АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

пептиды

Как уже рассматривалось в свойствах a-аминокислот, при их взаимодействии друг с другом за счёт амино- и карбоксильной групп образуются пептиды (дипептиды,трипептиды и т.д. — по количеству аминокислотных остатков). Пептиды, содержащие до 10 аминокислотных остатков, называются олигопептидами, содержащие более 10 аминокислотных остатков — полипептидами. Полипептидная цепь, построенная из большого количества аминокислотных остатков (>100), лежит в основе первичной структуры белковой молекулы.

6.9.5.1. Строение, номенклатура

Пептидная (амидная) связь имеет свойства частично двойной связи. Это проявляется в уменьшении длины этой связи (0.132 нм) по сравнению с длиной простой связи C–N (0.147 нм). Частично двоесвязанный характер пептидной связи делает невозможным свободное вращение заместителей вокруг неё, поэтому пептидная группировка является плоской и имеет обычно транс -конфигурацию:

.

При образовании молекулы белка или полипептида a-аминокислоты могут соединяться в различной последовательности. Возможно огромное число комбинаций. Так из 20 – 26 аминокислот можно образовать более 10¹⁸ комбинаций. Существование различного типа полипептидов практически неограничено.

Аминокислотный остаток, несущий свободную аминогруппу, называется N -концевым, а несущий свободную карбоксильную группу — С -концевым. Пептидные и белковые цепи принято называть с N -конца. При этом используют тривиальные названия аминокислот, в которых окончание «ин» заменяется на «ил»; исключение — С -концевой остаток, название которого совпадает с названием соответствующей аминокислоты. Для записи широко используют трёхбуквенные и однобуквенные обозначения аминокислотных остатков. Например:

Ala-Cys-Val — аланил-цистеил-валин.

6.9.5.2. Свойства, способы установления структуры

Олигопептиды по свойствам близки к аминокислотам, полипептиды — подобны белкам. Олигопептиды представляют собой, как правило, кристаллические вещества, разлагающиеся при нагревании до 470 – 570 К. Они хорошо растворимы в воде, разбавленных кислотах и щелочах, почти не растворяются в органических растворителях, за исключением олигопептидов, построенных из остатков гидрофобных аминокислот. Химические свойства олигопептидов определяются содержащимися в них функциональными группами, а также особенностями пептидной связи. Их химические превращения в значительной мере аналогичны соответствующим реакциям аминокислот. Они дают положительную нингидриновую реакцию (гл. 6.9.2.3) и биуретовую реакцию. Биуретовая реакция — это цветная реакция на биурет NH₂-CO-NH-CO-NH₂, которую осуществляют, прибавляя к его щелочному раствору разбавленный водный раствор соли Cu ^{2 +} , обычно CuSO₄. При этом раствор окрашивается в интенсивный фиолетовый цвет благодаря образованию комплексного соединения. В пептиде для этого должно быть не менее двух амидных группировок:

Атом меди в таком комплексе, вероятно, образует связи именно с атомами азота, а не кислорода, так как атомы азота представляют более мягкие основные центры и в соответствии с принципом Р. Пирсона (гл. 1.6) образуют более прочные связи с атомом меди.

Для идентификации аминокислотного состава белков и пептидов используют специфические реакции на аминокислоты. Эти реакции протекают за счёт участия функциональных групп, находящихся в углеводородных радикалах аминокислотных остатков. К ним относятся: ксантопротеиновая реакция — появление жёлтого окрашивания при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой (качественная реакция на тирозин и фенилаланин); реакция Эрлиха — появление красно-фиолетового окрашивания при взаимодействии с п -диметиламинобензальдегидом в сернокислой среде (качественная реакция на триптофан); взаимодействие с ацетатом свинца в щелочной среде — выпадение чёрного осадка PbS (качественная реакция на серосодержащие аминокислоты.

Аминокислотный состав устанавливается путём анализа пептидных и белковых гидролизатов различными методами. Амидные связи способны гидролизоваться как в кислой, так и в щелочной среде. При полном гидролизе образуется смесь аминокислот. Щелочной гидролиз практически не используется из-за неустойчивости многих a-аминокислот в этих условиях. Обычно гидролиз осуществляют в кислой среде.

Последовательность соединения аминокислот в полипептиде (или в белковой молекуле) устанавливают путём ступенчатого расщепления или рентгеноструктурным анализом. Разработаны химические способы отщепления a-аминокислот с N- конца. В основе их лежат нуклеофильные свойства первичной аминогруппы. Это 1) метод динитрофенилирования, в котором реагентом является 2,4-динитро-1-фторбензол; 2) метод Эдмана, в котором используется фенилизотиоцианат; 3) дансильный метод, использующий реакцию с дансилхлоридом (5- N,N- диметиламинонафталин-1-сульфохлоридом):

1)
	2,4-динитро-1-фторбензол
2)
	фенилизотиоцианат
3)
	дансилхлорид (5- N,N- диметиламинонафталин-1-сульфохлорид)

После гидролиза получившееся N- замещённое производное концевой аминокислоты отделяют и идентифицируют обычно одним из хроматографических методов.

6.9.5.3. Химический синтез

Химический синтез пептидов заключается в создании пептидной связи между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой аминокислоты. Сложность синтеза связана с необходимостью обеспечения строго определённой последовательности аминокислот. Для проведения целенаправленного контролируемого синтеза пептидов необходима предварительная временная защита всех (или некоторых) функциональных групп, которые не участвуют в образовании пептидной связи, а также предварительная активация одной из компонент пептидного синтеза. По окончании синтеза защитные группы удаляют. При получении биологически активных пептидов необходимое условие — предотвращение рацемизации аминокислот на всех этапах пептидного синтеза.

Итак, образование пептидных связей происходит в реакции между аминокислотой или её функциональным производным с защищённой аминогруппой (1) и аминокислотой в виде соли или сложного эфира (2):

.

(1) (2)

Среди N -защитных групп наиболее важными являются ацильные защитные группы, в том числе моноацилы замещённой угольной кислоты типа , например, бензилоксикарбонильная группа и трет -бутоксикарбонильная группа:

бензилоксикарбонильная группа трет -бутоксикарбонильная группа,

а также ацилы муравьиной и трифторуксусной кислот.

Для активации карбоксильной группы её превращают в сложноэфирное производное или в смешанный ангидрид. В сложноэфирном производном спиртовый остаток должен содержать сильный электроноакцепторный заместитель — в результате образуется высокореакционноспособный эфир, легко подвергающийся аминолизу под действием другой аминокислоты. Это, например, п- нитрофениловый эфир, пентафторфениловый эфир.

X =

,

Смешанные ангидриды наиболее часто получают при взаимодействии с эфирами хлормуравьиной кислоты Cl-COOC₂H₅ и Cl-COOC₄H₉ -изо. В этом случае

X =

,

.

При активации карбоксильной группы в первой аминокислоте вторую аминокислоту достаточно этерифицировать, превратив её, например, в этиловый эфир (R ¢¢ = C₂H₅).

Наряду с синтезом пептидов в растворах большое значение имеет синтез пептидов с применением нерастворимых носителей (твёрдофазный синтез пептидов). В этом методе наращивание пептидной цепочки происходит на поверхности твёрдого гранулированного полимерного носителя. Полимер содержит активные группы (CH₂Cl, CH₂OH), и N -защищённая аминокислота взаимодействует с такими активными группами за счёт своей карбоксильной группы, образуется сложноэфирная связь. Затем следует отщепление защитной группы, образование пептидной связи с другой молекулой N- защищённой аминокислоты и т.д. После наращивания цепи достаточной длины полипептид отщепляют от носителя действием смеси HBr+CF₃COOH.

Благодаря этому способу удалось свести процесс пептидного синтеза к стандартной последовательности периодически повторяющихся процедур, легко поддающихся автоматизации. В настоящее время созданы различные типы автоматических синтезаторов пептидов.

вопросы и упражнения

1. Приведите все возможные названия для данных соединений:

2. В чём различие механизма взаимодействия ацетона с метанолом в кислой, щелочной и нейтральной среде? Приведите образование соответствующего полуацеталя и ацеталя.

3. Приведите Ad_N- механизм реакции присоединения воды, метанола, синильной кислоты, аммиака, метиламина, гидросульфита натрия к следующим карбонильным соединениям: 1) пропаналю, 2) 2-метил-бутаналю, 3) пентанону-2, 4) 3-метилбутанону-2. В каких случаях возможно применение кислотного катализатора, в каких случаях возможно применение основного катализатора? Поясните.

4. Какова должна быть структура соединений, чтобы реакции альдольной и кротоновой конденсации для них были возможны? Приведите механизм этих реакций для изовалерианового альдегида.

5. Каковы будут продукты реакции Канниццаро, если в неё вступают два альдегида: муравьиный и трихлоруксусный? Приведите механизм.

6. Приведите механизм реакции Канниццаро для 2,2-диметилбутаналя.

7. Как протекает реакция бромирования в кислой и щелочной среде бутанона-2?

8. В чём различие реакций окисления альдегидов и кетонов? Поясните на примере ацетальдегида и гексанона-3.

9. Приведите возможные схемы окисления и восстановления следующих альдегидов и кетонов: 1) пропаналя, 2) бутанона-2, 3) пентанона-3.

10. Приведите все возможные названия для данных соединений:

11. Какие можно отметить общие свойства спиртов и карбоновых кислот? Приведите примеры. Поясните.

12. Как будет протекать взаимодействие 2,2-диметилпропановой кислоты с хлором на свету; с пентахлоридом фосфора с пропанолом-2 в кислой среде; при нагревании с оксидом фосфора (V)? Приведите механизмы реакций.

13. Как следует проводить реакцию, чтобы переэтерифицировать метиловый эфир карбоновой кислоты в бутиловый и наоборот?

14. Приведите превращение гидросукцината аммония при нагревании.

15. Приведите механизм реакции взаимодействия 2,2-диметилбутаноилхлорида с метанолом; с избытком аммиака.

16. Почему при пиролизе натриевых и кальциевых солей карбоновых кислот образуются разные продукты? Сравните механизмы реакций.

17. Приведите механизм реакции взаимодействия монохлорангидрида малоновой кислоты с избытком аммиака.

18. Предложите качественные реакции для идентификации каждого из веществ в следующих смесях: 1) муравьиной и уксусной кислот; 2) пропановой и пропеновой кислот; 3) этаноилбромида и бромэтановой кислоты; 4) метоксиуксусной кислоты и метилового эфира гидроксиуксусной кислоты; 5) уксусного альдегида и уксусной кислоты.

19. Получите из малонового эфира и любого галогенозамещенного углеводорода 2,3-диметилпентановую кислоту, 4,4-диметилпентановую кислоту, 2,4-диметилпентановую кислоту, 3-метилпентандиовую кислоту, 4-метилгептандиовую кислоту, 2,3-диметилпентандиовую кислоту.

20. В чём различие поведения при нагревании двух структурных изомеров: янтарной кислоты и метилмалоновой? Приведите схемы превращений и механизмы реакций.

21. Как будет взаимодействовать гликолевая кислота с эквимолярным количеством уксусного ангидрида? Приведите механизм реакции.

22. Приведите схему реакции взаимодействия молочной кислоты с хлороводородом.

23. Получите из ацетоуксусного, малонового эфиров и любого галогенозамещенного углеводорода 3,4-диметилгептандион-2,6, 3-метил-5-оксогексановую кислоту, 4-оксопентановую кислоту. Приведите механизмы всех реакций.

24. Приведите схемы превращений и механизмы реакций взаимодействия а) 2-аминопропановой кислоты, б) 2,6-диаминогексановой кислоты, в) 2-амино-3-гидроксибутановой кислоты с 1 молем каждого из следующих реагентов: 1) гидроксид натрия (водный раствор), 2) бромметан, 3) уксусный ангидрид, 4) метанол в кислой среде.

25. Приведите механизм взаимодействия орнитина (2,5-диаминопентановой кислоты) с избытком азотистой кислоты в присутствии HCl.

26. Предложите способ направленного получения дипептида из двух a-аминокислот.

27. Какие аминокислоты можно получить по методу Штреккера-Зелинского из а) пропаналя, б) бутанона-2, в) 2-метилбутаналя? Приведите схемы превращений.

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 986 | Нарушение авторских прав