Как составить пентапептид

Описывается гидрохлорид пентапептида формулы (I) Me₂Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzl HCl (I), где Me — метил, Bzl — бензил. Соединение обладает противоопухолевой активностью. Описываются также способы его получения. 4 с. и 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к новому пептиду, проявляющему противоопухолевой активностью, более конкретно к пентапептиду, способам его получения и пептидным соединениями, проявляющим противоопухолевую активность.

В международной заявке 93/23424 описываются активные вещества на пептидной основе, которые обладают представляющими интерес противоопухолевыми активностями. Особенно хорошее действие оказывает пентапептид примера 234 указанной заявки, который отвечает следующей формуле: в которой Me₂Val означает N,N-диметил-L-валин; MeVal означает N-метил-L-валин; Bzl означает бензильный остаток.

Пептид согласно указанной международной заявке можно получать твердофазным способом, исходя из пролина. При этом образуется активное вещество с небольшим выходом и в загрязненной форме. Требуется обязательная хроматографическая очистка. Твердофазный способ, кроме того, пригоден только для получения небольших количеств вещества. До сих пор не удалось получить вещество примера 234 международной заявки 93/23424 в кристаллической форме. Активное вещество находится в виде смолы. Вследствие этого затруднительно полное отделение остатков растворителя. Требуются дорогостоящие стадии очистки (распылительная сушка, сушка вымораживанием). Дальнейшая галеновая переработка вещества затруднительна. Для испытания и введения требуются большие количества вещества.

Задачей изобретения является получение вышеуказанного пентапептида в виде кристаллической соли, гидрохлорида.

Поставленная задача решается двумя способами получения гидрохлорида пентапептида формулы (I) Me₂Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzl HCl, (I) где Me означает метил, a Bzl — бензил, первый из которых заключается в том, что соединение общей формулы (II) Z-Val-Val-MeVal-Pro-OR¹, (II) R¹ означает алкил с 1-5 атомами углерода, и Z означает бензилоксикарбонильную защитную группу, которая может быть замещена в фенильном кольце, подвергают снятию защитной группы Z на концевой аминогруппе, получаемое при этом соединение подвергают диметилированию на свободной концевой аминогруппе с последующим омылением алкоксильной группы-OR¹ на концевой карбоксильной группе и получаемое при этом соединение формулы (V) Me₂Val-Val-MeVal-Pro-OH, (V) где Me имеет вышеуказанное значение,
последовательно подвергают взаимодействию с пивалоилхлоридом и пролинбензиламидом с последующим переводом в гидрохлорид, а второй в том, что соединение общей формулы (II)
Z-Val-Val-MeVal-Pro-OR¹, (II)
где R¹ означает алкил с 1-5 атомами углерода, и Z означает бензилоксикарбонильную защитную группу, которая может быть замещена в фенильном кольце, подвергают омылению алкоксильной группы-OR¹ на конце карбоксильной группы, получаемое при этом соединение формулы (IX)
Z-Val-Val-MeVal-Pro-OH, (IX)
где Me имеет вышеуказанное значение,
последовательно подвергают взаимодействию с пивалоилхлоридом и пролинбензиламидом и получаемое при этом соединение формулы (XI)
Z-Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzl, (XI)
где Me имеет вышеуказанное значение,
подвергают снятию защитной группы Z на концевой аминогруппе с последующим диметилированием свободной концевой аминогруппы и омылением алкоксильной группы -ОR¹ на концевой карбоксильной группе и получаемое при этом соединение переводят в гидрохлорид.

Первый способ, который далее обозначается как «способ A», протекает по следующей реакционной схеме A:

Приведенные в схеме A радикалы R¹, R², Z, Me и Bzl имеют вышеуказанные значения, M означает ион калия, ион натрия, ион лития или ион аммония, как триэтиламмоний.

Заместителями фенильного кольца бензилоксикарбонила могут быть галоген, алкил с 1-4 атомами углерода, алкоксил с 1-4 атомами углерода, ацилоксигруппа с 1-4 атомами углерода, или нитрогруппа, и в особенности хлор в положении 2, хлор в положении 3, хлор в положении 4, бром в положении 4, метоксигруппа в положении 4, ацетильная группа в положении 4, нитрогруппа в положении 2 и нитрогруппа в положении 4.

Сложный тетрапептидный эфир формулы (II) растворяют в пригодном растворителе, например в спирте, как метанол, этанол, изопропанол, бутанол; в простом эфире, как тетрагидрофуран, диоксан, метил-трет.-бутиловый эфир; в сложном эфире, как этилацетат; или в ледяной уксусной кислоте. После добавки пригодного катализатора, как, например, палладий-на-угле или платина-на-угле, при температурах в пределах от 0^oC до 50^oC, предпочтительно в пределах от 10^oC до 30^oC, пропускают водород. Введение водорода можно осуществлять при нормальном давлении или при повышенном давлении вплоть до 10 бар. Реакцию можно ускорять, если допускать известный ток отходящего газа. По окончании поглощения водорода добавляют 2-5 эквивалентов формальдегида в виде водного раствора или также в газообразной форме или в виде параформальдегида. Затем далее вводят водород при вышеописанных условиях. После этого катализатор отфильтровывают. Соединение формулы (IV) очищают путем кристаллизации в виде гидрохлорида из пригодного растворителя или смеси растворителей. При этом оказывается пригодной смесь изопропанола с метил-трет.-бутиловым эфиром. Следовые количества сложного Z-тетрапептидного эфира формулы (II), имеющиеся в соединении формулы (IV), можно удалять также с помощью экстрактивного способа разделения.

Омыление сложного эфира формулы (IV) осуществляют в пригодном растворителе, например в спирте, как метанол, этанол, изопропанол; в простом эфире, как метил-трет.-бутиловый эфир, тетрагидрофуран, диоксан; в углеводороде, как толуол, ксилол: или в хлорированном углеводороде, как 1,2-дихлорэтан, метиленхлорид, хлороформ, с добавкой воды или без добавки воды и с помощью пригодного основания, как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид лития. Расщепление сложного эфира можно осуществлять также с помощью кислот. В случае, где R¹ означает трет.-бутил, для этой цели особенно пригодны трифторуксусная кислота и раствор хлороводорода в диоксане.

Полученную тетрапептидную кислоту формулы (V) далее нужно связывать с пролинбензиламидом формулы (VIII) для получения пентапептида формулы (I). При такого рода реакциях связывания легко протекает рацемизация. Поэтому G. Pettit и др. (J. Am. Chem. Soc. 113. 6692-6693 (1991)) для аналогичного связывания с тетрапептидной кислотой формулы (V) в качестве реагента связывания применяют диэтилфосфороцианидат. Диэтилфосфороцианидата в достаточно больших количествах в продаже нет. Вследствие этого метод требует дополнительных стадий способа с использованием ядовитых фосфорных и цианидных реагентов. Цианидсодержащие отходы вызывают проблемы в отношении загрязнения окружающей среды. Поэтому способ непригоден для технологического осуществления. Методом связывания пептида, который можно особенно просто реализовать в промышленном масштабе, является метод смешанного ангидрида (см., например, J. Meienhofer в «The Peptides, Analysis, Synthesis, Biology», том 1, Академик Пресс, Орландо, 1979, с. 264 -314). При этом кислоту формулы (V) депротонируют с помощью пригодного основания, например, третичного амина, как триэтиламин, N-метилморфолин, дициклогексилэтиламин, диизопропил-этиламин, с получением соединения формулы (VI). Сложные эфиры формулы (IV) также с помощью оснований, как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид лития, можно прямо превращать в соли формулы (VI). Соединения формулы (VI) путем введения во взаимодействие с хлорангидридом кислоты ClCOR¹ превращают в смешанный ангидрид формулы (VII). Наряду с пивалоилхлоридом также можно применять другие хлорангидриды кислот, как, например, хлорангидрид 2-этилгексановой кислоты, этиловый эфир хлормуравьиной кислоты, метиловый эфир хлормуравьиной кислоты и изобутиловый эфир хлормуравьиной кислоты. Смешанные ангидриды очень сильно склонны к рацемизации (см., например, J. Meienhofer в «The Peptides», том 1, Академик Пресс, Орландо, 1979, с. 276 и последующие).

В настоящее время неожиданно оказалось, что тетрапептидную кислоту формулы (V) можно превращать по методу смешанного ангидрида полностью без рацемизации. Особенно хороших результатов достигают со смешанным ангидридом, который получают из кислоты формулы (V) и пивалоилхлорида. В противоположность более новым опубликованным результатам (N.L. Benoiton и др., Can. J. Chem., 65, 619-625 (1987)) взаимодействие с пивалоилхлоридом, в том, что касается селективности и выхода, дает лучшие результаты, чем взаимодействие со сложными эфирами хлормуравьиной кислоты. Получение смешанного ангидрида формулы (VII) и последующее связывание с пролинбензиламидом осуществляют при температурах от -20^oC до +5^oC в пригодном растворителе, как диоксан, N-метилпирролидон, тетрагидрофуран, толуол, метиленхлорид, диметилформамид. Вместо пролинбензиламида формулы (VIII) можно также применять пригодную соль этого соединения, как, например, гидросульфат, метилсульфонат, гидрохлорид или гидробромид. При этом тогда нужно добавлять дальнейший эквивалент основания, например, триэтиламина. После осуществленного связывания пептида и обычной экстрактивной обработки сырой продукт растворяют в пригодном растворителе, например в углеводороде, как толуол, ксилол; или простом эфире, как диэтиловый эфир, тетрагидрофуран, диоксан, метил-трет.- бутиловый эфир; кетоне, как ацетон, метилэтилкетон, диэтилкетон, циклогексанон; или в хлорированных растворителях, как метиленхлорид, хлороформ, 1,2-дихлорэтан. Путем введения газообразного хлороводорода или добавления раствора хлороводорода в пригодном растворителе, как, например, тетрагидрофуран, метанол, изопропанол, н-пентанол, диизопропиловый эфир, осаждают гидрохлорид формулы (I). Особенно пригодным при этом оказывается способ, при котором пентапептид в виде свободного основания сначала растворяют в метилэтилкетоне и затем добавляют раствор хлороводорода и изопропанола.

Второй способ, который далее обозначается как способ Б, протекает по следующей реакционной схеме Б:

Омыление сложного эфира формулы (II), получение смешанного ангидрида формулы (X) и связывание пептида для получения соединения формулы (XI) осуществляют по аналогии с последовательностью синтеза IV—> V—> VI—> VII—> I. Отщепление защитной группы Z и диметилирование для получения соединения формулы (I) проводят по аналогии с превращением II—> III—> IV.

Также в случае варианта способа Б метод смешанного ангидрида протекает неожиданно без рацемизации. Вопреки опубликованным Беноитоном результатам, лучших выходов достигают со смешанным ангидридом, который получают из кислоты формулы (IX) и пивалоилхлорида.

Необходимое для получения пептида формулы (I) исходное соединение формулы (II) можно получать из Z-Val-O-CO-R² (XII) и Val-MeVal-Pro-OR¹ (XIII).

По предлагаемым способам A и Б активное вещество формулы (I) получают в кристаллической форме. Пептид можно очищать далее просто путем перекристаллизации. Обязательной хроматографической стадии очистки не требуется.

Изобретение относится также к следующим форпродуктам для получения соединения формулы (I):
Z-Val-Val-MeVal-Pro-OR¹; (II)
Val-Val-MeVal-Pro-OR¹; (III)
Me₂Val- Val-MeVal-Pro-O-R¹; (IV)
Z-Val-Val-MeVal-Pro-OH; (IX)
Z-Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzl, (XI)
в которых R¹, R² и Z имеют вышеуказанные значения.

Соединение формулы (I) является эффективным против твердых опухолей (опухоли легкого, груди, кишечника, мочевого и желчного пузырей, прямой кишки, матки, простаты), против лейкемии, лимфомы и других опухолевых заболеваний.

Противоопухолевая активность гидрохлорида пентапептида формулы (I) иллюстрируется следующими опытами.

Опыт 1 (ин витро)
Цитотоксичность определяли с помощью стандартной методологии, используемой при анализе приросших линий клеток, как, например, осуществляемый в микрокультурах тест с применением тетразолиевого соединения (тест МТТ). Детали этого опыта опубликованы (см. Alley, МС и др., Cancer Research 48, стр. 589-601, 1988). Экспоненциально растущие культуры клеток рака, таких как клетки НТ-29 рака толстой кишки или LX-1 рака легких использовали для приготовления культур, выращиваемых в микротитровальных пластинках. Клетки высеивали в количестве по 5000-20,000 клеток на ячейку в 96- ячейковую пластинку (в 150 мкл среды) и выращивали в течение ночи при температуре 37^oC. Добавляли исследуемое соединение в 10-кратном разбавлении, причем концентрации варьировали в пределах от 10^-4 М до 10^-10 М. Затем клетки инкубировали на 48-72 часов. Чтобы определить количество жизнеспособных клеток в каждой ячейке, добавляли 50 мкл раствора концентрацией 3 мг/мл бромида 3-(4,5-диметилтриазол-2-ил)-2,5-дифенилтетразолия в солевом растворе. Получаемую смесь инкубировали при 37^oC в течении 5 часов и затем в каждую ячейку добавляли 50 мкл 25%-го додецилсульфата натрия, pH 2. После инкубации в течение ночи поглощение при 550 нм каждой ячейки измеряли на стандартном приборе-счетчике, применяемом в случае осуществления иммуноферментного твердофазного анализа. Средние процентные значения активности исследуемого соединения по четырем ячейкам (+/-стандартное отклонение) расчитывали по следующему уравнению:

где А означает активность исследуемого соединения.

Концентрация исследуемого соединения, обеспечивающая 50%-ное торможение роста клеток, составляла 3 х 10^-10.

Опыт II (ин виво)
Соединение настоящего изобретения испытывали в доклиническом опыте на активность ин виво, который весьма показателен о полезности вещества в клинической практике. Такой опыт проводили на выбритых мышах, в которые внедрена ткань опухоли, предпочтительно от человеческого организма, путем трансплантации общеизвестными приемами. Антиопухолевая активность исследуемого соединения определялась на обработанных упомянутым образом мышах. При этом человеческие опухоли груди (МХ-1), выращенные на выбритых мышах, лишенных зобной железы, трансплантировали в новый реципиент животных, используя фрагменты опухолей, размер которых около 50 мг. День трансплантации обозначали как день 0. Через 6-10 дней мышам, подразделенным на группы по 5-10 животных, давали исследуемое соединение, введенное внутривенно или внутрибрюшинным способом с помощью укола. Соединение давали в дозах 25 мг/кг веса тела три раза в неделю в течение 3 недель. Диаметры опухолей и вес тел животных измеряли дважды в неделю. Объем опухолей рассчитывали, используя значения диаметров, измеренные кронциркулем Верниер и по следующей формуле:
(длина х ширина²) 2 = мм³ объема опухоли.

Средние значения объемов опухолей рассчитывали для каждой обработанной группы и определяли величины A, определенные указанным выше образом. Данные по активности оценивают следующим образом. Значение A, равное 1,0 или более, указывает на то, что соединение не оказало воздействия на рост опухоли, тогда как значение < 1.0 указывает на некоторое понижение массы опухоли. Значения 0.15-0.49 можно рассматривать как отражение умеренного замедления активности, а < 0.01-0.14 — хорошая до превосходная активность.

При вышеуказанных условиях исследуемое соединение обеспечивает полную дегенерацию опухоли (исчезла раковая масса после терапии).

Гидрохлорид пентапептида формулы (I) относится к категории малотоксичных веществ.

Нижеследующие примеры поясняют предлагаемые способы.

Пример 1 (способ A)
A. Получение исходных соединений
a. Z-Val-Val-MeVal-Pro-OMe (II; R¹ = Me)
В реактор для гидрирования емкостью 400 литров вносят 39,6 кг (83,3 моля) Z-Val-MeVal-Pro-OMe (VIII) в 320 л метанола вместе с 4 кг 5%-ного палладия-на-угле. Затем при охлаждении при 20-30^oC пропускают водород до тех пор, пока в реакционном растворе более нельзя обнаружить никакого эдукта. При выпуске содержимого реактора отфильтровывают катализатор. Для обработки осуществляют концентрирование в эмалированном реакторе емкостью 400 л в вакууме водоструйного насоса вплоть до объема 50 л. Затем приливают 50 л толуола и экстрагируют с помощью 40 л 2н. соляной кислоты. Толуольную фазу еще раз дополнительно экстрагируют с помощью 40 л 1н. соляной кислоты и после этого сливают. Объединенную кислую водную фазу вносят обратно в реактор, добавляют 40 л метиленхлорида в виде нижнего слоя и затем путем приливания 50%- ного раствора гидроксида натрия, при интенсивном перемешивании и охлаждении, устанавливают pH 9. После разделения фаз метиленхлоридную фазу сливают, а водную фазу дополнительно экстрагируют еще дважды по 40 л метиленхлоридом. Объединенный метиленхлоридный раствор продукта промывают водой до нейтральной реакции. После этого метиленхлоридную фазу концентрируют до объема 90 л. Получают Val-MeVal-Pro-OMe (XIV; R¹ = метил).

Выход составляет 24,2 кг, соответственно, 85,2%.

В реакторе емкостью 400 л 17,84 кг (70,88 моль) Z-валина и 4,59 кг (74,42 моля) триэтиламина растворяют в 170 л метиленхлорида. К этому раствору при температуре от -5^oC до -10^oC добавляют 8,58 кг (70,88 моль) хлорангидрида пивалиновой кислоты. Спустя 2 часа времени реакции при -5^oC, при температуре -5^oC приливают раствор 24,2 кг Val-MeVal-Pro-OMe в 86 л метиленхлорида. Спустя следующие 2 часа выдерживания при -5^oC, нагревают до 20^oC и при этой температуре перемешивают в течение 12 часов. Для обработки добавляют 50 л воды. После отделения водной фазы органическую фазу экстрагируют один раз с помощью 40 л 2н. соляной кислоты и два раза по 40 л каждый раз 2н. раствора гидроксида натрия. После промывки органической фазы водой до нейтральной реакции метиленхлорид отгоняют и заменяют 300 л диизопропилового эфира. Для кристаллизации продукта эмульсию находящегося в виде масла продукта нагревают до 60^oC, смешивают с затравочными кристаллами и выдерживают в течение 7 часов при 60^oC. Для полноты кристаллизации продолжают перемешивать последовательно в течение 5 часов при 50^oC и в течение 5 часов при 40^oC и потом охлаждают до 20^oC. Суспензию кристаллов отфильтровывают через работающий под давлением фильтр емкостью 120 л и высушивают в токе азота.

Выход составляет 32,2 кг, соответственно, 79%.

Температура плавления составляет 134-135^oC.

б. Гидрохлорид пролинбензиламида (XII HCl)
К раствору 99,7 г Z-пролина и 58 мл триэтиламина в 1 л метиленхлорида при температуре от -10^oC до -15^oC прикапывают 48,2 г хлорангидрида пивалиновой кислоты. Перемешивают дополнительно в течение 45 минут при -10^oC и затем в течение получаса при температуре -10^oC добавляют 42,8 г бензиламина в 500 мл метиленхлорида. Перемешивают дополнительно в течение часа при комнатной температуре. Метиленхлоридный раствор после этого промывают с помощью 500 мл воды, дважды по 500 мл 10%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия, дважды по 500 мл воды, дважды по 500 мл 5%-ного водного раствора лимонной кислоты и дважды по 500 мл воды, сушат над сульфатом натрия и выпаривают. Остаются 120 г остатка, который растворяют в 200 мл этилацетата. К этилацетатному раствору добавляют 1,2 л н-гептана, перемешивают в течение часа, твердое вещество отсасывают и высушивают при -50^oC в вакууме.

Выход составляет 110 г, соответственно, 81,3%.

Температура плавления составляет 93-94^oC.

110 г таким образом полученного Z-пролинбензиламида растворяют в 1,5 л метанола. После добавления 0,5 г 10%-ного палладия-на-угле пропускают водород. При комнатной температуре в течение полутора часов раствор поглощает 0,5 л водорода. После отфильтровывания катализатора и выпаривания остаются 4,6 г желтого цвета масла.

413 г таким образом полученного пролинбензиламида растворяют в 400 мл изопропанола. Добавляют 630 мл насыщенного раствора хлористого водорода в изопропаноле, перемешивают образовавшуюся суспензию в течение двух часов при температуре от 0^oC до 5^oC, подкисляют и дважды промывают с помощью 250 мл изопропанола. Остаток высушивают при 50^oC в вакууме. Получают 401 г гидрохлорида пролинбензиламида; ²_D⁰ составляет — 45^o .

Б. Получение целевого продукта
а.1 Me₂Val-Val-MeVal-Pro-OMe HCl (IV HCl; R¹ = Me)
В реактор для гидрирования емкостью 400 литров вносят 20 кг (34,8 моль) Z-Val-Val-MeVal-Pro-OMe (II; R¹ = метил) вместе с 2 кг 5%-ного палладия-на-угле в 200 л метанола. Затем при охлаждении при температуре 20^oC пропускают водород до тех пор, пока в реакционном растворе более нельзя обнаружить никакого эдукта. Затем добавляют 8,46 кг (104 моля) 37%-ного раствора формальдегида и продолжают гидрировать при 20^oC вплоть до прекращения поглощения водорода. При выпуске содержимого реактора отфильтровывают катализатор. Для обработки осуществляют концентрирование в эмалированном реакторе емкостью 400 л в вакууме водоструйного насоса вплоть до объема 50 л. Затем добавляют 200 л изопропанола и снова концентрируют до объема 50 л. После этого растворяют в 135 л метил-трет.-бутилового эфира и при охлаждении при 20^oC добавляют один эквивалент изопропанольного раствора хлороводорода. Образовавшуюся суспензию перемешивают далее еще 3-4 часа при 20^oC и 2 часа при температуре от 0^oC до 5^oC и затем фильтруют через работающий под давлением фильтр емкостью 120 л. Осадок на фильтре промывают один раз с помощью 50 л свежего метил-трет.- бутилового эфира.

Выход составляет 16,2 кг, соответственно, 92,3%.

Температура плавления составляет 224^oC (разложение).

а.2 Также выделяют промежуточное соединение Val-Val-MeVal- Pro-OMe (III; R¹ = метил), когда после первой стадии гидрирования обработку проводят следующим образом:
Реакционный раствор отделяют от катализатора и концентрируют. Остаток растворяют в этилацетате. Этилацетатный раствор экстрагируют дважды с помощью 2н. соляной кислоты. В кислой водной фазе устанавливают pH-значение, равное 9, с помощью раствора гидроксида натрия и экстрагируют дважды метиленхлоридом. Метиленхлоридную фазу затем промывают до нейтральной реакции и выпаривают.

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ):
содержание соединения составляет 96,8%,
¹H-ЯМР (400 мГц, дейтерохлороформ, тетраметилсилан в качестве внутреннего стандарта):
(м.д.); 0,84-1,08 (м. 18 H); 1,45-1,6 (с., уширенный, ); 1,85-2,15 (м. , 4H); 2,18-2,38 (м., 3H); 3,15 (с., ); 3,25 (д., 1 H); 3,65-3,75 (м. , 1H); 3,73 (с., ); 3,9-4,05 (м., 1H); 4,38-4,45 (м., 1 H); 4,73-4,83 (м., 1H); 5,12 (д., 1H): 7,9 (д., ).

а. 3 Me₂Val-Val-MeVal-Pro-OMe HCl (IV HCl; R¹ = Me) можно также получать по следующей методике, при которой не нужно выделять и очищать промежуточное соединение Z-Val-Val-MeVal-Pro-OMe (II; R¹ = Me).

В колбе емкостью 4 л 128 г (0,51 моль) Z-валина и 55,1 г (0,54 моля) триэтиламина растворяют в 1,2 л метиленхлорида. К этому раствору при температуре от -5^oC до -10^oC добавляют 62,1 г (0,51 моль) хлорангидрида пивалиновой кислоты. Спустя 2 часа времени реакции при -5^oC, приливают раствор 174,6 г (0,51 моль) Val-MeVal-Pro-OMe в 0,8 л метиленхлорида, перемешивают следующие 2 часа при -5^oC и затем после нагревания до 20^oC дальнейшие 12 часов. После этого реакционную смесь смешивают с 370 мл воды. После разделения фаз, метиленхлоридную фазу промывают один раз с помощью 290 мл 2н. соляной кислоты, дважды по 290 мл 2н. раствора гидроксида натрия и трижды по 370 мл воды. Затем метиленхлорид выпаривают и заменяют тремя литрами метанола. К этому раствору добавляют суспензию 30 г 5%-ного палладия-на-угле в 110 мл воды и гидрируют при 25^oC при перемешивании за счет пропускания водорода из мерной емкости вплоть до поглощения одного эквивалента водорода. Затем добавляют 123 г (1,53 моля) 37%-ного раствора формальдегида и продолжают гидрировать вплоть до поглощения следующих двух эквивалентов водорода. После этого катализатор отделяют и реакционную смесь выпаривают на роторном испарителе. Остающееся масло растворяют в 670 мл изопропанола и 2,6 л метил-трет. -бутилового эфира. К этому раствору добавляют один эквивалент изопропанольного раствора хлороводорода. Образовавшуюся суспензию перемешивают далее в течение 12 часов при 20^oC и затем отсасывают. Осадок на фильтре промывают небольшим количеством метил-трет.-бутилового эфира и после этого высушивают в сушильном вакуумном шкафу при 40^oC.

Выход составляет 182,8 г, соответственно, 71%.

Температура плавления составляет 224^oC (разложение).

б. Me₂Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzl HCl (I)
В реактор емкостью 400 л предварительно вносят 15,9 кг (31,5 моль) Me₂Val-Val-MeVal-Pro-OMe HCl (IV HCl; R¹ = метил) вместе со 140 л толуола и 15 л метанола. К полученной смеси добавляют 3,15 кг (76,38 моль) гидроксида натрия в таблетках. После полного омыления, то есть спустя 3 часа при 20^oC, осуществляют нейтрализацию путем добавки изопропанольного раствора хлороводорода. Затем осуществляют азеотропную перегонку с толуолом при давлении 100 мбар вплоть до освобождения от спирта и воды. Отогнанный растворитель постепенно заменяют толуолом. После этого добавляют 80 л метиленхлорида и 6,44 кг (63,0 моль) триэтиламина (содержание: 99%), охлаждают до -5^oC и при этой температуре добавляют 3,84 кг (31,5 моль) хлорангидрида пивалиновой кислоты. После протекания реакции в течение двух часов при температуре в пределах от -5^oC до 0^oC порциями добавляют 7,6 кг (31,5 моль) Pro-NHBzl HCI. После стояния в течение двух часов при -5^oC нагревают до 20^oC и оставляют реагировать еще в течение следующих шести часов. Затем при давлении 500 мбар отгоняют добавленный метиленхлорид и добавляют 80 л толуола. После этого добавляют 50 л воды и в водной фазе устанавливают pH-значение, равное 9. После интенсивного перемешивания водную фазу отделяют, а органическую фазу дополнительно промывают один раз с помощью 25 л воды. Затем органическую фазу экстрагируют дважды по 50 л 2н. соляной кислоты. Продукт снова экстрагируют из кислой водной фазы, после установления pH-значения, равного 9, путем трехкратной экстракции по 50 л метиленхлорида каждый раз. После промывки метиленхлоридной фазы водой до нейтральной реакции метиленхлорид отгоняют и заменяют на 180 л метилэтилкетона. Раствор нагревают до 40^oC и смешивают с одним эквивалентом (31,5 моль) изопропанольного раствора хлороводорода. Образовавшуюся суспензию нагревают до 60^oC и после этого без дальнейшего нагревания перемешивают в течение 12 часов. Потом охлаждают до 20^oC и перемешивают следующие 5 часов. Затем охлаждают до 5^oC и фильтруют через работающий под давлением фильтр емкостью 120 л. Осадок на фильтре промывают с помощью 60 л свежего, охлажденного до 5^oC, метилэтилкетона. После предварительного высушивания на фильтре продукт высушивают в вакуумном сушильном шкафу при 40^oC до постоянного веса.

Выход составляет 14,36 кг, соответственно, 67%.

Температура плавления составляет 214^oC (разложение). []²_D⁰: — 180,3^o
Пример 2 (способ Б)
a. Z-Val-Val-MeVal-Pro-OH (IX)
В колбе емкостью 2 л 117 г (0,2 моля)) Z-Val-Val-MeVal-Pro- OMe (II; R¹ = Me, пример 1Aa) растворяют в 900 мл метанола и 47,5 мл воды. Затем добавляют 18 г (0,45 моль) гидроксида натрия в таблетках и перемешивают в течение 12 часов при 20^oC. Для обработки добавляют 250 мл воды и отгоняют метанол. Затем добавляют столько этилацетата, чтобы произошло четкое разделение фаз (примерно 500 мл). Этилацетатную фазу отделяют. Водную фазу подкисляют до pH-значения, равного 1, и экстрагируют дважды по 500 мл метиленхлорида. Органическую фазу затем выпаривают досуха.

Выход составляет 105 г, соответственно, 96,4%.

¹H-ЯМР (200 мГц, дейтерохлороформ, тетраметилсилан в качестве внутреннего стандарта):
(м. д.): 0,6-1,2 (м., 18H); 1,7-2,45 (м.,7H); 3,2 (с., ); 3,55-3,95 (м. , 2H); 4,05-4,2 (м., 1H); 4,35-4,5 (м., 1H); 4,68-4,85 (м., 1H); 4,98-5,2 (м. , 3H); 5,93 (д., Val-1 ); 7,2-7,4 (м., 5H); 7,53-7,68 (Val-2 ); 9,6-10,2 (с., уширенный, ).

б. Z-Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzl (XI)
5 г Z-Val-Val-MeVal-Pro-OH (8,75 ммоль) (IX) растворяют в 50 мл метиленхлорида, прикапывают 1,79 г (17,5 ммоль) триэтиламина, охлаждают до 10^oC и при этой температуре прикапывают 1,08 г (8,75 ммоль) хлорангидрида пивалиновой кислоты. После перемешивания в течение двух часов при 10^oC при этой температуре прикапывают раствор 2,11 г (8,75 ммоль) Pro-NHBzl HCl в 10 мл метанола, дополнительно перемешивают в течение двух часов при 10^oC и в течение ночи при комнатной температуре.

Реакционную смесь промывают три раза по 50 мл воды, один раз с помощью 50 мл воды при pH-значении, равном 9, и еще два раза по 50 мл воды. Метиленхлоридный раствор подвергают обработке на роторном испарителе. В качестве остатка получают 5,3 г (81,4%) белого кристаллического продукта (чистота: 88,7%).

Температура плавления составляет 118-122^oC.

в. Me₂Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzlHCl (I)
12 г Z-Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzl (XI) растворяют в 200 мл метанола. К полученному раствору добавляют 2 г 5%-ного палладия-на-угле (суспендирован в 20 мл воды) и гидрируют при 20^oC вплоть до прекращения поглощения водорода. Затем добавляют 6,5 г 37%-ного раствора формальдегида и гидрируют далее вплоть до прекращения поглощения водорода. Затем катализатор отделяют и реакционный раствор выпаривают. Остаток обрабатывают толуолом, снова концентрируют, еще раз смешивают с 200 мл толуола и отфильтровывают. Толуольный раствор затем экстрагируют два раза по 50 мл 2н. соляной кислоты. Кислую водную фазу доводят до pH 9, с помощью раствора гидроксида натрия и экстрагируют трижды по 50 мл метиленхлорида. Метиленхлоридную фазу промывают водой до нейтральной реакции и концентрируют. Сырое основание растворяют в смеси 150 мл метилэтилкетона и 7,5 мл изопропанола. Из этого раствора путем добавки 4 г 25%-ного раствора хлороводорода в изопропаноле при 40^oC осаждают продукт в виде соли. Суспензию дополнительно перемешивают в течение трех часов при 20^oC и в течение часа при температуре от 0^oC до 5^oC и затем отсасывают.

Выход составляет 7,1 г.

Содержание соединения составляет 99,1% (процент площади согласно ВЭЖХ).

Температура плавления составляет 214^oC (разложение). []²_D⁰ — 180,3^o.

Формула изобретения

1. Гидрохлорид пентапептида формулы I:
Me₂Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzlHCl,
где Me — метил;
Bzl — бензил.

2. Пентапептид по п.1, имеющийся в кристаллической форме.

3. Способ получения пентапептида формулы I:
Me₂Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzlHCl,
где Me — метил;
Bzl — бензил,
отличающийся тем, что соединение общей формулы II
Z-Val-Val-MeVal-Pro-OR’,
где R’ — алкил с 1-5 атомами углерода;
Z — бензилоксикарбонильная защитная группа, которая может быть замещена в фенильном кольце,
подвергают снятию защитной группы Z на концевой аминогруппе, получаемое при этом соединение подвергают диметилированию на свободной концевой аминогруппе с последующем омылением алкоксильной группы — OR’ на концевой карбоксильной группе и получаемое при этом соединение формулы V
Me₂Val-Val-MeVal-ProOH,
где Me имеет указанное значение,
последовательно подвергают взаимодействию с пивалоилхлоридом и пролинбензиламидом с последующим переводом получаемого при этом соединения в гидрохлорид.

4. Способ получения пентапептида формулы (I)
Me₂Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzlHCl,
где Me — метил;
Bzl — бензил,
отличающийся тем, что соединение общей формулы (II)
Z-Val-Val-MeVal-Pro-OR’ (II),
где R’ — алкил с 1-5 атомами углерода;
Z — бензилоксикарбонильная защитная группа, которая может быть замещена в фенильном кольце,
подвергают омылению алкоксильной группы — OR’ на конце карбоксильной группы, получаемое при этом соединение формулы (IX)
Z-Val-Val-MeVal-ProOH (IX)
где Me имеет указанное значение,
последовательно подвергают взаимодействию с пивалоилхлоридом и пролинбензиламидом и получаемое при этом соединение формулы (XI)
Z-Val-Val-MeVal-Pro-Pro-NHBzl (XI)
где Me имеет указанное значение,
подвергают снятию защитной группы Z на концевой аминогруппе с последующим диметилированием свободной концевой аминогруппы и омылением алкоксильной группы — OR’ на конце карбоксильной группы и получаемое при этом соединение переводят в гидрохлорид.

5. Пептидные соединения, выбранные из группы, включающей Z-Val-Val-MeVal-Pro-OR’; Val-Val-MeVal-Pro-OR’; Me₂Val-Val-MeVal-Pro-OR’; Z-Val-Val-MeVal-Pro-OH; Z-Val-Val-MeVal-Pro-NHBzl, где Me, Z и R’ имеют указанные в п.3 значения, представляющие собой форпродукты для получения соединения формулы I по п.1.

From Wikipedia, the free encyclopedia

Peptides are short chains of amino acids linked by peptide bonds.^[1][2] A polypeptide is a longer, continuous, unbranched peptide chain.^[3] Polypeptides which have a molecular mass of 10,000 Da or more are called proteins.^[4] Chains of fewer than twenty amino acids are called oligopeptides, and include dipeptides, tripeptides, and tetrapeptides.

Peptides fall under the broad chemical classes of biological polymers and oligomers, alongside nucleic acids, oligosaccharides, polysaccharides, and others.

Proteins consist of one or more polypeptides arranged in a biologically functional way, often bound to ligands such as coenzymes and cofactors, to another protein or other macromolecule such as DNA or RNA, or to complex macromolecular assemblies.^[5]

Amino acids that have been incorporated into peptides are termed residues. A water molecule is released during formation of each amide bond.^[6] All peptides except cyclic peptides have an N-terminal (amine group) and C-terminal (carboxyl group) residue at the end of the peptide (as shown for the tetrapeptide in the image).

Classes[edit]

There are numerous types of peptides that have been classified according to their sources and functions. According to the Handbook of Biologically Active Peptides, some groups of peptides include plant peptides, bacterial/antibiotic peptides, fungal peptides, invertebrate peptides, amphibian/skin peptides, venom peptides, cancer/anticancer peptides, vaccine peptides, immune/inflammatory peptides, brain peptides, endocrine peptides, ingestive peptides, gastrointestinal peptides, cardiovascular peptides, renal peptides, respiratory peptides, opioid peptides, neurotrophic peptides, and blood–brain peptides.^[7]

Some ribosomal peptides are subject to proteolysis. These function, typically in higher organisms, as hormones and signaling molecules. Some microbes produce peptides as antibiotics, such as microcins and bacteriocins.^[8]

Peptides frequently have post-translational modifications such as phosphorylation, hydroxylation, sulfonation, palmitoylation, glycosylation, and disulfide formation. In general, peptides are linear, although lariat structures have been observed.^[9] More exotic manipulations do occur, such as racemization of L-amino acids to D-amino acids in platypus venom.^[10]

Nonribosomal peptides are assembled by enzymes, not the ribosome. A common non-ribosomal peptide is glutathione, a component of the antioxidant defenses of most aerobic organisms.^[11] Other nonribosomal peptides are most common in unicellular organisms, plants, and fungi and are synthesized by modular enzyme complexes called nonribosomal peptide synthetases.^[12]

These complexes are often laid out in a similar fashion, and they can contain many different modules to perform a diverse set of chemical manipulations on the developing product.^[13] These peptides are often cyclic and can have highly complex cyclic structures, although linear nonribosomal peptides are also common. Since the system is closely related to the machinery for building fatty acids and polyketides, hybrid compounds are often found. The presence of oxazoles or thiazoles often indicates that the compound was synthesized in this fashion.^[14]

Peptones are derived from animal milk or meat digested by proteolysis.^[15] In addition to containing small peptides, the resulting material includes fats, metals, salts, vitamins, and many other biological compounds. Peptones are used in nutrient media for growing bacteria and fungi.^[16]

Peptide fragments refer to fragments of proteins that are used to identify or quantify the source protein.^[17] Often these are the products of enzymatic degradation performed in the laboratory on a controlled sample, but can also be forensic or paleontological samples that have been degraded by natural effects.^[18][19]

Chemical synthesis[edit]

Protein-peptide interactions[edit]

Peptides can perform interactions with proteins and other macromolecules. They are responsible for several important function in human cells, such as cell signaling and act as immune modulators.^[21] Indeed, studies have reported that 15-40% of all protein-protein interactions in human cells are mediated by peptides.^[22] Additionally, it is estimated that at least 10% of pharmaceutical market is based on peptides products.^[21]

Example families[edit]

The peptide families in this section are ribosomal peptides, usually with hormonal activity. All of these peptides are synthesized by cells as longer «propeptides» or «proproteins» and truncated prior to exiting the cell. They are released into the bloodstream where they perform their signaling functions.

Antimicrobial peptides[edit]

• Magainin family
• Cecropin family
• Cathelicidin family
• Defensin family

Tachykinin peptides[edit]

• Substance P
• Kassinin
• Neurokinin A
• Eledoisin
• Neurokinin B

Vasoactive intestinal peptides[edit]

• VIP (Vasoactive Intestinal Peptide; PHM27)
• PACAP Pituitary Adenylate Cyclase Activating Peptide
• Peptide PHI 27 (Peptide Histidine Isoleucine 27)
• GHRH 1-24 (Growth Hormone Releasing Hormone 1-24)
• Glucagon
• Secretin

[edit]

• NPY (NeuroPeptide Y)
• PYY (Peptide YY)
• APP (Avian Pancreatic Polypeptide)
• PPY Pancreatic PolYpeptide

Opioid peptides[edit]

• Proopiomelanocortin (POMC) peptides
• Enkephalin pentapeptides
• Prodynorphin peptides

Calcitonin peptides[edit]

• Calcitonin
• Amylin
• AGG01

Self-assembling peptides[edit]

• Aromatic short peptides^[23][24]
• Biomimetic peptides^[25]
• Peptide amphiphiles^{[26][27][28][29]}
• Peptide dendrimers^[30]

Other peptides[edit]

• B-type Natriuretic Peptide (BNP) — produced in the myocardium and useful in medical diagnosis
• Lactotripeptides — Lactotripeptides might reduce blood pressure,^[31][32][33] although the evidence is mixed.^[34]
• Peptidic components from traditional Chinese medicine Colla Corii Asini in hematopoiesis.^[35]

Terminology[edit]

Length[edit]

Several terms related to peptides have no strict length definitions, and there is often overlap in their usage:

• A polypeptide is a single linear chain of many amino acids (any length), held together by amide bonds.
• A protein consists of one or more polypeptides (more than about 50 amino acids long).
• An oligopeptide consists of only a few amino acids (between two and twenty).

Number of amino acids[edit]

Peptides and proteins are often described by the number of amino acids in their chain, e.g. a protein with 158 amino acids may be described as a «158 amino-acid-long protein».
Peptides of specific shorter lengths are named using IUPAC numerical multiplier prefixes:

• A monopeptide has one amino acid.
• A dipeptide has two amino acids.
• A tripeptide has three amino acids.
• A tetrapeptide has four amino acids.
• A pentapeptide has five amino acids. (e.g., enkephalin).
• A hexapeptide has six amino acids. (e.g., angiotensin IV).
• A heptapeptide has seven amino acids. (e.g., spinorphin).
• An octapeptide has eight amino acids (e.g., angiotensin II).
• A nonapeptide has nine amino acids (e.g., oxytocin).
• A decapeptide has ten amino acids (e.g., gonadotropin-releasing hormone and angiotensin I).
• A undecapeptide has eleven amino acids (e.g., substance P).

The same words are also used to describe a group of residues in a larger polypeptide (e.g., RGD motif).

Function[edit]

• A neuropeptide is a peptide that is active in association with neural tissue.
• A lipopeptide is a peptide that has a lipid connected to it, and pepducins are lipopeptides that interact with GPCRs.
• A peptide hormone is a peptide that acts as a hormone.
• A proteose is a mixture of peptides produced by the hydrolysis of proteins. The term is somewhat archaic.
• A peptidergic agent (or drug) is a chemical which functions to directly modulate the peptide systems in the body or brain. An example is opioidergics, which are neuropeptidergics.
• A cell-penetrating peptide is a peptide able to penetrate the cell membrane.

See also[edit]

References[edit]

Аминокислоты и биосинтез белка

АМИНОКИСЛОТЫ БЕЛКОВ

Дополнительно см.: Пром. биосинтез аминокислот

^{Также по теме аминокислот и белков см. по ссылке на PDF ниже:}

Аминокислоты – (аминокарбоновые кислоты; амк) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы (аминогруппы). Т.е. аминокислоты могут рассматриваться , как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминогруппы.

• Карбоксильная группа (карбоксил) -СООН — функциональная одновалентная группа, входящая в состав карбоновых кислот и определяющая их кислотные свойства.
• Аминогруппа — функциональная химическая одновалентная группа -NH₂, органический радикал, содержащий один атом азота и два атома водорода.

Известно более 200 природных аминокислот, которые можно классифицировать по-разному. Структурная классификация исходит из положения функциональных групп на альфа-, бета-, гамма- или дельта- положении аминокислоты.

Кроме этой классификации, существуют еще и другие, например, классификация по полярности, рН уровню, а также типу группы боковой цепи (алифатические, ациклические, ароматические аминокислоты, аминокислоты, содержащие гидроксил или серу, и т.д.).

В виде белков аминокислоты являются вторым (после воды) компонентом мышц, клеток и других тканей человеческого организма. Аминокислоты играют решающую роль в таких процессах, как транспорт нейротрансмиттеров и биосинтезе.

Общая структура аминокислот. Альфа аминокислоты. Изомеризация аминокислот.

Аминокислоты – биологически важные органические соединения, состоящие из аминогруппы (-NH₂) и карбоновой кислоты (-СООН), и имеющие боковую цепь, специфичную для каждой аминокислоты. Ключевые элементы аминокислот – углерод, водород, кислород и азот. Прочие элементы находятся в боковой цепи определенных аминокислот.

Рис. 1 — Общая структура α-аминокислот, составляющих белки (кроме пролина). Составные части молекулы аминокислоты — аминогруппа NH₂, карбоксильная группа COOH, радикал (различается у всех α-аминокислот), α-атом углерода (в центре).

В структуре аминокислот боковая цепь, специфичная для каждой аминокислоты, обозначается буквой R. Атом углерода, находящийся рядом с карбоксильной группой, называется альфа-углерод, и аминокислоты, боковая цепь которых связана с этим атомом, называются альфа-аминокислотами. Они представляют собой наиболее распространенную в природе форму аминокислот.

У альфа-аминокислот, за исключением глицина, альфа-углерод является хиральным атомом углерода. У аминокислот, углеродные цепи которых присоединяются к альфа-углероду (как, например, Лизин (L-лизин)), углероды обозначаются как альфа, бета, гамма, дельта, и так далее. У некоторых аминокислот аминогруппа прикреплена к бета или гамма-углероду, и поэтому они называются бета- или гамма- аминокислоты.

По свойствам боковых цепей аминокислоты подразделяются на четыре группы. Боковая цепь может делать аминокислоту слабой кислотой, слабым основанием, или эмульсоидом (если боковая цепь является полярной), или гидрофобным, плохо впитывающим воду, веществом (если боковая цепь неполярна). 

Термин «аминокислота с разветвленной цепью» относится к аминокислотам, имеющим алифатические нелинейные боковые цепи, это Лейцин, Изолейцин и Валин. 

Пролин – единственная протеиногенная аминокислота, боковая группа которой прикреплена к альфа-аминогруппе и, таким образом, также является единственной протеиногенной аминокислотой, содержащей на этом положении вторичный амин. С химической точки зрения, пролин, таким образом, является иминокислотой, поскольку в нем отсутствует первичная аминогруппа, хотя в текущей биохимической номенклатуре он все еще классифицируется как аминокислота, а также «N-алкилированная альфа-аминокислота» (Иминокислоты — карбоновые кислоты, содержащие иминогруппу (NH). Входят в состав белков, их обмен тесно связан с обменом аминокислот. По своим свойствам иминокислоты близки к аминокислотам, и в результате каталитического гидрирования иминокислоты превращаются в аминокислоты. Иминогруппа — молекулярная группа NH. Двухвалентна. Содержится во вторичных аминах и пептидах. В свободном виде двухвалентный радикал аммиака не существует).

АЛЬФА-АМИНОКИСЛОТЫ

Аминокислоты, имеющие как амин-, так и карбоксильную группу, прикрепляются к первому (альфа-) атому углерода имеют особое значение в биохимии. Они известны как 2-, альфа или альфа-аминокислоты (общая формула в большинстве случаев H₂NCHRCOOH, где R представляет собой органический заместитель, известный как «боковая цепь»); часто термин «аминокислота» относится именно к ним.

Это 22 протеиногенных (то есть «служащих для строительства белка») аминокислоты, которые сочетаются в пептидные цепи («полипептиды»), обеспечивая построение широкого спектра белков. Они являются L-стереоизомерами («левыми» изомерами), хотя у некоторых бактерий и в некоторых антибиотиках встречаются некоторые из D-аминокислот («правых» изомеров).

Рис. 2. Пептидная связь — вид амидной связи, возникающей при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия α-аминогруппы (—NH₂) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (—СООН) другой аминокислоты.

Из двух аминокислот (1) и (2) образуется дипептид (цепочка из двух аминокислот) и молекула воды. По этой же схеме рибосома генерирует и более длинные цепочки из аминокислот: полипептиды и белки. Разные аминокислоты, которые являются «строительными блоками» для белка, отличаются радикалом R.

ОПТИЧЕСКАЯ ИЗОМЕРИЯ АМИНОКИСЛОТ

Рис. 3. Оптические изомеры аминокислоты аланина

В зависимости от положения аминогруппы относительно 2-го атома углерода выделяют α-, β-, γ- и другие аминокислоты. Для организма млекопитающих наиболее характерны α-аминокислоты. Все входящие в состав живых организмов α-аминокислоты, кроме глицина, содержат асимметрический атом углерода (треонин и изолейцин содержат два асимметрических атома) и обладают оптической активностью. Почти все встречающиеся в природе α-аминокислоты имеют L-конфигурацию, и лишь L-аминокислоты включаются в состав белков, синтезируемых на рибосомах.

Все стандартные альфа-аминокислоты, кроме глицина, могут существовать в форме одной из двух энантиомеров, называемых L или D аминокислоты, представляющих собой зеркальные отображения друг друга.

D, L -Система  обозначения стереоизомеров.

По этой системе  L-конфигурация приписывается стереозомеру, у которого в проекции Фишера реперная группа находится слева от вертикальной линии (от лат. «laevus» — левый). Надо помнить, что в проекции Фишера вверху располагают наиболее окисленный атом углерода (как правило, этот атом входит в состав карбоксильной СОOН или карбонильной СН=О групп.). Кроме того, в проекции Фишера все горизонтальные связи направлены в сторону наблюдателя, а вертикальные — удалены от наблюдателя. Соответственно, если  реперная группа  расположена в проекции Фишера справа, стереоизомер имеет D — конфигурацию (от лат. «dexter» — правый). В α-аминокислотах реперными группами служат группы NH_2.

Энантиомеры — пара стереоизомеров, представляющих собой зеркальные отражения друг друга, не совмещаемые в пространстве. Классической иллюстрацией двух энантиомеров могут служить правая и левая ладони: они имеют одинаковое строение, но различную пространственную ориентацию. Существование энантиомерных форм связано с наличием у молекулы хиральности — свойства не совмещаться в пространстве со своим зеркальным отражением. Аминокислоты являются примерами хиральных молекул.

Энантиомеры идентичны по физическим свойствам. Они могут быть различены лишь при взаимодействии с хиральной средой, например, световым излучением. Энантиомеры одинаково ведут себя в химических реакциях с ахиральными реагентами в ахиральной среде. Однако, если реагент, катализатор либо растворитель хиральны, реакционная способность энантиомеров, как правило, различается. Большинство хиральных природных соединений (аминокислоты, моносахариды) существует в виде 1 энантиомера. Понятие энантиомерии важно в фармацевтике, т.к. различные энантиомеры лекарств, имеют различную биологическую активность.

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА НА РИБОСОМЕ

Рис. 6 Стадии элонгации полипептида. 

Двадцать две аминокислоты естественно включены в полипептиды и называются протеиногенными, или природными, аминокислотами. Из них 20 кодируются с помощью универсального генетического кода.

Оставшиеся 2, селеноцистеин и пирролизин, включаются в белки при помощи уникального синтетического механизма. Селеноцистеин образуется, когда транслируемый мРНК включает SECIS элемент, вызывающий кодон UGA вместо стоп-кодона. Пирролизин используется некоторыми метаногенными археями в составе ферментов, необходимых для производства метана. Он кодируется с кодоном UAG, который в других организмах обычно играет роль стоп-кодона. За кодоном UAG следует PYLIS последовательность.

Рис. 7. Полипептидная цепь — первичная структура белка.

Белки имеют 4 уровня своей структурной организации: первичная, вторичная, третичная и четвертичная. Первичная структура — последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Первичную структуру белка, как правило, описывают, используя однобуквенные или трёхбуквенные обозначения для аминокислотных остатков.Вторичная структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями.Третичная структура — пространственное строение полипептидной цепи. Структурно состоит из элементов вторичной структуры, стабилизированных различными типами взаимодействий, в которых гидрофобные взаимодействия играют важнейшую роль. Четвертичная структура (или субъединичная, доменная) — взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса.

Рис. 8. Структурная организация белков

НЕСТАНДАРТНЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ

(Не-протеиногенные)

Помимо стандартных аминокислот существует множество других аминокислот, которые называются не-протеиногенными или нестандартными. Такие аминокислоты либо не встречаются в белках (например, L-карнитин, ГАМК), либо не производятся непосредственно в изоляции при помощи стандартных клеточных механизмов (например, оксипролин и селенометионин).

Нестандартные аминокислоты, находящиеся в белках, образуются путем пост-трансляционной модификации, то есть модификацией после трансляции в процессе синтеза белка. Эти модификации часто необходимы для функционирования или регуляции белка; например, карбоксилирование глутамата позволяет улучшить связывание ионов кальция, а гидроксилирование пролина важно для поддержания соединительной ткани. Другой пример – формирование гипузина в фактор инициации трансляции EIF5A посредством модификации остатка лизина. Такие модификации могут также определять локализацию белка, например, добавление длинных гидрофобных групп может вызвать связывание белка с фосфолипидной мембраной.

Некоторые нестандартные аминокислоты не встречаются в белках. Это лантионин, 2-аминоизомасляная кислота, дегидроаланин и гамма-аминомасляная кислота. Нестандартные аминокислоты часто встречаются в качестве промежуточных метаболических путей для стандартных аминокислот — например, орнитин и цитруллин встречаются в орнитиновом цикле как часть катаболизма кислоты.

Редкое исключение доминированию альфа-аминокислоты в биологии — бета-аминокислота Бета-аланин (3-аминопропановая кислота), которая используется для синтеза пантотеновой кислоты (витамина B5), компонента коэнзима А у растений и микроорганизмов. Ее, в частности, продуцируют пропионовокислые бактериии.

Функции аминокислот

БЕЛКОВЫЕ И НЕ БЕЛКОВЫЕ ФУНКЦИИ

Многие протеиногенные и непротеиногенные аминокислоты также играют важную, не связанную с образованием белка, роль в организме. Например, в головном мозге человека глутамат (стандартная глутаминовая кислота) и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК, нестандартная гамма-аминокислота), являются основными возбуждающими и тормозящими нейромедиаторами. Гидроксипролин (основной компонент соединительной ткани коллагена) синтезируют из пролина; стандартная аминокислота глицин используется для синтеза порфиринов, используемых в эритроцитах. Нестандартный карнитин используется для транспорта липидов.

Из-за своей биологической значимости аминокислоты играют важную роль в питании и обычно используются в пищевых добавках, удобрениях и пищевых технологиях. В промышленности аминокислоты используются при производстве лекарств, биоразлагаемого пластика и хиральных катализаторов.

1. Аминокислоты, белки и питание

О биологической роли и последствиях дефицита аминокислот в организме человека см. информацию в таблицах незаменимых и заменимых аминокислот.

При введении в организм человека с пищей, 20 стандартных аминокислот либо используются для синтеза белков и других биомолекул, либо окисляются в мочевину и углекислый газ в качестве источника энергии. Окисление начинается с удаления аминогруппы через трансаминазу, а затем аминогруппа включается в цикл мочевины. Другой продукт трансамидирования – кетокислота, которая входит в цикл лимонной кислоты. Глюкогенные аминокислоты также могут быть преобразованы в глюкозу посредством глюконеогенеза. 

Из 20 стандартных аминокислот, 8 (валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин) называют незаменимыми потому, что человеческий организм не может синтезировать их самостоятельно из других соединений в необходимых для нормального роста количествах, их можно получить только с пищей. Однако по современным представлениям Гистидин и Аргинин также являются незаменимыми аминокислотами для детей. Другие могут быть условно незаменимы для людей определенного возраста или людей, имеющих какие-либо заболевания.

Кроме того, Цистеин, Таурин, L-Тирозин считаются полузаменимыми аминокислотами у детей (хотя таурин технически не является аминокислотой), потому что метаболические пути, которые синтезируют эти аминокислоты, у детей еще не полностью развиты. Необходимые количества аминокислот также зависят от возраста и здоровья человека, поэтому довольно сложно давать здесь общие диетические рекомендации.

БЕЛКИ

Белки́ (протеины, полипептиды) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используются 20 стандартных аминокислот.

Рис. 9. Белки не только пища… Типы белковых соединений.

Каждый живой организм состоит из белков. Различные формы белков принимают участие во всех процессах, происходящих в живых организмах. В теле человека из белков формируются мышцы, связки, сухожилия, все органы и железы, волосы, ногти; белки входят в состав жидкостей и костей. Ферменты и гормоны, катализирующие и регулирующие все процессы в организме, также являются белками. Дефицит белков в организме опасен для здоровья. Каждый белок уникален и существует для специальных целей.

ПИТАНИЕ И БЕЛКИ

Белки — важная часть питания животных и человека (основные источники: мясо, птица, рыба, молоко, орехи, бобовые, зерновые; в меньшей степени: овощи, фрукты, ягоды и грибы), поскольку в их организмах не могут синтезироваться все необходимые аминокислоты и часть должна поступать с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потреблённые белки до аминокислот, которые используются для биосинтеза собственных белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.

Белки в организме не являются взаимозаменяемыми. Они синтезируются из аминокислот, которые, в частности, образуются в результате расщепления белков, находящихся в пищевых продуктах. Таким образом, именно аминокислоты, а не сами белки являются наиболее ценными элементами питания.

Стоит подчеркнть, что современная наука о питании утверждает, что белок должен удовлетворять потребности организма в аминокислотах не только по количеству. Данные вещества должны поступать в организм человека в определенных соотношениях между собой.

Процесс синтеза белков идет в организме постоянно. Если хоть одна незаменимая аминокислота отсутствует, образование белков приостанавливается. Это может привести к самым различным серьезным нарушениям здоровья —  от расстройств пищеварения до депрессии и замедления роста у детей. Разумеется, данное рассмотрение вопроса весьма упрощенное, т.к. функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров — полисахаридов и ДНК.

Также, кроме белков, из аминокислот образуется большое количество веществ небелковой природы (см. ниже), выполняющих специальные функции. К ним, напроимер, относится холин (витаминоподобное вещество, входящее в состав фосфолипидов и являющееся предшественником нейромедиатора ацетилхолина — Нейромедиаторы — это химические вещества, передающие нервный импульс с одной нервной клетки на другую. Таким образом, некоторые аминокислоты крайне необходимы для нормальной работы головного мозга).

2. Небелковые функции аминокислот

Нейромедиатор аминокислоты

Прим.: Нейромедиаторы (нейротрансмиттеры, посредники) — биологически активные химические вещества, посредством которых осуществляется передача электрохимического импульса от нервной клетки через синаптическое пространство между нейронами, а также, например, от нейронов к мышечной ткани или железистым клеткам. Для получения информации от собственных тканей и органов организм человека синтезирует особые химические вещества – нейромедиаторы. Все внутренние ткани и органы тела человека, «подчиненные» вегетативной нервной системе (ВНС), снабжены нервами (иннервированы), т. е. функциями организма управляют нервные клетки. Они как датчики собирают информацию о состоянии организма и передают ее в соответствующие центры, а от них корректирующие воздействия идут к периферии. Любое нарушение вегетативной регуляции приводит к сбоям в работе внутренних органов. Передача информации, или управление, осуществляется с помощью специальных химических веществ-посредников, которые называются медиаторами (от лат. mediator – посредник) или нейромедиаторами. По своей химической природе медиаторы относятся к различным группам: биогенным аминам, аминокислотам, нейропептидам и т. д. В настоящее время изучено более 50 соединений, относящихся к медиаторам.

В организме человека многие аминокислоты используются для синтеза других молекул, например:

• Триптофан является предшественником нейромедиатора серотонина.

• L-Тирозин и его предшественник фенилаланин являются предшественниками нейромедиаторов дофамина катехоламинов, адреналина и норадреналина.
  

• Глицин является предшественником порфиринов, таких как гем.
  

• Аргинин является предшественником оксида азота. 
  

• Орнитин и S-аденозилметионин являются предшественниками полиаминов. 
  

• Аспартат, Глицин и глутамин являются предшественниками нуклеотидов.
  

Тем не менее, все еще известны не все функции других многочисленных нестандартных аминокислот. Некоторые нестандартные аминокислоты используются растениями для защиты от травоядных животных. Например, канаванин является аналогом аргинина, который содержится во многих бобовых, и в особо крупных количествах в Canavalia gladiata (канавалия мечевидная). Эта аминокислота защищает растения от хищников, например насекомых, и при употреблении некоторых необработанных бобовых может вызывать заболевания у людей.

Классификация протеиногенных аминокислот

Рассмотрим классификацию на примере 20 протеиногенных α-аминокислот, необходимых для синтеза белка

Среди многообразия аминокислот только 20 участвует во внутриклеточном синтезе белков (протеиногенные аминокислоты). Также в организме человека обнаружено еще около 40 непротеиногенных аминокислот. Все протеиногенные аминокислоты являются α-аминокислотами. На их примере можно показать дополнительные способы классификации. Названия аминокислот обычно сокращаются до 3-х буквенного обозначения (см. рис. полипептидной цепи вверху страницы). Профессионалы в молекулярной биологии также используют однобуквенные символы для каждой аминокислоты.

1. По строению бокового радикала выделяют:

• алифатические (аланин, валин, лейцин, изолейцин, пролин, глицин) — соединения, не содержащие ароматических связей.
  
• ароматические (фенилаланин, тирозин, триптофан)

Ароматические соединения (арены) — циклические органические соединения, которые имеют в своём составе ароматическую систему. Основными отличительными свойствами являются повышенная устойчивость ароматической системы и, несмотря на ненасыщенность, склонность к реакциям замещения, а не присоединения. Различают бензоидные (арены и структурные производные аренов, содержат бензольные ядра) и небензоидные (все остальные) ароматические соединения. Ароматичность — особое свойство некоторых химических соединений, благодаря которому сопряженное кольцо ненасыщенных связей проявляет аномально высокую стабильность;

Бензол — одно из наиболее распространённых ароматических соединений

• серусодержащие (цистеин, метионин), содержащие атом серы S
  
• содержащие ОН-группу (серин, треонин, опять тирозин),
• содержащие дополнительную СООН-группу (аспарагиновая и глутаминовая кислоты),
• дополнительную NH₂-группу (лизин, аргинин, гистидин, также глутамин, аспарагин).

2. По полярности бокового радикала

Существуют неполярные аминокислоты (ароматические, алифатические) и полярные (незаряженные, отрицательно и положительно заряженные).    

3. По кислотно-основным свойствам

По кислотно-основным свойствам подразделяют нейтральные (большинство), кислые (аспарагиновая и глутаминовая кислоты) и основные (лизин, аргинин, гистидин) аминокислоты.   

4. По незаменимости

По необходимости для организма выделяют такие, которые не синтезируются в организме и должны поступать с пищей – незаменимые аминокислоты (лейцин, изолейцин, валин, фенилаланин, триптофан, треонин, лизин, метионин). К заменимым относят такие аминокислоты, углеродный скелет которых образуется в реакциях метаболизма и способен каким-либо образом получить аминогруппу с образованием сответствующей аминокислоты. Две аминокислоты являются условно незаменимыми (аргинин, гистидин), т.е.их синтез происходит в недостаточном количестве, особенно это касается детей.

Таблица 1. Классификация аминокислот

Химическая структура	Полярность боковой цепи	Изоэлектри-ческая точка рI	Молеку-лярная масса, г/моль	Степень гидрофильности	Полярность боковой цепи
1. Алифатические			Высокогидрофильные
Аланин	–1,9	6,0	89	Глютамин	+9,4
Валин*	–2,0	6,0	117	Аспарагин	+9,7
Глицин	–2,4	6,0	75	Глютаминовая кислота	+10,2
Изолейцин*	–2,2	5,9	131	Гистидин	+10,3
Лейцин*	–2,3	6,0	131	Аспарагиновая кислота	+11,0
2. Серосодержащие			Лизин*	+15,0
Метионин*	–1,5	5,7	149	Аргинин	+20,0
Цистеин	–1,2	5,0	121	Умеренно гидрофильные
3. Ароматические			Треонин*	+4,9
Тирозин	+6,1	5,7	181	Серин	+5,1
Триптофан*	+5,9	5,9	204	Триптофан*	+5,9
Фенилаланин*	+0,8	5,5	165	Пролин	+6,0
4. Оксиаминокислоты	Тирозин	+6,1
Серин	+5,1	5,7	105	Высокогидрофобные
Треонин*	+4,9	5,6	119	Цистеин	–1,2
5. Дикарбоновые (кислые)	Метионин*	–1,5
Аспарагиновая кислота	+11,0	2,8	133	Аланин	–1,9
Глютаминовая кислота	+10,2	3,2	147	Валин*	–2,0
6. Амиды дикарбоновых кислот	Изолейцин*	–2,2
Аспарагин	+9,7	5,4	132	Лейцин*	–2,3
Глютамин	+9,4	5,7	146	Глицин	–2,4
7. Диаминоаминокислоты (основные)	Фенилаланин*	+0,8
Аргинин	+20,0	10,9	174
Гистидин	+10,3	7,6	155
Лизин*	+15,0	9,7	146
8. Иминокислота
Пролин	+6,0	6,3	115
Примечание: * — незаменимые аминокислоты.

ИЛЛЮСТРАЦИИ И ВИДЕО

СИНТЕЗ БЕЛКА ИЗ АМИНОКИСЛОТ

Рисунок 10.  Рибосома в процессе синтеза белка или трансляции (трансляция — это синтез белка рибосомой на основе информации, записанной в матричной РНК (мРНК))

Рибосома — это важнейший немембранный органоид живой клетки сферической или слегка эллипсоидной формы, диаметром от 15—20 нанометров у бактерий (до 25—30 нанометров у эукариот), состоящий из большой и малой субъединиц. Рибосомы служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой (информационной) матричной РНК, или мРНК. Этот процесс называется трансляцией.

Прим.: У этой красивой схемы вверху есть один недостаток (рисунок рибосомы был взят ранее из википедии): непонятно, что имел в виду художник, изображая на мРНК между тройками нуклеотидов (триплетами), кодирующими аминокислоту, какие-то вставки, состоящие как будто из двух нуклеотидов. В действительности триплеты в мРНК идут подряд, без промежутков.

КАК ГЕНОМ РАБОТАЕТ НАД СОЗДАНИЕМ БЕЛКА

ГЕНОМ — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма. Геном содержит биологическую информацию, необходимую для построения и поддержания организма.

ТРАНСКРИПЦИЯ — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК

Рис. 11.  Геном работает над созданием белка

Видео по теме

СИНТЕЗ БЕЛКА ИЗ АМИНОКИСЛОТ

(Примечание: в ролике показан общий принцип синтеза белка из аминокислот на рибосомах в клетках. Более подробно о кодировке белка см. в видео по теме ДНК)

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

1. ПРОБИОТИКИ
2. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
3. СИНБИОТИКИ
4. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
5. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
6. ПРОПИОНИКС
7. ЙОДПРОПИОНИКС
8. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
9. БИФИКАРДИО
10. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
11. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
12. БИФИДОБАКТЕРИИ
13. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
14. МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА
15. МИКРОФЛОРА ЖКТ
16. ДИСБИОЗ КИШЕЧНИКА
17. МИКРОБИОМ и ВЗК
18. МИКРОБИОМ И РАК
19. МИКРОБИОМ, СЕРДЦЕ И СОСУДЫ
20. МИКРОБИОМ И ПЕЧЕНЬ
21. МИКРОБИОМ И ПОЧКИ
22. МИКРОБИОМ И ЛЕГКИЕ
23. МИКРОБИОМ И ПОДЖЕЛУДОЧНАЯ ЖЕЛЕЗА
24. МИКРОБИОМ И ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА
25. МИКРОБИОМ И КОЖНЫЕ БОЛЕЗНИ
26. МИКРОБИОМ И КОСТИ
27. МИКРОБИОМ И ОЖИРЕНИЕ
28. МИКРОБИОМ И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
29. МИКРОБИОМ И ФУНКЦИИ МОЗГА
30. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
31. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
32. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
33. МИКРОБИОМ и ИММУНИТЕТ
34. МИКРОБИОМ И АУТОИММУННЫЕ БОЛЕЗНИ
35. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
36. ПРОБИОТИКИ, БЕРЕМЕННОСТЬ, РОДЫ
37. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
38. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
39. АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА
40. КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
41. СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ
42. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
43. МИКРОБИОМ И ПРЕЦИЗИОННОЕ ПИТАНИЕ
44. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
45. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
46. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
47. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
48. НОВОСТИ