1625914757-8aba282c54d2a3a371a92e361d6fe93d (843812), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Бензиловые эфиры и ихпроизводные можно получать прямой этерификацией аминокислот в присутствии кислотных катализаторов. Удаляют бензильные защитные группы гидрированием на палладиевом катализаторе.Рис. 95. Защитные группы для карбоксильных групптрет-Бутиловые эфиры аминокислот получают присоединением изобутилена в условиях кислотного катализа (рис. 96); удаляют также в кислых условиях.Рис. 96.
Введение трет-бутиловой защитной группыПомимо аминогрупп в боковом радикале лизина, блокирование которых упоминалось выше, абсолютно необходимо защищать SH-группу цистеина. Для этого можно использовать п-метоксибензильную группу, а также упомянутую выше тритильную. Боковые цепи прочих аминокислотзащищают не всегда. Однако в подавляющем большинстве синтезов необходимо защищать остатки Ser, Thr, Tyr, Arg, His. Для этого используютбензильную защитную группу и ее производные (Ser, Thr, Tyr), тозильную(Arg, His) и другие группы.74Активация карбоксильной группы сводится к повышению электрофильности карбонильного атома углерода. Легко видеть, что решающаяроль в этом случае принадлежит группе X (рис.
97). Методы конденсацииобычно различаются природой группы X.Рис. 97. Активация карбоксильной группыК числу наиболее часто используемых методов конденсации относитсяметод активированных эфиров. Активированные карбоксильные компоненты в этом случае представляют собой п-нитрофениловые, 2,4динитрофениловые, о-нитрофениловые и о-нитротиофениловые, 2,4,5трихлорфениловые, пентахлорфениловые и пентафторфениловые эфиры.Получают эти соединения из соответствующих фенолов с помощью карбодиимида:Рис. 98. Активация карбоксильной группы с помощью карбодиимида (вверху) и Nгидроксисукцинимидного эфира (внизу)Другой вариант активированных эфиров – N-гидроксисукцинимидныеэфиры аминокислот (рис. 98).При использовании карбодиимидного метода проводят непосредственную конденсацию карбокси- и аминокомпонента, например, с помощью75дициклогексилкарбодиимида (рис.
99). При этом на первой стадии реакцииобразуется реакционноспособное производное O-ацилизомочевины, которое затем вступает в реакцию с аминокомпонентом.ДЦКN C NOО-ацилизомочевинаOZNH CH CZNH CH CR1OHR1HNO CNOOHN C NHOOZNH CH C NH CH CR1R2OYNH2 CH COYR2аминокомпонентдициклогексилмочевинаРис. 99. Конденсация карбокси- и аминокомпонента карбодиимидным методомМетод смешанных ангидридов (рис. 100) предполагает активацию аминокислот через получение смешанного ангидрида аминокислоты и производного угольной либо фосфорной кислоты.Рис. 100.
Метод смешанных ангидридовРеакция с аминокомпонентом также проводится при пониженной температуре с образованием изобутилового спирта и углекислого газа.Азидный метод, предложенный Т. Курциусом в 1902 г., заключается впревращении эфира N-защищенной аминокислоты в азид гидразинолизомс последующей обработкой водным раствором нитрита натрия при –5 °С(рис. 101).Рис. 101.
Азидный методПотеря оптической чистоты (рацемизация) одного или более остатковаминокислот в пептиде является основной причиной снижения выходацелевого продукта в пептидном синтезе. Существует два основных механизма рацемизации – через енолизацию и через образование 5(4H) оксазолонов (азалактонов) (рис. 102).76OO -H+R C HN CH CRnXR C N C- RnRNCCO CO CO-ORnH+OOR C HN CRnCH XРис.
102. Рацемизация аминокислот в пептидах за счет енолизации (вверху) и образованияазалактонов (внизу)Если иммобилизовать первый аминокислотный остаток на нерастворимом носителе, можно вести синтез на твердой фазе, что, как и в случае снуклеиновыми кислотами, позволяет автоматизировать процесс. Процесссинтеза сводится к повторению стадий удаления временной защиты и конденсации (рис. 103).Рис. 103. Схема твердофазного синтеза: иммобилизация (1), удаление защиты (2), конденсация (3)Следует отметить, что методология твердофазного синтеза впервыебыла разработана Р. Меррифилдом в 1962 г.
именно для пептидного синтеза.При правильном стратегическом и тактическом планировании пептидного синтеза возможно получение пептидов небольшой длины с биологической активностью, приближающейся к природной. Получение активныхбелковых молекул с протяженной пептидной цепью (более 60 аминокислотных остатков) с помощью химического синтеза практически невозможно.77Часть 2. Основные молекулярно-биологические процессыII.1.
Организация геномаГеномом принято называть всю совокупность ДНК в клетке, несущейполную характерную для данного организма генетическую информацию.В состав генома входят элементы ДНК с разной функциональностью.Прежде всего это, разумеется, кодирующие последовательности, в которых записана информация о последовательности функциональных белкови РНК организма.
Управляют реализацией этой информации некодирующие регуляторные элементы – промоторы (последовательности, с которыми связывается РНК-полимераза для инициации транскрипции, см.разд. «Транскрипция»), операторы и энхансеры (находящиеся соответственно вблизи или вдали от промоторов последовательности, с которымисвязываются регуляторные белки, влияющие на эффективность транскрипции, см. разд. «Регуляция транскрипции») и т. п. Большинство геновна молекулярном уровне представляют собой определенную кодирующуюпоследовательность и непосредственно примыкающие к ней регуляторныеэлементы.Рис. 104. Экзон-интронная организация генов высших эукариотУ прокариот кодирующие последовательности ДНК непрерывны.
У эукариот же они обычно состоят из нескольких экзонов, разбитых некодирующими последовательностями – интронами (рис. 104). Экзонинтронная организация генов особенно характерна для высших эукариот.У человека около 6 % генов, кодирующих белки, содержит только 1 экзон,~50 % всех генов имеют 2–10 экзонов, а некоторые гены могут быть раздроблены на 60 и более экзонов. У дрожжей, напротив, интроны имеюттолько 5 % генов. Как правило, интроны длиннее экзонов, а последовательности в них гораздо более вариабельны, поскольку не определяютструктуру белкового продукта и не подвергаются давлению естественногоотбора. Экзон-интронная структура генов у близких видов гомологична.
В78связи с наличием интронов средняя длина гена млекопитающих составляет16 тыс. пар нуклеотидов, в то время как длина собственно кодирующейчасти – около 2 тыс. пар нуклеотидов.При эукариотической транскрипции считывается РНК, которая содержит последовательности как экзонов, так и интронов, а затем в процессесплайсинга интроны вырезаются из РНК (см. разд. «Посттранскрипционная модификация РНК»). При этом могут вырезаться и некоторые экзоны,так что один первичный РНК-транскрипт может при необходимости давать начало нескольким разным матричным РНК (мРНК); такой процессносит название альтернативного сплайсинга (рис.
105). Нетрудно видеть,что альтернативный сплайсинг также нарушает концепцию «один ген –один фермент» в ее первоначальном виде. За счет альтернативного сплайсинга, а также альтернативных сайтов инициации и терминации транскрипции и трансляции часто происходит регуляция образования специфических изоформ белков.Рис. 105. Альтернативный сплайсингИсходя из размера человеческого генома (~3,3?10 9 п.н. на гаплоидныйгеном) и средних размеров гена можно было бы ожидать, что в геноме человека будет около 200 000 генов. На самом деле количество генов у человека, даже с учетом последовательностей, кодирующих не белки, а РНК,не превосходит 30 000, а, скорее всего, еще меньше. Аналогичное несоответствие наблюдается для всех многоклеточных организмов.
Это явлениеполучило название парадокса избыточной ДНК. Еще один парадокс связан с тем, что размер генома может сильно варьировать у организмов одного и того же уровня сложности. Например, у млекопитающих и птицразмер гаплоидного генома составляет 1?10 9–3?10 9 п.н., а у амфибий –109–1011 п.н. Поэтому ясно, что кроме интронов в геноме присутствует79большое количество некодирующей ДНК. Размеры генома и число генов унекоторых организмов приведены в табл.
4.Таблица 4. Размеры генома и число генов у некоторых групп организмовГруппабактериигрибы, водоросличервинасекомыемлекопитающие, птицыамфибиипокрытосеменныеОрганизмMycoplasma genitaliumEscherichia coliдрожжи (Saccharomyces cerevisiae)DrosophilaЧеловекРазмер генома, п.н.106–107107–108~108108–1010(1–3)? 109109–1011108–1011Число генов47042886034~12 000~30 000В каждой клетке в любой момент функционируют не все гены, входящие в геном.
Например, у E. coli экспрессируется ~4 000 генов, а в каждойклетке человека – ~10–15 тыс. Это связано с тем, что ряд генов необходимдля осуществления специальных функций, в которых нет постоянной необходимости. Например, у человека нервные клетки и клетки печени экспрессируют разные наборы генов, поскольку многие белки, необходимыедля работы клетки печени, не нужны в нервной клетке, и наоборот. УE.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
