1631210424-fcd136b4f3723217ae7fe721f8d45b62 (Лекция 15 - Гликозилирование белков), страница 2

Это может не только не соответствовать задачам исследования,но и нарушать естественную работу клетки, делая невозможным ее изучение. В то же времяпроведение реакций внутри клетки является полезным инструментом исследования, посколькупозволяет помечать исследуемые биомолекулы флуоресцентными, аффинными и массспектрометрическими метками, которые в дальнейшем позволят наблюдать эти биомолекулысоответствующими методами исследования, например, при помощи флуоресцентного микроскопа.• Химические реакции, которые способны протекать внутри живых систем, не мешая естественнымбиохимическим процессам (биоортоганальные реакции) призваны заполнить этот пробел.Функциональные группы, участвующие в биоортогональных реакциях, как правило, не встречаютсяв биомолекулах, быстро и селективно реагируют друг с другом в условиях живой клетки и при этомявляются инертными по отношению к другим соединениям, которые присутствуют в организме.•10БИООРТОГОНАЛЬНЫЕ РЕАКЦИИВ идеальном случае биоортогональная реакция должнасоответствовать следующим частным условиям:1.

Селективность. Реакция должна протекать селективно междуфункциональными группами во избежание побочных процессов сучастием биологических соединений.2. Биологическая инертность. Реагирующие группы иобразующаяся связь не должны в какой-либо мере обладатьреакционной способностью, способной нарушить естественныепроцессы, протекающие в изучаемом организме.3. Химическая инертность.

Образующаяся ковалентная связьдолжна быть прочной и инертной по отношению к средепротекания процессов.4. Высокая скорость. Реакция должна быть быстрой, чтобымодификация наступила до расщепления или выведения метки изорганизма. Благодаря малому времени отклика быстрые реакциимогут быть использованы для точного слежения задинамическими процессами в режиме реального времени.5.Биосовместимость. Реакция должна быть нетоксичной ипротекать в биологических условиях, т.е.

при определенном рН,температуре и в водной среде.6. Доступная модификация субстрата. В идеальном случаебиоортогональная функциональная группа должна вводиться вбиомолекулу в ходе метаболизма. Функциональная группадолжна быть небольшого размера и не нарушать нативноесостояние биомолекулы.Биоортогональные реакцииФункциональные группы, участвующие в биоортогональных реакциях,быстро и селективно реагируют друг с другом в условиях живой клеткии при этом являются инертными по отношению к другим соединениям,которые присутствуют в организме.1. Безмедное азид-алкиновое циклоприсоединение (SPAAC)2.

Азид-алкиновое циклоприсоединение, катализируемое медью (I) (CuAAc)4Постадийный механизм медь-катализируемой реакции протекает через промежуточное образование ацетиленидов меди. По этойпричине высокую реакционную способность в данной реакции демонстрируют лишь терминальные алкины. Одновременно атоммеди оказывает активирующее влияние на азид путем его координации, что также определяет региоселективность реакции. Далеепроисходит образование шестичленного металлоцикла, который претерпевает восстановительное элиминирование с образованиемтриазолил-медного производного.

В результате гидролиза последнего образуется 1,4-дизамещенный 1,2,3-триазол. Благодарявведению катализатора реакция получила несколько преимуществ, позволивших применить её в различных биотехнологическихприложениях, и стала известна под аббревиатурой CuAAC (Cu-catalyzed azide-alkyne cycloaddition).Каталитический вариант реакции протекает приблизительно в 107 раз быстрее по сравнению с некаталическим вариантом, чтопозволяет проводить реакцию азид-алкинового циклоприсоединения при температурах, близких к комнатной.На протекание реакции слабо влияют заместители при азидной и алкиновой группах.Для реакции подходит широкий спектр растворителей, в том числе вода, а также водно-органические смеси.Медь-каталитический вариант является региоселективным и даёт 1,4-дизамещенные 1,2,3-триазолы в качестве единственныхпродуктов.Rostovtsev VV, Green LG, Fokin VV, Sharpless KB.

A stepwise Huisgen cycloadditionprocess: Copper(I)-catalyzed regioselective ‘‘ligation’’ of azides and terminal alkynes.Angew Chem Int Ed 2002;41:2596–2599.Tornoe CW, Christensen C, Meldal M. Peptidotriazoles on solid phase: [1,2,3]-Triazoles byregiospecific copper(I)-catalyzed 1,3-dipolar cycloadditions of terminal alkynes to azides.J Org Chem 2002;67:3057–3064.Ускорение реакции может быть достигнуто не только путём использования катализатора, но и повышением реакционнойспособности алкина. Данный подход применен для создания азид-алкинового циклоприсоединения, промотируемогонапряжением цикла (strain-promoted azide-alkyne cycloaddition, SPAAC).

Введение в реакцию с азидами напряженногоциклооктина улучшает кинетику реакции и позволяет проводить циклоприсоединение в отсутствие цитотоксичного медногокатализатора.Использование биоортогональной реакции для анализа гликозилированного белкаСтратегия состоит:1) ремоделированиегликопротеинов/пептидогликанов,которое позволяет включатьнеприродный азид-меченый углеводныйостаток GalХ;2) последующее лигирование скомплементарной биоортогональнойгруппой (алкин), присоединенной костатку биотина;3) выделение модифицированного белкана твердой фазе за счет высокогосродства остатка биотина кстрептавидину, иммобилизованному наносителе;4) Анализ модифицированногобелка/пептида методами массспектрометрииСтратегия конъюгации лекарственного средства с консервативным олигосахаридом, связанным с человеческимиммуноглобулином для создания гомогенных лекарственных препаратов.Стратегия состоит в ремоделировании протеогликанов, которое позволяет включать неприродный азид-меченый углеводный мотив (GalNAcили Sia) с последующим лигированием SPAAC с подходящей полезной нагрузкой.Неферментативное гликозилирование (гликирование) белковNHHCHOHHHHOCN (CH2)4 CHC ONHHOHNH CH COHOH(CH2)4HOHHOHOHNH2HOHHOHOHHCH2OHglucoseOHHC OOHCH2OHproteinOH C NH (CH2)4 CHCNHO C CH2 NH (CH2)4 CHOC OHcarboxymethyllysineHNCH2OHSchiff's basefructosamineNNNHNH (CH2)3 CHC O(CH2)4ONH CH CHCC(CH2)4ONHNC CH NHH(CH2)4 CHC OCH2OHpyrallineother AGEsC ONH2proteinOHHHOHHOHOpentosidineCH2OH3-deoxyglucosoneГликирование белков представляет собой эндогенное неферментативное присоединение остатков восстанавливающих сахаров,присутствующих в крови, к боковым радикалам лизина или аргинина в составе белка.

На первой стадии гликирования происходитнуклеофильная атака карбонильной группы глюкозы -аминогруппой лизина, в результате которой образуется лабильное основаниеШиффа – N-гликозилимин. Образование основания Шиффа – процесс относительно быстрый и обратимый. Далее происходитперегруппировка N-гликозилимина с образованием продукта Амадори – 1-амино-1-дезоксифруктозы (fructosamine). Скорость этогопроцесса ниже, чем скорость образования гликозилимина, но существенно выше, чем скорость гидролиза основания Шиффа, поэтомубелки, содержащие остатки 1-амино-1-дезоксифруктозы, накапливаются в крови.

Далее, начинаются различные окислительновосстановительные процессы с образованием продуктов позднего гликирования (AGEs). Структуры данных продуктов представленына следующем слайде.Ранние и поздние продукты гликирования белков. Влияние их на клеточные процессы.Гликирование белков может приводить к белок-белковым сшивкамAGEs (Advanced glycation end products) – Конечные продукты гликирования белков приводят к развитиюпатологических процессовHbA – гликированный гемоглобин маркер сахарногодиабета (СД)ЛПНП – липопротеины низкой плотности;ЛПВП – липопротеины высокой плотностиСтепень гликирования белков зависит от скорости ихобновления.

В медленно обменивающихся белкахнакапливается больше изменений. К одним из первыхпризнаков сахарного диабета относят увеличение в 2-3 разаколичества гликированного гемоглобина.К медленно обменивающимся белкам относятся белкимежклеточного матрикса, базальных мембран. При высокойконцентрации глюкозы в плазме крови протеогликаны,коллагены, гликопротеины гликируются, нарушается обмен исоотношение между компонентами базальных мембран,нарушается их структурная организация, что приводит кразвитию диабетических ангиопатий. Диабетическиеангиопатии обусловлены прежде всего поражением базальныхмембран сосудов.Другим примером медленно обменивающихся белков служаткристаллины – белки хрусталика. При гликированиикристаллины образуют многомолекулярные агрегаты,увеличивающие преломляющю способность хрусталика.Прозрачность хрусталика уменьшается, возникает егопомутнение, или катаракта.Гликирование белков может спровоцировать нефропатию.Признаком ранних стадий нефропатии служитмикроальбуминурия, которая в дальнейшем развивается доклассического нефротического синдрома, характеризующегосявысокой протеинурией, гипоальбуминией и отеками.НЕ УПУСТИ МОМЕНТ !!!«Перехватчики» продуктов гликирования белков.Предложите несколько примеров реакций, протекающих с участием ниже представленных«перехватчиков» и продуктов гликирования белков, структуры которых приведены на рис.

1(слайд 18).)H2NC(=NH)NHNH2«Перехватчики» продуктов гликирования белков.Lys258CONHArg386NH COCH(CH2)3CH(CH2)4OO P O CH2HC+H2NNNHC(Lys)NH2HOCH3NHOH2N : HArgR C COO -PNOC(Lys)HNH3+CCPCH3N+N H+OCH3HOO(Asp)CO(Asp)N H+O-(2)(1)(Lys)CNH2+COAsp222H+HOCCH2CHO-N+HONPON+CH ArgR C COO-H ArgR C COO -+R(Lys)ArgR C COO -NH3+H - N HC +O-PNCH3OO HC(4)+ArgH RO: C COO H2N : HHN HH C +OP(Lys)CH3N++(Lys)NH3+H2CPCH3N+HO HO(Asp)(Asp)(3)(5)CONH2OCH3HO(Asp)ArgC COO -O(6)CO(Asp)(7)+Стадии какогобиохимическогопроцесса приводят кобразованиюпиридоксамина«Перехватчики» продуктов гликирования белков.Неблагоприятное воздействие AGE на мышцы при диабете можетбыть ингибировано куркумином (соединение 9) или гингеролом.Сможете предложить схемы реакций с участием куркуминаили гингерола?гингеролПо отдельным качественным показателям (диастазное число, кислотность) исследуемые образцы башкирского мёда превосходили мёд мануки,а вот в том, что касается антибактериальных свойств, разница была огромная в пользу последнего.