощи ферментов (трипсин, эрепсин).

384

Гл. 18. Аминокислоты, пептиды и белки

Для разделения аминокислот, образовавшихся в результате гидролиза полипептнда, еще Э. Фишер предложил использовать фракционную вакуумную перегонку их эфиров. Этот метод требует сравнительно большого количества вещества. В самое последнее время он, однако, вновь становится очень актуальным, так как газовая хроматография позволяет разделить ничтожные количества смеси эфиров аминокислот. Широкое применение для разделения смесей аминокислот нашла за последние годы бумажная хроматография. Если требуется определить качественный состав смеси аминокислот, то проводят двухмерное хро-матографировапие на листе бумаги и проявляют хроматограмму нингидрином, причем каждая аминокислота дает окрашенное пятно.

Очень удобным оказалось превращение аминокислот при помощд 2,4-динитрофторбензола в соответствующие желтые Ы-2,4-динитрофе-нильные производные (ДНФ-производные), которые затем разделяют хроматографией на бумаге и определяют колориметрически (Ли, Леви).

Отдельные аминокислоты можно качественно и количественно определять микробиологическим способом. Для роста мутантов Neurospora crassa и других микроорганизмов часто требуется присутствие определенных аминокислот. Если в питательную среду, содержащую все необходимые аминокислоты кроме одной, внести подходящий микроорганизм, то его размножение будет происходить только в том случае, если к среде будет добавлена недостающая аминокислота. При этом размножение будет пропорционально количеству добавленной аминокислоты (до некоторой оптимальной концентрации) .

Одним из наиболее точных методов микроопределения аминокислот является их разделение на ионнообменных смолах при различных температурах и рН (Штейн и Мур).

Определение концевых групп. Особое значение для выяснения строения пептидов имеет определение аминокислот, расположенных на концах полипептидной цепи. Если у какого-нибудь пептида или белка найдена одна единственная аминокислота в качестве N- или С-концевой группы, то с очень большой вероятностью можно считать его однородным соединением.

Для определения концевых групп применяются следующие методы:

а) ДНФ-метод (Сейнджер). Обработка пептида или белка 2,4-динитрофторбензолом приводит к арилнрозанпю а-аминогруппы N-концевой аминокислоты (а также арнлированию амнно- и оксигрупп боковых цепей лизина, тирозина и т. п.). После полного гидролиза желтые а-ДНФ-аминокислоты о, п- (021\!)2СбН31\Т1СН (R)COOH отделяются от других продуктов реакции и идентифицируются.

б) Финилтиогидантоиновый метод (Эдман). При действии фенилизотиоцианата (фенилгорчичного масла) на свободные аминогруппы пептидов и белков образуются соответствующие производные тиомочевины. Обработка их соляной кислотой приводит к отщеплению N-концевой аминокислоты в виде 2-феннламинотиазолинонового производного, легко изомеризующегося в фенилтиогидаптоин, который может быть выделен и идентифицирован. Остаток молекулы пептида или белка может быть снова подвергнут тем же превращениям, в результате чего отщепляется в виде фенилтиогидантоина следующая аминокислота. Так как реакция протекает почти количественно, этим способом удается отщепить один за другим до 10 остатков аминокислот и определить тем самым их последовательность. Френкель-Конрат и Леопис разработали микроаналитическое видоизменение этого метода,

Синтез полипептидов 385

для которого необходимо всего 0,1-0,2 микромоля пептида:

QH5 X=C=S -J- HoNCHRCO—NH ...—»¦ S

II

-> CeH5—\H—C-NHCHRCO—NH . . . -^U R—CH—CO

I I HN S

* ^c/ CI©

NHC.H,

R—CH—CO

I I

H2N . . . —> HN N—C6HB

фенилтиогидаптони

в) Расщепление гидразином (Акабори). Обработка пептидов или белков гидразином при 100° в течение 3—10 часов приводит к расщеплению всех пептидных связей. При этом все аминокислоты, кроме С-концевых, превращаются в соответствующие гидразиды аминокислот, которые с бензальдегидом образуют гидразоны, растворимые в органических растворителях. Это используется для отделения их от С-концевых аминокислот, остающихся неизмененными. Последние затем идентифицируют обычными методами:

Н [NHCHRCO],,—XHCHRCOOH -NHgN";> ,zH,,NCHRCONHNH, + H?NCHRCOOH

г) Расщепление к а р б о к с и п е п т и д а з о й и а м и н о-п е п т и д а з о и. Карбоксипептидаза поджелудочной железы отщепляет от пептидов и белков одну за другой С-концевые L-аминокислоты. Освободившиеся С-концевые аминокислоты могут быть определены качественно; если же контролировать реакцию количественно, то в благоприятных условиях удается определить последовательность 2—5 аминокислот. Не отщепляются глицин, лизин, пролин; очень быстро отщепляются ароматические аминокислоты и лейцин. Аналогично действует аминопептидаза, которая ступенчато расщепляет пептиды с аминного конца.

Синтез полипептидоз. Для того чтобы связать аминокислоты в строго определенной последовательности, нужны защитные группы, которые предотвратили бы нежелательные конденсации между карбоксильными и аминными группами. Необходимо, чтобы такие группировки могли быть впоследствии избирательно отщеплены без затрагивания пептидных связей.

Пептидный синтез, удовлетворяющий этим условиям, протекает следующим образом:

Y-NHCHRCOOH + H,\CHR'COO\" Y-XHCHRCO-NHCHR'COOY' —*

А К *

H,NCHRCO-NHCHR'COOH Y-NHCHRCO-NHCHR'COOH г Л HoNCHRCO—XHCHR'COOY'

Е

Аминокислота (Л), аминогруппа которой замещена группировкой (Y), конденсируется с другой аминокислотой (Б), имеющей защищенною остатком Y' карбоксильную группу. После того как получен полностью «защищенный» пептид (В), либо удаляют сразу обе защитные группы и получают свободный пептид (Г), либо проводят избирательное удаление одной нз групп Y пли Y'. Образующийся в последнем случае замещенный пептид (Д) плп (Е) может быть использован для дальнейших синтезов.

25 Зак. 605. П. Каррер

3S6

Э. Фишер в своих синтетических исследованиях с успехом использовал вместо аминокислот а-галоидкарбоноаые кислоты:

R r

BrCHC0Cl + H2NCH,C08N?-^-> ВгСН-CONHCHXOOH ^> R

—>¦ H.NCHCONHCH0COOH -|- NH4Br

При помощи этого

) метода ему удалось получить октадекапептид, в некотором отношении напоминавший белок (по высаливанию): /.-лейц-глиц-глиц-глиц-/.-лейц-глиц-глиц-глиц-/.-лейц-глнц-глиц-глнц-глйц-глиц-глнц-глиц-глиц-/.-лейц. * В настоящее время фишеровскнй метод синтеза пептидов через галондкарбоновые кислоты не применяется.

а) Группировки, применяемые для защиты я-а м и н о-групп. Наиболее часто используемые для защиты а-аминогрупп группировки и методы селективного их отщепления приводятся в табл. 22. Для введения защитных групп аминокислоту обычно обрабатывают соответствующим хлорангидридом или ангидридом кислоты.

б) Защита функциональных групп боковой цепи. Аминогруппы, находящиеся в боковой цепи орнитииа и лизина, могут быть защищены аналогично а-аминогруппам. Для избирательного введения защитных групп в боковую цепь применяют медные комплексы аминокислот (Синг):

''•Си ch(cha)„nha + кб-а -+ ''Си ch(ch2)„nhkb -f hci

4h2n/ 4h2n/

Гуанидиногруппа аргинина лучше всего защищается нитрованием (Бергман); отщепление нитрогруппы производят восстановлением в присутствии катализатора:

ноос-сн-(сн2)3—nh-c=n—NOa — -> аргинин+nh3

nh2 nh2

в) Защита карбоксильной группы. При этерификации аминокислот и пептидов их аминогруппы освобождаются из внутренней соли и делаются способными к ацилированию; этого же можно достигнуть прибавлением щелочи. Метиловые и этиловые эфиры обычно удается избирательно гидролизовать действием щелочи на холоду. Для расщепления бензиловых эфиров можно, кроме того, применить каталитическое гидрирование (до пептида и толуола).

Существует большое число методов образования пептидной связи между замещенными аминокислотами или пептидами Обычно их разделяют на методы, при которых активируется карбоксильная группа, и методы, связанные с активированием аминогруппы.

* [Здесь и далее применяются сокращенные обозначения амикокиппт (пп -,™u. ным буквам их названий), принятые в советской литературе: шьок',слот ^по ¦,ачаль

ял —«мини глут —глутамииовая прол — прпит

авг -япгииии кислота cap - саркозии

.фг —аргинин изол — изолейшш сер —сепии

асп — аспарагинот.ая лейц — лейцин тир —тирозин

„а, -в."™." •'И3 -•1"зи" ТРС -треонин

п.с -ги« ,,,„ мет - метионип трннт- триптофл,,

цис — цисгеии

— Прим. переводчика].

Синтез полипептидов

367

ТАБЛИЦА 22

Обозначение защитной группы Защитная группа Избирательное отщепление Реагент Продукты реакции

КБ (Cbz, Z) с6нг,сн,осо — „карбобепзокси" (Бергман, Зервас; 1932) Ho/Pd Na в жидк. NHg НВг в ледяной сн3соон С6НГ,СН3 + С02 + пептид С6Н5СН3 + Ш2 + пептид С6Н5СН,Вг + С02 + пептид

Тоз (Tos) СНз ^ —SO,—¦ (Дго Виш.о) Na в жидк. NH3 СН3—<^_у—SH -\- пептид

Фт (Pht) СО /\У \ \^\ / со (Шихан) NH2NH2 СО /V/ \ 1 NH | -j- пептид S NH / СО

Т (C„He)3C-.тритил" (Веллюз, Зервас) разбавленные кислоты (С8Н5)аСОН -f- пептид

ТФА — (TFA) CFXO — трифторацетил (Вейгаид) разбавленная щелочь CF^COOH -f пептид

Здесь будут рассмотрены только те из них, которые получили практическое применение.

а) Активирование карбоксильной группы. Все активированные производные карбоксильной группы в большей или меньшей степени имеют характер ангидридов кислот. Их реакционная способность падает вместе с к

страница 52
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147

Скачать книгу "Курс органической химии" (20.0Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
Кликните, закажите выгодней в KNS с промокодом "Галактика" - HP 1920-24G-PoE JG926A - 18 лет надежной работы!
трековое освещение в квартире
установка противоугонной системы sobr-stigma mini
imagine dragons концерт в москве в 2016 цены

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(24.03.2017)