Белки твердофазный синтез

Удивительно простая идея этого нового метода синтеза состоит в том, что аминокислота закрепляется через свою карбоксильную группу на нерастворимом легко фильтруемом полимере, и затем пептидная цепь постепенно наращивается с С-конца. Для этой цели К-замещенные аминокислоты вводят в реакцию с реакционноспособными группами полимерной смолы. С аминокислоты, ковалентно соединенной с полимерной частицей, удаляется Ы-защитная группа, и полученный аминоацильный полимер реагирует со следующей Ы-защищенной аминокислотой. Пептидная цепь ступенчато наращивается на полимерной матрице. На последней стадии синтеза Меррифилда расщепляется ковалентная связь между С-концевой аминокислотой построенной полипептидной цепи и якорной группировкой полимерного носителя. Нерастворимый носитель может быть отделен от находящегося в растворе полипептида простым фильтрованием. Решающее преимущество метода Меррифилда состоит в том, что избегают трудоемких и требующих много времени операций по очистке промежуточных продуктов. Ценный продукт реакции все время остается прикрепленным к полимерному носителю, в то время как избытки реагентов и побочные продукты удаляются фильтрованием. Простота эксперимента и возможность автоматизации привели сначала даже к мнению, что благодаря этой новой синтетической концепции будет, наконец, решена проблема химического синтеза ферментов и других белков. Однако после подробного изучения и интенсивной разработки этой новой техники синтеза были выявлены серьезные лимитирующие факторы, которые впоследствии привели к реалистической Оценке этого метода. Конечно, сведение трудных стадий высаживания и очистки при обычных методах в растворе к простому процессу фильтрования в твердофазном синтезе уже означает неоспоримое преимущество. [c.179]

Развитие методов твердофазного синтеза белков и других биополимеров [c.524]

Рис. 21. Схема твердофазного синтеза пептидов и белков

Если проанализировать все проведенные синтезы Меррифилда (табл. 2-9), то станет ясно, что это в основном работы в период между 1968 и 1972 гг. В это время во многих новых лабораториях — а их количество в США со времени опубликования концепции Меррифилда увеличилось в десять раз — начали проводить синтезы пептидов на носителях, чему в значительной степени способствовала коммерческая доступность синтезаторов. Очевидно, разочаровывающие результаты при попытках синтеза белков привели к реалистической оценке возможностей метода. Попытка синтеза лизо-цима привела, например, к смеси полипептидов, которая обладала 0,5—1% специфической активности [455]. Гораздо успешнее был синтез рибонуклеазы А [449], хотя и в этом случае выход составлял всего 16%. На этом ферменте с помощью твердофазной техники проведено интересное изучение взаимосвязи строения и активности [467]. Несомненно, что биологическая активность не является критерием гладкого течения твердофазного синтеза. Синтез белка, состоящего из 188 аминокислот, который сначала считали гормоном роста человека, дал смесь белков с заметной биологической активностью. Несколько позднее было, однако, показано, что положенная в основу синтеза первичная структура не подтвердилась [453, 468]. Синтез длинноцепочечных пептидов и белков по методу Меррифилда в настоящее время и в обозримом будущем уже не может отвечать тем высоким требованиям, которые предъявляются к синтезу биологически активных соединений. [c.193]

Познание химического строения белков позволило решить вопрос о их синтезе. В этом отношении также достигнуты большие успехи. В настоящее время используют разработанный в начале 60-х годов твердофазный синтез. При этом первая аминокислота закрепляется на полимерном носителе (специальной полистирольной смоле) и к ней последовательно подшиваются все новые и новые аминокислоты. По окончании синтеза готовая полипептидная цепь снимается с носителя. Таким методом были синтезированы инсулин, рибонуклеаза, а за ними и многие другие белки. Для синтеза рибонуклеазы необходимо было осуществить более десяти тысяч отдельных операций. В настоящее время разработаны автоматы, осуществляющие все необходимые операции по заданной программе. [c.334]

Эти факты показывают, что высшие формы организации белковой молекулы в конечном итоге предопределяются ее первичной структурой. Установление этого сделало реальным воспроизведение путем синтеза природных биологически активных белков. Для этого в настоящее время используется разработанный в начале 60-х годов твердофазный синтез. Первая аминокислота при этом закрепляется на полимерном носителе (специальной полистирольной смоле) и к ней последовательно подшиваются все новые и новые аминокислоты. По окончании синтеза готовая полипептидная цепь снимается с носителя. Использование этого метода позволило синтезировать, например, инсулин и рибонуклеазу, причем оба полученных белка обладали биологической активностью. При синтезе рибонуклеазы необходимо было осуществить более 10 тыс. отдельных операций. [c.390]

С помощью классических химических методов удалось синтезировать октапептиды вазопрессин и окситоцин, а позднее—брадикинин, однако выходы конечного продукта были столь низкими, что нельзя было надеяться на возможность синтеза более длинных полипептидов или белков. Эту задачу удалось решить методом автоматического твердофазного синтеза, разработанным Меррифидцом. Весь процесс проводится в одном сосуде, в который автоматически по заданной программе, через определенные промежутки времени, добавляются реагенты, удаляются продукты и т. д. Процесс состоит из следующих этапов. [c.40]

РНКаза образована одной полипептидной цепью, содержащей 124 аминокислотных остатка, а ее молекулярная масса равна 13 680 в молекуле имеется четыре дисульфидных связи. РНКаза является первым ферментом, для которого была установлена первичная структура. В ходе этих исследований У. Стейн и С. Мур разработали современную методологию определения первичной структуры белков. В 1969 г. Р. Меррифилд с помощью твердофазного метода осуществил полный химический синтез каталитически активной РНКазы (см. с. 145). [c.192]

При этом образуются два фрагмента, так называемые S-пептид и S-белок. Они могут быть разделены путем гель-фильтрации на сефадексе G-25. Каждый из этих фрагментов в отдельности неактивен, но при их смешивании активность рибонуклеазы восстанавливается. Такой реконструированный белок получил название рибонуклеазы S. По-видимому, присоединение S-пептида к S-белку происходит в данном случае путем нековалентного взаимодействия. До недавнего времени синтетические исследования рибонуклеазы были в основном связаны с синтезом S-nen-тида а также небольших фрагментов S-белка В 1969 г. осуш,ествлен синтез рибонуклеазы А твердофазным методом и рибонуклеазы S с использованием метода N-карбоксиангидридов [c.181]

Последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи создает первичную структуру белка она установлена в настоящее время для ряда природных белков. Осуществлен и синтез ряда белков, например инсулина (51 аминокислота), рибонуклеазы (124 аминокислотных остатка). Синтезы подобного рода требуют последовательного осуществления сотен химических операций. Большую помощь оказывает при этом метод твердофазного синтеза, предложенный Мэрифильдом в 1963 г. полипептидная цепь постепенно наращивается на полимерном носителе (полисти-рольной смоле) и лишь после завершения синтеза снимается е носителя. [c.635]

Пептидный синтез становится трудоемкой и длительной операцией в том случае, когда целевой пептид велик. Образование каждой пептидной связи требует должным образом защищенной аминокислоты, проведения конденсации и снятия защитных групп. Несмотря на то, что больщое число последовательных стадий может быть модифицировано путем изменения общего плана синтеза (см. разд. 23.6.5), общее число дискретных химических операций в синтезе больших пептидных гормонов и небольших белков остается весьма значительным. Пептидный синтез предъявляет также значительные технические требования. Условия реакции требуют тщательного исследования и строгой оптимизации для того, чтобы обеспечить приемлемый выход и избежать побочных реакций. Выделение лабильных и труднодоступных продуктов реакции требует опыта и искусства экспериментатора. По этой причине в целом ряде схем Цредлагаются ускоренные синтетические методики, которые упрощают также многие обычные операции. Среди этих схем широкое распространение нашла методика твердофазного синтеза, разработанная Меррифилдом [106, 107]. [c.405]

Биохимия является в основном экспериментальной наукой. Она опирается на арсенал методов, созданных неорганической, органической, аналитической и физической химией. Однако многие из задач, с которыми сталкиваются биохимики, вследствие специфики изучаемых объектов требуют нетрадиционных подходов. В первую очередь это касается изучения биополимеров. Например, химический синтез белков представляет собой повторение десятки или даже сотни раз реакции образования пептидной связи с целью последовательного присоединения на каждой стадии к растущей полимерной цепи определенного аминокислотного остатка. Образование пептидных связей прекрасно отработано и с точки зрения классической органической химии не представляет ни трудности, ни интереса. Но необходимость проводить последовательно множество таких превращений без существенного уменьшения выхода, без повреждения уже созданной на предыдущих этапах синтеза полипептидной цепи ставит свои специфические проблемы, которые решаются оригинальными, разработанными именно для таких задач приемами. Венцом этих приемов является автоматический твердофазный синтез полипептидов. Столь же не традиционно выглядит задача устанобления химического строения биополимеров. Структуры отдельных мономерных звеньев как белков, так и нуклеиновых кислот давно установлены с использованием классических методов органической химии, и задача сводится к тому, чтобы для каждого конкретного биополимера определить, в каком порядке в изучаемой полимерной цепи располагаются разнотипные мономерные звенья. [c.10]

Синтез. Осуществление белкового синтеза химическим путем привлекало внимание многих исследователей. Метод твердофазного синтеза, разработанный Б. Меррифилдом, дал возможность получать достаточно большие полипептиды. Таким же способом был получен гормон инсулин, а его уже можно отнести к классу белков. В случае инсулина более трудной задачей было соединение двух полипептидных цепей в активную макромолекулу. К. Диксон и А. Уардлоу справились с этой задачей и положили основу химического синтеза белков. Однако несмотря на разработку автоматических синтезаторов, метод химического синтеза белков не получил щирокого распространения из-за наличия большого числа технических ограничений. В природе небольшие полипептиды синтезируются с помощью соответствующих ферментов, основная же масса белков образуется посредством матричного синтеза. [c.40]

С фиксированным на твердой матрице белком. Таким путем выделяли 8-пептид рибонуклеазы из суммарного препарата, полученного при твердофазном синтезе по Мерифилду [48]. [c.416]

Наряду с успехами в области химич. анализа первичной структуры Б. существенные достижения имеются в органич. синтезе полипептидов и Б. заданного строения. Синтетич. полипептиды-гормоны (в том числе 25-членный адренокортикотропиый гормон) широко применяют в качестве лечебных препаратов. Синте.зировац природный адренокортикотропиый гормон, состоящий из 39 аминокислотных остатков. Удалось сиите.зировать два белка инсулин и рибонуклеазу, в состав полипептидной цепи к-рой входят 124 остатка аминокислот. Заслуживает внимания твердофазный синтез, на основе к-рого можно автоматизировать процесс получения р,ан<е сравнительно крупных пептидов. [c.121]

Твердофазным методом получают пептиды для различных целей. Были синтезированы многие пептиды, встречающиеся в природе (см. приложение Г, стр. 169), а также их аналоги, с целью изучения зависимости между строением и функцией [47, 95, 128, 132, 135, 139]. Получены также пептиды для изучения иммуногенеза [9, 100] и физико-химических свойств [134]. Спорный вопрос относительно аминокислотной последовательности одного из белков также был решён твердофазным синтезом обеих возможных частичных последовательностей и сравнением их с природным соединением [144]. Несомненно, со временем станут возможными многие другие применения твердофазного синтеза. [c.23]

Ступенчатое наращивание пептида с применением второй фазы впервые проведено Меррифилдом на примере твердофазного пептидного синтеза (разд. 2.2.7.1). При реакциях в гетерогенной фазе вероятность встречи реагирующих партнеров гораздо ниже, чем в гомогенном растворе. Для получения высокой степени превращения требуется значительный избыток ацилирующего средства. Преимуществом этой стратегии является простота технических операций и связанная с этим возможность автоматизации. Трудные операции очистки промежуточных веществ традиционного синтеза заменяются простыми процессами фильтрования и промывания. Однако на этом пути однородный продукт синтеза получается только в том случае, если каждая реакция в гетерогенной фазе протекает практически количественно. Несмотря на большие избытки карбоксикомпонента, использование которых чревато опасностью N-ацилирования пептидной связи, полное превращение на каждой стадии в настоящее время недостижимо. На практике средний выход на одну стадию 95—99%, что недостаточно для синтеза длинных пептидов или белков. Средние выходы на одну стадию и полные выходы (в зависимости от длины цепи) приведены в табл. 2-10. Как показывает практика, короткоцепочечные пептиды или их аналоги длиной до -15 аминокислотных остатков могут быть получены твердофазным методом. Трудности при синтезе небольших белков наглядно демонстрируются данными табл. 2-10. Еще хуже сказывается накопление не- [c.214]

Кратко изложив стратегию и тактику пептидного синтеза, попробуем проанализировать его современное состояние. Методические возможности, которыми располагает исследователь, достаточны, чтобы осуществить синтез небольшого белка. Приведенные в табл. 2-9 данные пр твердофазному пептидному синтезу убедительно показывают, что относительно быстро можно построить длинные пептидные цепи. Но так как в результате получаются, как правило, только трудно или вообще неочищаемые продукты, этнм методом целесообразно синтезировать только короткие пептиды, а также аналоги и фрагменты с максимальным числом аминокислотных остатков от 10 до 15. [c.226]

Разработка твердофазного метода синтеза пептидов (см. гл. 23.6) привела к усовершенствованию некоторых стадий в процессе последовательной деградации. Так, стало чрезвычайно просто отделять 2-анилинотиазолиноны-5 от остального пептида или белка. После разработки автоматического секвинатора с использованием твердой фазы [20] появились промышленные приборы [c.267]

Основные научные работы — в области биохимии нуклеиновых кислот. До 1964 занимался синтезом физиологически активных гетероциклических соединений пиримидинового ряда. Разработал твердофазный метод химического фракционирования транспортных рибонуклеиновых кислот на полиакрил-гидразидных сорбентах. Создал комплекс методов ультрамикро-биохимического анализа, позволяющий проводить исследование нуклеиновых кислот, белков и ферментов в масштабе отдельной клетки. Занимался изучением транспорта нуклеиновых кислот на модели гигантской одноклеточной водоросли — ацетобулярии и показал, что транспорт кислот не коррелирует с полярным ростом клетки (1973—1974), Осуществил сборку жизнеспособной клетки из отдельных компонентов — цитоплазмы, ядра и клеточной стенки, С 1974 занимается синтезом химических эквивалентов структурных генов белков и их встройкой а [c.613]

Однако твердофазный пептидный синтез, как бы эффективен ни б ь1л этот метод, не может автоматически гарантировать удовлетворительный результат любого предпринятого синтеза. Методы, которые обычно обеспечивают полноту протекания реакции пептидообразования, могут оказаться непригодными для нового класса пептидов или для высокомолекулярных пептидов и белков, в которых могут проявиться особенности их вторичной структуры. Каждый исследователь обязан доказать однозначными мето- [c.158]

При твердофазном обогащении грибным белком растительных отходов к субстрату, как правило, добавляют дополнительные источники азотного питания, чтобы обеспечить необходимый уровень синтеза протеина. Однако, как уже упоминалось, повышенные концентрации азота во многих случаях вызывают преимущественную утилизацию клетчатки и ингибируют деградацию лигнина, что снижает переваримость конечного продукта. Таким образом, появляется возможность получения продукта с достаточно высоким содержанием белка, но обладающего низкой переваримостью. К сожалению, в большинстве работ, посвященных обогащению грибным белком лигноцеллюлозных субстратов, результаты определения переваримости конечного продукта не приводятся. Вместе с тем многие исследователи отмечают приблизительно пропорциональное снижение концентрации клетчатки и лигнина в конечном продукте и увеличение содержания в нем свободных углеводов, что косвенно свидетельствует об увеличении его переваримости (Капич и др., 1984). [c.125]

Еще один важнейший аспект получения белков для практических целей был обозначен акад. А. С. Спириным в докладе на юбилейной сессии Академии наук СССР (март 1987 г.). Он сводится к преодолению клеточного уровня биосинтеза белков и переходу к масштабированному их синтезу в бесклеточных системах трансляции непрерывного действия, работающих в проточном режиме. Это откроет возможность получать биологически значимые белки (интерферон, инсулин, ах-антитрипсин) и пептиды медицинского назначения, позволит конструировать и производить белки с любыми заданными свойствами, поднимет на новый уровень изучение закономерностей химической коэволюции белков и нуклеиновых кислот. Решающую роль здесь играет наработка необходимых количеств соответствующих мРНК в системах, содержащих РНК-зависимую РНК-полимеразу типа репликазы фага Qp. Уже создана и опробована на РНК-4 вируса мозаики костра, РНК фага М82 и мРНК кальцитонина установка для твердофазной трансляции типа реактора непрерывного действия. Указанные работы по внеклеточному синтезу белка ведутся в рамках Государственной научно-технической программы Новейшие методы биоинженерии . Уже сегодня в лабораторных условиях на небольших биореакторах этим методом можно получать достаточное для дальнейших исследований количество пептидных гормонов, антигенов для диагностических целей, белковых токсинов и антитоксинов, антивирусных защитных белков, некоторых ферментов. Революция в молекулярной биологии и биотехнологии продолжается. [c.305]