Защита аминогруппы
Наиболее распространенный способ защиты аминогруппы, предолженный Бергманом и Зервасом, заключается в ацилировании ее в щелочной среде бензиловым эфиром хлоругольной кислоты –карбобензоксихлоридом
При восстановлении водородом на палладиевом катализаторе или натрием в жидком аммиаке карбобензоксипроизводные легко разлагается на аминокислоту (пептид), толуол и СО2без нарушения пептидных связей. Карбобензоксигруппа может быть удалена так же действием бромистого водорода.
Защита карбоксильной группы
Карбоксильную группу обычно защищают путем этерификации, а после проведения синтеза освобождают карбоксил щелочным гидролизом. В настоящее время широко используют бензиловые эфиры аминокислот, поскольку удаление бензильного остатка может быть достигнуто не только омылением, но и более мягко–каталитическим гидрированием:
В ряде случаев защита карбоксильной группы не требуется. При проведении синтеза пептида в щелочной среде карбоксильная группа аминокислоты практически полностью диссоциирована и участие ее в образовании петидной связи исключено, тогда как аминогруппа свободна:
Способы активирования карбоксильной группы
Все способы активирования карбоксильной группы предыдущего компонента имеют целью усилить электрофильность карбонильного углерода. Это достигается введением в карбоксильную группу электронноакцепторных атомов или группировок, вызывающих понижение электронной плотности у карбонильного электрода. Одним из наиболее старых способов активирования карбоксильной группы (Э. Фишер) является превращение ациламинокислот в соответствующие хлорангидриды. Так, хлорангидрид карбобензоксиглицина легко реагирует с глицином в щелочной среде, образуя карбобензоксиглицил-глицин (дипептид):
В настоящее время широко используются смешанные ангидриды аминокислоты и соответствующего эфира угольной кислоты.
И завершающими стадиями в синтезе пептидов являются конденсация полученных производных и удаление защиты. Например, при синтезе дипептида аланилглицина:
Метод последовательного, «шаг за шагом» наращивания полипептидной цепи является основным путем синтеза пептидов и белков.
Следует отметить, что в живых организмах полипептиды образуются ферментативным путем из аминокислот или их производных с помощью ферментов – синтетаз, или при частичном распаде белков (также ферментативном). Вопросы биосинтеза белка в рибосомах клетки при участии нуклеиновых кислот будут рассмотрены в соответствующем разделе биологической химии.
Пространственное строение полипептидов и белков
Для высокомолекулярных полипептидов и белков наряду с первичной структурой характерны более высокие уровни организации, которые принято называть вторичной, третичной и четвертичной структурами.
Первичная структура
Первичная структура белка определяет какие аминокислоты и в какой последовательности образуют полипептидную цепь. Первичная структура – это каркас белковой молекулы, аминокислотные остатки которой соединены между собой в цепь пептидными связями. Для каждого индивидуального белка последовательность аминокислот в полипептидной цепи является уникальной. Она определяется генетически и, в свою очередь, определяет более высокие уровни организации данного белка. Замена даже одного аминокислотного остатка полипептидной цепи, состоящей из сотен аминокислот, может существенно изменить свойства белка и даже полностью лишить его биологической активности.