Эта увлекательная химия

Зададимся целью синтезировать искусственно один из самых простых белков — инсулин. Как мы уже говорили, молекула инсулина состоит из двух цепей А и В. Очевидно, нужно получить отдельно обе цепи, а затем соединить их. Итак, синтез цепи В молекулы инсулина. Будем проводить его с С-конца цепи. Первая аминокислота — аланин. В первую очередь возьмем основу, к которой будем постепенно, кислоту за кислотой, приращивать инсулиновую цепь. В качестве такой основы можно брать ионообменные смолы, полистирол. Прикрепим к основе через карбоксильную группу первую аминокислоту — аланин.

Итак, аланин карбоксильной группой зацепился за смолу, но аминогруппа у него свободна. Теперь к этой аминогруппе надо прикрепить через карбоксильную группу следующую аминокислоту — лизин. Как это сделать? Хороший способ получения амидной связи между карбоксилом и аминогруппой — ацилирование последней хлорангидридом кислоты. При этом выделяется хлористый водород:

Так и поступим. Возьмем хлорангидрид лизина g подействуем им на... Стоп! Ничего хорошего не получится. Дело в том, что в самом лизине есть аминогруппа, и не понятно, почему хлорангидрид лизина должен взаимодействовать лишь с аминогруппой первой аминокислоты (аланина), а не даст полиамид лизина.

Как же быть? Чтобы выйти из положения, нужно защитить аминогруппу лизина от действия хлор-ангидридов. Для этого ее ацилируют ангидридом трифторуксусной кислоты. Почему именно трифтор-уксусной, а не просто уксусной, почему аминогруппу нельзя просто проацетилировать, т. е. защитить группой СОСН₃? Оказывается, ацетильная группа "держится" за аминогруппу прочно, а наша цель — посадить ее "на время". Трифторацетил же' потом легко будет "снять", не разрушая образовавшегося пептида.

Значит, следующая стадия заключается в ацилировании по аминогруппе "привязанного" к смоле аланина хлорангидридом трифторацетилированного (тоже по аминогруппе) лизина. В случае лизина дело осложняется еще присутствием второй аминогруппы, но ее можно защитить какой-то группой X, которая не отщепляется с нее во время синтеза и удаляется только в самом конце.

В результате мы получаем дипептид с защищенной аминогруппой. Теперь аминогруппу надо освободить. Защиту снимаем, действуя слабым раствором щелочи, и получаем свободную аминогруппу, способную принять следующую аминокислоту — пролин.

Очередная стадия теперь уже понятна читателю — действуем на пептид хлорангидридом трифторацетилированного пролина. Потом снимаем защитную группу, действуем хлорангидридом трифторацетилированного треонина, и так далее, пока не построим всю цепь из 30-ти аминокислот. Присоединяем последнюю кислоту — фенилаланин, снимаем защитную группу и, действуя кислотой, отсоединяем готовую цепь от смолы.

Таким же образом синтезируем вторую цепь, соединяем обе цепи, и искусственный инсулин готов! Не так просто и не так быстро, не правда ли? Да? работа требует терпения и времени.

Первичная структура белка фермента рибонуклеазы

Тем не менее в 1968 г. Мэрифилду удалось синтезировать сравнительно сложный белок — фермент рибонуклеазу. Он состоит из 124 аминокислот. Этот синтез включал 11931 стадию (подобных тем, что мы только что разобрали), он был проведен всего за три недели.

Молекула белка в пространстве

Присмотримся внимательно к формулам природных аминокислот (см. с. 76). У них много общего. Во-первых, во всех кислотах аминогруппа находится по отношению к карбоксилу в a-положении (т. е. разделены они только одним атомом углерода, к которому и прикреплены все остальные группировки). И второе — у всех аминокислот группы вокруг асимметрического атома углерода расположены одинаковым образом (L-конфигурация). Оба эти свойства структуры очень важны: только в этом случае полимерные молекулы, построенные из самых различных аминокислот (чередующихся притом самым причудливым образом), могут образовывать характерную для белков упорядоченную структуру. Эта структура- а-спираль, открытая Полингом и Кори в 1939 г., показана на рисунке. Молекулы белков укладываются в спирали так, что атомы углерода с карбонильным кислородом, асимметрические атомы углерода и атомы азота образуют остов этой спирали, а все остальные группы торчат в стороны от такого цилиндра.

α-Спираль — одна из возможных вторичных структур белковой молекулы. На один виток спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка. Длина такого витка 0,54 нм

Между кислородом карбонильной группы и водородом аминогруппы возникает особая связь, называемая водородной. Эта связь гораздо слабее обычной химической связи, и одну водородную связь легко порвать. Но вдоль белковой цепи таких водородных связей десятки и сотни. Именно поэтому разрушить спиральную структуру белка не так-то легко.