Пептидний зв'язок має властивості частково подвійного зв'язку. Це проявляється в зменшенні довжини зв'язку з цим (0,132 нм) в порівнянні з довжиною простий зв'язку C N (0,147 нм). Частково двоесвязний характер пептидного зв'язку унеможливлює вільне обертання заступників навколо неї, тому пептидная угруповання є плоскою і має зазвичай транс-конфігурацію (ф-ла I). Tаким чином, остов пептидного ланцюга є ряд жорстких площин з рухомим ( "шарнірним") зчленуванням в місці, де розташовані асиметричні атоми С (в ф-ле I позначені зірочкою).

У розчинах пептидів спостерігається переважне утворення певних конформеров. З подовженням ланцюга більш виражену стійкість набувають (аналогічно білкам) впорядковані елементи вторинної структури. Освіта вторинної структури особливо характерно для регулярних пептидів, зокрема для полиаминокислот.

властивості

Олігопептиди за властивостями близькі до амінокислотам, поліпептиди подібні до білків. Олігопептиди представляють собою, як правило, кристалічні речовини, що розкладаються при нагріванні до 200 300 0 C. Вони добре розчиняються у воді, розбавлених кислотах і лугах, майже не розчинні в органічних розчинниках. Винятки становлять олігопептиди, побудовані із залишків гідрофобних амінокислот.

Олігопептиди володіють амфотерними властивостями і, в залежності від кислотності середовища, можуть існувати у формі катіонів, аніонів або цвіттер-іонів. Основні смуги поглинання в ІЧ спектрі для групи NH 3300 і 3080 см -1, для групи C \u003d O 1660 см -1. В УФ спектрі смуга поглинання пептидного групи знаходиться в області 180-230 нм. Ізоелектрична точка (РІ) пептидів коливається в широких межах і залежить від складу амінокислотних залишків в молекулі. Величини рК а пептидів становлять для а-СООН ок. 3, для -H 2 ок. 8.

Хімічні властивості олигопептидов визначаються містяться в них функціональними групами, а також особливостями пептидного зв'язку. Їх хімічні перетворення в значній мірі аналогічні відповідним реакцій амінокислот. Вони дають позитивну біуретову реакцію і Нінгідринова реакцію. Дипептиди і їх похідні (особливо ефіри) легко циклизующихся, перетворюючись в дікетопіперазін. Під дією 5,7 нормальної соляної кислоти пептиди гідролізуються до амінокислот протягом 24год при 105 0 C.

синтез пептидів

У пептидному синтезі використовуються відомі з органічної хімії реакції отримання амідів і спеціально розроблені методи для синтезу пептидів. Для успішного здійснення цих синтезів необхідно активувати карбоксильну групу, тобто збільшити електрофільне карбонильного вуглецю. Це досягається шляхом хімічної модифікації карбоксильної групи амінокислот. Тип такої модифікації зазвичай визначає назву методу пептидного синтезу.

1. Хлорангідрідний метод.

В основі методу лежить реакція отримання амідів взаємодією хлорангидридов кислот з відповідними амінами. Саме цим способом були отримані перші пептиди. В даний час цей метод застосовується вкрай рідко, оскільки він супроводжується утворенням побічних продуктів і рацемізації пептидів.

2. Азідний метод

Вихідною речовиною в даному способі найчастіше є етиловий ефір N-захищеної амінокислоти, з якої отримують гідразид, останній перетворюють за допомогою нітриту натрію в присутності соляної кислоти в азид кислоти. В реакції зазвичай застосовують гідразин, у якого один з азоту заблокований захисної групою (Z-карбобензоксі- або карботретбутілоксігруппа), що дозволяє уникнути утворення побічних дігідразідов. Азиди при взаємодії з С-захищеними амінокислотами в м'яких умовах утворюють пептиди.

Рацемізації в цьому методі зведена до мінімуму, проте можуть протікати побічні реакції, а саме: азиди можуть перегруповуватися в ізоцианати, які в свою чергу при взаємодії зі спиртом, використовуваним в якості розчинника, утворюють уретани.

3. Змішані ангідриди

Широке застосування в пептидному синтезі знайшли змішані ангідриди амінокислот з похідними вугільної кислоти, одержувані, наприклад, за допомогою ізобутілхлоркарбоната:

Реакцію в цьому синтезі проводять при низькій температурі (-10 ..- 20 С), досить швидко, що значно знижує можливість утворення побічних продуктів і рацемизации. Швидкий ступінчастий синтез пептидів з використанням змішаних ангідридів носить назву REMA-синтез. Методи освіти з використанням змішаних ангідридів широко застосовуються в твердофазном синтезі пептидів.

Таким чином, проведення пептидного синтезу вимагає обліку і жорсткого дотримання деяких факторів. Так, з метою зниження утворення побічних продуктів і рацемизации, рекомендуються такі типові умови проведення реакції утворення пептидного зв'язку:

1) процес необхідно проводити при низьких температурах, час реакції має бути мінімальним;

2) реакційна маса повинна мати рН, близьку до нейтральної;

3) в якості кіслотосвязивающіх реагентів використовують органічні підстави, як піперидин, морфолін тощо;

4) проведення реакції бажано в безводних середовищах.

твердофазний синтез

Твердофазний синтез - методичний підхід до синтезу олігомерів (полімерів) з використанням твердого нерозчинного носія, Що представляє собою органічний або неорганічний полімер.

На початку 60-х років був запропонований новий підхід до вирішення проблем виділення і очищення, що виникають в пептидному синтезі. Пізніше автор відкриття цього підходу, Р.Б. Мерріфілд, в своїй Нобелівській лекції розповів, як це сталося: "Одного разу у мене виникла думка про те, як може бути досягнута мета більш ефективного синтезу пептидів. План полягав у тому, щоб збирати пептидную ланцюг постадійно, причому під час синтезу ланцюг повинна бути одним кінцем прив'язана до твердого носія ". В результаті виділення і очищення проміжних і цільових похідних пептидів зводилися просто до фільтрування і ретельної промивки твердого полімеру для видалення всіх надлишкових реагентів і побічних продуктів, що залишаються в розчині. Така механічна операція може бути виконана кількісно, \u200b\u200bлегко стандартизується і може бути навіть автоматизована. Розглянемо цю процедуру більш докладно.

Твердофазна СИНТЕЗ,

методич. підхід до синтезу оліго (поли) меров з використанням твердого нерозчинного носія (Н.), що представляє собою орг. або неорг. полімер. Т. е. Заснований на тому, що перша ланка майбутнього олигомера ковалентно закріплюється на "якірної" групі Н., нарощування ланцюга проводиться стандартно захищеними мономерами за звичайними схемами, використовуваним для синтезу в розчинах. На укладе. етапі синтезується. олигомер отщепляется від Н. і очищається відповідними методами. Т. с. застосовують в осн. для отримання поліпептидів, оліго- нуклеотидів і олігосахаридів.

При синтезі поліпептидів в якості Н. наиб. широко використовують сополімер стиролу і 1-2% дивинилбензола, модифікований введенням діметоксібензілхлорідной якірної групи для приєднання першої (з захищеною групою NH 2) по С-кінця, напр .:

Після видалення N-захисної групи нарощування поліпептидного ланцюга проводять стандартними методами пептидного синтезу в розчині (див. Пептиди). Як конденсують агентів наиб. часто використовують або попередньо перетворюють амінокислоти в активир. ефіри.

При синтезі олігонуклеотидів як Н. використовують макропористі скла або. Якірної групою служить карбоксильная група, відокремлена від пов-сті Н. спец. "Ніжкою", напр .:

По-пуриновое або пірімідіковое підставу

На першій стадії нуклеозид приєднують до носія по 3 "-гідроксільной групі дезоксирибози, у до-рій гідроокис-сильна група в положенні 5" захищена діметоксітрі-тільной групою (СН 3 ОС 6 Н 4) 2 (С 6 Н 5) С (DMTr ); кол-во останньої після її відщеплення легко вимірюється спектро-фотометричним, що служить кількостей. характеристикою завантаження носія і дозволяє оцінити виходи на наступних стадіях нарощування олігонуклеотидних ланцюга. Після видалення групи DMTr збірку ланцюга здійснюють за допомогою фосфітамідов (ф-ла I; M. Kapoзерс, 1980) або фосфонатов (гідрофосфонатов) (II; Р. Стремберг, 1986):

Для здійснення Т. с. необхідні високі виходи (на рівні 96-99%) на кожній стадії р-ції, а також ефективні методи очищення і виділення синтезується. з'єднань.

Використання твердої фази дозволяє істотно спростити і прискорити проведення кожної стадії нарощування ланцюга олігомеру, оскільки відділення надлишку компонентів, конденсують агентів і побічних продуктів, що знаходяться в розчині, досягається фільтруванням реакц. суміші та відмиванням Н. відповідним набором р-рите-лей. Т. обр., Процес складання ланцюга олігомеру розпадається на ряд стандартних операцій: деблокування зростаючого кінця ланцюга, дозування чергового захищеного мономера і конденсується агента, подача цієї суміші на колонку з Н. протягом розрахованого часу і відмивання Н. відповідним р-телеглядачам. Цикл нарощування мономерного ланки м. Б. автоматизований.

В основі автоматичним. пром. синтезаторів лежить загальна принципова схема (див. рис.). Багаточисельних. моделі синтезаторів різняться конструкцією колонок і їх кол-вом, способом подачі реагентів і р-телеглядачам і ін. Управління і програмування здійснюють за допомогою вбудованого або винесеного комп'ютера.

Принципова схема пристрою автоматичним. пром. синтезаторів (елект. лінія управління позначена пунктиром): 1 -лінія подачі мономерів (М 1, М n) І конденсується агента (КА); 2-лінія подачі реагентів (напр., Окислювачів, ацілірующіх агентів, к-т та ін.) І р-телеглядачам (P 1, Р n); 3 - переключають клапани; 4-колонка з носієм, забезпечена розподілить. клапаном; 5-фотометріч. комірка; 6-вимірювач; 7-блок управління і програмування; 8-дисплей.

Потенційні можливості Т. е. Були продемонстровані синтезом А (Р. Мерріфілд, 1969) і гормону росту людини (Д. Ямашіро, 1970) довжиною 124 і 183 амінокислоти відповідно. Однак у зв'язку з невеликою, але постійної рацемізації, яка відбувається при утворенні пептидного зв'язку, синтезуються. мають низьку біол. активністю, тому автоматичним. синтезатори використовуються гл. обр. для отримання коротких поліпептидів (10-30 ланок), в т. ч. для препаратівного синтезу білка (1г).

Т. е. Запропонований і введений в практику Мерріфілд (1962) для синтезу поліпептидів, а потім поширений на синтез олігонуклеотидів (Р. Летзінгер, 1964) і олігосахаридів (А. Патчорнік, 1973).

Існує ін. Важливий аспект використання Н. для проведення мн. орг. р-ций (, галогенирование, і т. д.). В цьому випадку модифікується. Н. виступає в ролі полімерного реагенту або каталізатора, а все перетворення субстрату відбуваються в розчині. Напр., Р-цію фосфатів ROP (O) (OH) 2 з спиртами проводять з використанням в якості конденсирующего агента зшитого полістиролу, модифікованого сульфохлорідной групою.

Літ .: Хімія поліпептидів, пров. з англ., М., 1977; Polyner-supported reactions in organic synthesis, ed. by P. Hodge, D.C. Sherrington, Chichester, 1980; Oligonucleotide synthesis, A practical approach. Wash., 1984. B.K. Потапов.

Хімічна енциклопедія. - М .: Радянська енциклопедія. Під ред. І. Л. Кнунянц. 1988 .

Дивитися що таке "твердофазна СИНТЕЗ" в інших словниках:

твердофазний синтез - Комбінаторна хімічна техніка синтезу різноманітних складів, яка використовує тверді підтримки, щоб відокремити склади протягом синтезу, тим самим, спрощуючи ідентифікацію виходять складів був приєднаний до зростаючої пептидного ланцюга, при цьому в якості конденсирующего агента використовували діціклогексілкарбодііміда (ДЦГК з добавкою N-гідроксісукцініміда ( ГСИ). Активний пептид відокремлювали від полімеру, захисні групи видаляли дією Все це можна записати у вигляді схеми (див. стор. 336; ТФУК - трифтороцтова кислота).

Загальний вихід продукту 85 склав близько 40%, з яких може бути отримано лише 10% очищеного активного 84.

Блоки були синтезовані зв'язуванням фрагментів, отриманих або лінійним, або конвергентних синтезом. При побудові блоку (1-12) зв'язування фрагментів проводили по пролінових ланкам, так як при цьому рацемізації мінімальна. У більшості випадків зв'язування проводилося методом активованого ефіру з використанням пентахлорфенільних (РСР) або -нітрофенільних ефірів. Схема синтезу -бензілоксікарбонілзащіщенного блоку наведена нижче.



У тих випадках, коли пролінових ланки не можуть бути використані в якості місця зв'язування фрагментів, їх з'єднання проводять азідним методом, при якому менше рацемізації.

Загальна активність продукту (80%) вище, ніж в разі постадийного синтезу по Мерріфільду (30%).




Комбінаторний синтез можна проводити не тільки в розчині (рідиннофазної синтез), але і на поверхні твердої хімічно інертною фази. В цьому випадку перше вихідна речовина хімічно "пришивають" до функціональних групах на поверхні полімерного носія (найчастіше використовують складноефірний або амидную зв'язок) і обробляють розчином другого вихідної речовини, яка береться в значному надлишку, щоб реакція пройшла до кінця. У такій формі реакції є певний зручність, оскільки полегшується техніка виділення продуктів: полімер (зазвичай у вигляді гранул) просто фільтрують, ретельно промивають від залишків другого реагенту і хімічно отщепляют від нього цільове з'єднання.

У органічної хімії немає жодної реакції, що забезпечує на практиці кількісні виходи цільових продуктів в будь-якому випадку. Єдиний виняток становить, мабуть, повне спалювання органічних речовин в кисні при високій температурі до СО 2 і Н 2 О. Тому очищення цільового продукту завжди є неодмінною, а часто найскладнішою і трудомістким завданням. Особливо складним завданням є виділення продуктів пептидного синтезу, наприклад, поділ складної суміші поліпептидів. Тому саме в пептидному синтезі найбільшого поширення набув метод синтезу на твердій полімерній основі, розроблений на початку 60-х років ХХ століття Р.Б.Меріфілдом.

Полімерний носій в методі Мерріфілд - це гранульований зшитий полістирол, що містить хлорметільние групи в бензольних ядрах, які є лінкерами, що зв'язують підкладку з першим амінокислотним залишком поліпептиду. Ці групи перетворюють полімер в функціональний аналог бензілхлоріда і повідомляють йому здатність легко утворювати складноефірні зв'язку при реакції з карбоксилат-аніонами. Конденсація такої смоли з N-захищеними амінокислотами веде до утворення відповідних бензиловий ефірів. Видалення N-захисту з дає С-захищене похідне першої амінокислоти, ковалентно пов'язане з полімером. Аміноацилювання звільненій аміногрупи N-захищеним похідним другий амінокислоти з подальшим видаленням N-захисту призводить до аналогічного похідному дипептида також прив'язаному до полімеру:

Такий двохстадійний цикл (видалення захисту - аміноацилювання) може бути, в принципі, повторений стільки разів, скільки потрібно для нарощування поліпептидного ланцюга заданої довжини.

Подальший розвиток ідей Мерифильда було направлено, перш за все, на пошук і створення нових полімерних матеріалів для підкладок, розробку методів розділення продуктів і створення автоматизованих установок для всього циклу поліпептидного синтезу




Ефективність методу Меріфілда була продемонстрована успішним синтезом цілого ряду природних поліпептидів, зокрема інсуліну. Особливо наочно його переваги були продемонстровані на прикладі синтезу ферменту рибонуклеази. Так, наприклад, ціною значних зусиль, протягом декількох років, Хіршмен з 22 співробітниками виконали синтез ферменту рибонуклеази (124 амінокислотних залишку) за допомогою традиційних жидкофазная методів. Майже одночасно той же білок був отриманий шляхом автоматизованого твердофазного синтезу. У другому випадку синтез, що включає всього 11 931 різних операцій, в тому числі і 369 хімічних реакцій, був виконаний двома учасниками (ГАТТ і Мерріфільдом) всього за кілька місяців.

Ідеї \u200b\u200bМерріфільда \u200b\u200bпослужили основою для створення різних методів комбінаторного синтезу бібліотек поліпептидів різної будови.

Так в 1982 році була запропонована оригінальна стратегія многостадийного паралельного синтезу пептидів на твердій фазі відома як "спліт-метод" ( split - розщеплення, поділ) або метод "змішай і роздягли" (рис. 3). Суть її полягає в наступному. Припустимо, що з трьох амінокислот (А, В і С) потрібно отримати всі можливі комбінації тріпептідов. Для цього гранули твердого полімерного носія (Р) поділяють на три рівні порції і обробляють їх розчином однієї з амінокислот. При цьому всі амінокислоти хімічно зв'язуються з поверхнею полімеру однієї зі своїх функціональних груп. Отримані полімери трьох сортів ретельно змішують, і суміш знову розділяють на три частини. Потім кожну частину, яка містить всі три амінокислоти в однакових кількостях, знову обробляють однією з тих же трьох амінокислот і отримують дев'ять дипептидов (три суміші по три продукти). Ще одне змішання, поділ на три рівні частини і обробка амінокислотами дають шукані 27 тріпептідов (три суміші по дев'ять продуктів) всього через дев'ять стадій, тоді як отримання їх окремо зажадало б синтезу з 27 × 3 \u003d 81 стадій.

Міністерство освіти і науки Російської Федерації

ФГАОУ ВПО «Уральський федеральний університет імені першого президента Росії Б. М. Єльцина»

Кафедра технології органічного синтезу

Реферат на тему: «Принципи та методи твердофазного синтезу. Синтез пептидів »

Виконала студент гр. Х-300803

Шайхутдинова А.І.

Перевірила Берсенєва В.С.

Єкатеринбург 2013

1. Введение .................................................................................... 3

2. Що таке пептиди? ............................................ .............................................. 4

2.1. Будова пептидів ............................................................... .5

2.2. Синтез пептидів .................................................................. .7

3. Твердофазний синтез пептидів ................................................... 10

3.1. Метод Меррінфілда ............................................................ 10

3.2. Тверда підкладка ............................................................... .14

3.3. Вибір підкладки ............................................................... ... 14

3.4. Лінкери ........................................................................... .16

4. Перший синтез природного гормону - окситоцину ........................... .22

5. Синтез інсуліну в клітці ......................................................... ..30

6. Висновок ........................................................................... ..34

7. Література ........................................................................... ... 35

Вступ

У органічної хімії немає жодної реакції, що забезпечує на практиці кількісні виходи цільових продуктів в будь-якому випадку. Єдиний виняток становить, мабуть, повне спалювання органічних речовин в кисні при високій температурі до СО 2 і Н 2 О. Тому очищення цільового продукту є складною і трудомісткою завданням. Наприклад, 100% -ва очищення продуктів пептидного синтезу є важкою проблемою. Дійсно, перший повний синтез пептиду, гормону окситоцину (1953 г), що містить всього 8 амінокислотних залишків, розглядався як видатне досягнення, яке принесло його автору, В. дю Віньо, Нобелівську премію 1955 г. Однак уже в наступні двадцять років синтези поліпептидів подібної складності перетворилися в рутину, так що в даний час синтез поліпептидів, що складаються з 100 і більше амінокислотних залишків, вже не розглядається як непереборно важке завдання.

Мета роботи: розібрати і пояснити: «Що викликало настільки драматичні зміни в області синтезу поліпептидів?»

Що ж таке пептиди?

Пептіди- природні або синтетичні сполуки,молекулияких побудовані із залишківальфа-амінокислот, з'єднаних між собою пептидними (амідних) зв'язками C (O) NH. Можуть містити вмолекулітакож неамінокіслотную компоненту (напр., залишоквуглеводу). За кількістю амінокислотних залишків, що входять вмолекулипептидів, розрізняють дипептиди, трипептиди, тетрапептіди і т.д. Пептиди, що містять до 10 амінокислотних залишків, називаються олигопептидами, що містять більше 10 амінокислотних залишків полипептидами Природні поліпептидиз молекулярною масою понад 6 тис. називаютьсябілками.

Вперше пептиди були виділені з ферментативних гідролізатів білків. Термін "пептиди" запропонований Е. Фішером. Перший синтетичний пептид отримав T. Курціус в 1881р. Е. Фішер до 1905 розробив перший загальний метод синтезу пептидів і синтезував ряд олигопептидов різної будови. Існуючий внесок в розвиток хімії пептидів внесли учні Е. Фішера Е. Абдергальден, Г. Лейку і M. Бергман. У 1932 р M Бергман і Л. Зервас використовували в синтезі пептидів бензілоксікарбонільную групу (карбобензоксігруппу) для захисту альфа-аміногруп амінокислот, що ознаменувало новий етап у розвитку синтезу пептидів. Отримані N-захищені амінокислоти (N-карбобензоксіамінокіслоти) широко використовували для отримання різних пептидів, які успішно застосовували для вивчення ряду ключових проблем хімії та біохімії цих речовин, наприклад, для дослідження субстратної специфічності протеолітичних ферментів. Із застосуванням N-карбобензоксіамінокіслот були вперше синтезовані природні пептиди (глутатіон, карнозин і ін.). Важливе досягнення в цій галузі розроблений на початку 50-х рр. P. Вогану і ін. Синтез пептидів методом змішаних ангідридів.

У 1953 В. Дю Віньо синтезував перший пептидний гормон -оксітоцін. На основі розробленої P. Мерріфілд в 1963 концепції твердофазного пептидного синтезу були створені автоматичні синтезатори пептидів. Отримали інтенсивний розвиток методи контрольованого ферментативного синтезу пептидів. Використання нових методів дозволило здійснити синтез гормону інсуліну та ін.

Успіхи синтетичної хімії пептидів були підготовлені досягненнями в області розробки таких методів розділення, очищення та аналізу пептидів, як іонообмінна хроматографія, електрофорез на різних носіях, гель-фільтрація, високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ), імуно-хімічний аналіз і ін. Отримали великий розвиток також методи аналізу кінцевих груп і методи ступеневої розщеплення пептидів. Були, зокрема, створені автоматичні амінокислотні аналізатори та автоматичні прилади для визначення первинної структури пептидів-так званих секвенатори.