Биология /
←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ...
группы кофеина) и расшифровкой структуры сахаров, создал пептидную теорию, во многом подтвердившуюся практически и получившую всеобщее признание еще при его жизни, за что он был удостоен второй в истории химии Нобелевской премии (первую получил Я.Г. Вант-Гофф).
Немаловажно, что Фишер построил план исследования, резко отличающийся от того, что предпринималось раньше, однако учитывающий все известные на тот момент факты. Прежде всего он принял, как наиболее вероятную гипотезу о том, что белки построены из аминокислот, соединенных амидной связью:
R – CH – NH – CO – CH – R’
| |
HOOC NH2
Такой тип связи Фишер назвал (по аналогии с пептонами) пептидной. Он предположил, что белки представляют собой полимеры аминокислот, соединенных пептидной связью. Идея о полимерном характере строения белков как известно высказывалась еще Данилевским и Хертом, но они считали, что “мономеры” представляют собой очень сложные образования – пептоны или “углеазотные комплексы”.
Доказывая пептидный тип соединения аминокислотных остатков. Э. Фишер исходил из следующих наблюдений. Во-первых, и при гидролизе белков, и при их ферментативном разложении образовывались различные аминокислоты. Другие соединения было чрезвычайно трудно описать а еще труднее получить. Кроме того Фишеру было известно, что у белков не наблюдается преобладания ни кислотных, ни основных свойств, значит, рассуждал он, амино- и карбоксильные группы в составе аминокислот в белковых молекулах замыкаются и как бы маскируют друг друга (амфотерность белков, как сказали бы сейчас).
Решение проблемы строения белка Фишер разделил, сведя ее к следующим положениям:
1) Качественное и количественное определение продуктов полного гидролиза белков.
2) Установление строения этих конечных продуктов.
3) Синтез полимеров аминокислот с соединениями амидного (пептидного) типа.
4) Сравнение полученных таким образом соединений с природными белками.
Из этого плана видно, что Фишер применил впервые новый методологический подход – синтез модельных соединений, как способ доказательства по аналогии.
2.5. Разработка методов синтеза аминокислот
Для того чтобы перейти к синтезу производных аминокислот, соединенных пептидной связью, Фишер провел большую работу по изучению строения и синтезу аминокислот.
До Фишера общим методом синтеза аминокислот был циангидринный синтез А. Штреккера:
+ NH3;HCN +H+;H2O
RR’C=O RR’C(NH2)CN RR’C(NH2)COOH
По реакции Штреккера удалось синтезировать аланин, серин и некоторые другие аминокислоты, а по ее модификации ( реакции Зелинского-Стадникова) как -аминокислоты, так и их N-замещенные.
Однако сам Фишер стремился разработать методы синтеза всех известных тогда аминокислот. Он считал метод Штреккера недостаточно универсальным. Поэтому Э. Фишеру пришлось искать общий метод синтеза аминокислот в том числе аминокислот со сложными боковыми радикалами.
Он предложил аминировать бромзамещенные в -положении карбоновые кислоты. Для получения бромпроизводных он использовал, как например, в синтезе лейцина, ари-лированную или алкилированную малоновую кислоту:
Br2 – CO2
(CH3)2CHCH2CH(COOH)2 (CH3)2CHCH2CHBr(COOH)2
NH3
(CH3)CHCH2CHBrCOOH (CH3)2CHCH2CHNH2COOH
Но создать абсолютно универсальный метод Э. Фишеру не удалось. Были разработаны и более надежные реакции. Например, ученик Фишера Г. Лейкс предложил следующую модификацию для получения серина:
C2H5OCH2CHO C2H5OCH2CH(NH2)CN
HBr
C2H5OCH2CH(NH2)COOH HOCH2CHNH2COOH
Фишер также доказал, что белки состоят из остатков оптически активных аминокис-лот (см. стр.11). Это заставило его разработать новую номенклатуру оптически активных соединений, методы разделения и синтеза оптических изомеров аминокислот. Фишер также пришел к выводу, что в белках содержатся остатки L-форм оптически активных аминокислот, и он доказал это, впервые использовав принцип диастереоизомерии. Этот принцип заключался в следующем: к N-ацилпроизводному рацемической аминокислоты добавляли оптически активный алкалоид (бруцин, стрихнин, цинхонин, хинидин, хинин). В результате этого образовывались две стереоизомерные формы солей, обладающие раз-личной растворимостью. После разделения этих диастереоизомеров алкалоид регенери-ровали и ацильную группу удаляли путем гидролиза.
Фишер сумел разработать метод полного определения аминокислот в продуктах гидролиза белков: он переводил хлоргидраты эфиров аминокислот обработкой концен-трированной щелочью на холоду в свободные эфиры, которые заметно не омылялись. За-тем смесь этих эфиров подвергал фракционной перегонке и из полученных фракций вы-делял отдельные аминокислоты путем дробной кристаллизации.
Новый метод анализа не только окончательно подтвердил, что белки состоят из ами-нокислотных остатков, но позволил уточнить и пополнить список встречающихся в белках аминокислот. Но все же количественные анализы не могли дать ответа на основной вопрос: каковы принципы строения молекулы белка. И Э.Фишер сформулировал одну из основных задач в изучении строения и свойств белка: разработка экспериментальные методы син-теза соединений, основными компонентами которых были бы аминокислоты, соединен-ные пептидной связью.
Таким образом Фишер поставил нетривиальную задачу – синтезировать новый класс соединений с целью установления принципов их строения.
Задачу эту Фишер решил, и химики получили убедительные доказательства, что белки представляют собой полимеры аминокислот, соединенных пептидной связью:
– CO – CHR’ – NH – CO – CHR’’ – NH – CO CHR’’’ – NH –
Это положение подтверждалось биохимическими доказательствами. Попутно выяс-нилось, что протеазы гидролизуют не все связи между аминокислотами с одинаковой скоростью. На их способность расщеплять пептидную связь влияли оптическая конфигу-рация аминокислот, заместители по азоту аминогруппы, длина цепи пептида, а также набор входящих в него остатков.
Главным доказательством пептидной теории стал синтез модельных пептидов и со-поставление их с пептонами гидролизата белков. Результаты показали, что из белковых гидролизатов выделяются пептиды, идентичные синтезированным.
В процессе выполнения этих исследований Э.Фишер и его ученик Э.Абдергальд- ен впервые разработали метод определения аминокислотной последовательности в белка. Сущность его заключалась в установлении природы аминокислотного остатка полипеп-тида, имеющего свободную аминогруппу (N-концевую аминокислоту). Для этого они предложили блокировать в пептиде аминоконец -нафталин-сулфониловой группой, ко-торая не отщепляется при гидролизе. Выделяя затем из гидролизата аминокислоту, мече-ную такой группой, можно было определить, какая из аминокислот была N-концевой.
После исследований Э.Фишера стало ясно, что белки представляют собой полипеп-тиды. Это было важное достижение, в том числе и для задач синтеза белков: стало ясно, что именно нужно синтезировать. Только после этих работ проблема синтеза белка приобрела определенную направленность и необходимую строгость.
Говоря о работе Фишера в целом, следует отметить, что сам подход к исследованию был типичен скорее для наступающего XX века – он оперировал широким набором тео-ретических положений и методических приемов; его синтезы все менее и менее походили на искусство, основанное на интуиции, чем на точном знании, и приближались к созданию серий точных, почти технологических приемов.
2,6, Кризис пептидной теории
В связи с применением новых физических и физико-химических методов исследова-ний в начале 20-х гг. XX в. появились сомнения в том, что молекула белка представляет длинную полипептидную цепь. К гипотезе о возможности компактной укладки пептидных цепочек относились со скептицизмом. Все это потребовало пересмотра пептидной теории Э.Фишера.
В 20-30-е гг. распространение получила дикетопиперазиновая теория. Согласно ей, центральная роль в построении структуры белка играют дикетопиперазивные кольца, об-разующиеся при циклизации двух аминокислотных остатков. Также предполагалось, что эти структуры составляют центральное ядро молекулы, к которому присоединены корот-кие пептиды или аминокислоты (“наполнители” циклического скелета основной струк-туры). Наиболее убедительные схемы участия дикетопиперазинов в построении структуры белка были представлены Н.Д.Зелинским и учениками Э.Фишера.
Однако попытки синтеза модельных соединений, содержащих дикетопиперазины мало, что дали для химии белка впоследствии восторжествовала пептидная теория, од-нако эти работы оказали стимулирующее влияние на химию пиперазинов в целом.
После пептидной и дикетопиперазивной теорий продолжались попытки доказать су-ществование только пептидных структур в молекуле белка. При этом стремились пред-ставить себе не только тип молекулы, но и общие ее очертания.
Оригинальную гипотезу высказал
←предыдущая следующая→
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ...
|
|