В качестве группы Z2 используют эфирные группы, которые стабильны в кислой среде в условиях проведения синтеза и могут быть селективно удалены мягкой щелочной обработкой.

Специфической особенностью полипептидного синтеза является огромное число идентичных стадий, которые необходимо проводить на каждом этапе: образование новой пептидной связи, удаление защитной группы для подготовки к следующей стадии элонгации (удлинения) цепи и промежуточные отмывки от избытка реагентов и побочных продуктов после каждого химического превращения. метод, разработанный Р.Меррифилдом, дал возможность автоматизировать этот процесс и снизить механические потери. Согласно этому методу, первый мономер во вновь строящейся цепи синтезируемого полипептида ковалентно связывается с нерастворимым носителем (смолой - сополимер стиролдивинилбензола) и все последующие стадии проводятся с полипептидом, растущим на этой смоле. Этот метод известен как твердофазный синтез полипептидов. К смоле попеременно добавляют очередной синтон (мономер, содержащий набор защитных групп и в ряде случаев активированные остатки) и реагент для удаления концевой защитной группы (обычно в остаток). Химические стадии сопровождаются соответствующими промывками. В течение всего процесса пептид остается связанным со смолой. Поместив в колонку смолу, с которой связан синтезируемый полипептид, можно легко автоматизировать процесс, запрограммировав смену потоков через колонку: синтон (мономер) - растворитель - смесь для удаления защиты - растворитель и т.д. разработаны специальные приборы для автоматизированного полипептидного синтеза. Применение такого прибора позволяет получить такие сложные полипептиды, как 99-членный полипептид - протеазу, кодированную ВИЧ-1. Эта протеаза нужна для протеолитического разрезания больших полипептидов, образовавшихся при трансляции (белковом синтезе) вирусных и-РНК. Огромный интерес к этой протеазе обусловлен надеждой найти специфические ингибиторы замедляющие работу этого фермента и следовательно предотвратить образование вирусных частиц. Для синтеза приведенной выше протеазы на автоматическом пептидном синтезаторе “Applied Biosystem” потребовалось около 200 химических процедур, не считая промывок, предшествующих каждой смене реагента. На завершающей стадии защищенный полипептид, ковалентно связанный со смолой, снимается с нее и защитные группы удаляются соответствующими обработками.

Глава 9. Биологические функции белков

Функции белков чрезвычайно многообразны. Каждый данный белок как вещество с определенным химическим строением выполняет одну узкоспециализированную функцию и лишь в нескольких отдельных случаях – несколько взаимосвязанных. Например, гормон мозгового слоя надпочечников адреналин, поступая в кровь, повышает потребление кислорода и артериальное давление, содержание сахара в крови, стимулирует обмен веществ, а также является медиатором нервной системы у холоднокровных животных.

1) Каталитическая (ферментативная) функция:

Многочисленные биохимические реакции в живых ганизмах протекают в мягких условиях при температурах, близких к 40°С, и значениях рН близких к нейтральным. В этих условиях скорости протекания большинства реакций ничтожно малы, поэтому для их приемлемого осуществления необходимы специальные биологические катализаторы – ферменты. Даже такая простая реакция, как дегидратация угольной к-ты:

CO2 + H2O HCO3-+ H+

катализируется ферментом карбоангидразой. Вообще все реакции, за исключением реакции фотолиза воды 2H2O®4H+ + 4e- + O2, в живых организмах катализируются ферментами. Как правило, ферменты – это либо белки, либо комплексы белков с каким-либо кофактором – ионом металла или специальной органической молекулой. Ферменты обладают высокой, иногда уникальной, избирательностью действия. Например, ферменты, катализирующие присоединение a-аминокислот к соответствующим т-РНК в процессе биосинтеза белка, катализируют присоединение только L-аминокислот и не катализируют присоединение D-аминокислот.

2) Транспортная функция белков:

Внутрь клетки должны поступать многочисленные вещества, обеспечивающие ее строительным материалом и энергией. В то же время все биологические мембраны построены по единому принципу – двойной слой липидов, в который погружены различные белки, причем гидрофильные участки макромолекул сосредоточены на поверхности мембран, а гидрофобные “хвосты” – в толще мембраны. Такая структура непроницаема для таких важных компонентов, как сахара, аминокислоты, ионы щелочных металлов. Их проникновение внутрь клетки осуществляется с помощью специальных транспортных белков, вмонтированных в мембрану клеток. Например, у бактерий имеется специальный белок, обеспечивающий перенос через наружную мембрану молочного сахара – лактозы. Лактоза по международной номенклатуре обозначается b-галаткозид, поэтому транспортный белок называют b-галактозидпермеазой.

Важным примером транспорта веществ через биологические мембраны против градиента концентрации является Na-K-ый насос. В ходе его работы происходит перенос трех положительных ионов Na+ из клетки на каждые два положительных иона K+ в клетку. Эта работа сопровождается накоплением электрической разности потенциалов на мембране клетки. При этом расщепляется АТФ, давая энергию. Молекулярная основа натрий-калиевого насоса была открыта недавно, это оказался фермент, расщепляющий АТФ, – натрий-калийзависимая АТФ-аза. Насос действует по принципу открывающихся и закрывающихся каналов. Связывание молекул “канального” белка с ионом натрия приводит к нарушению системы водородных связей, в результате чего меняется его конформация. Обычная a-спираль, в которой на каждый виток приходится по 3,6 аминокислотного остатка, переходит в более “рыхлую” p-спираль (4,4 аминокислотного остатка). В результате образуется внутренняя полость, достаточная для прохождения иона натрия, но слишком узкая для иона калия. После прохождения Na+ p-спираль переходит в туго свернутую 310-спираль (на один виток 3 аминокислотных остатка, а водородная связь – у каждого 10-го атома). При этом натриевый канал закрывается, а стенки соседнего калиевого канала расширяются, ионы калия проходят по ним в клетку. Натрий-калиевый насос работает по принципу перистальтического насоса (напоминает продвижение пищевого комка по кишечнику), принцип действия которого основан на переменном сжатии и расширении эластичных труб.

У многоклеточных организмов существует система транспорта веществ от одних органов к другим. В первую очередь это уже упоминавшийся в гл.6 (стр.26) гемоглобин. Кроме того, в плазме крови постоянно находится транспортный белок – сывороточный альбумин. Этот белок обладает уникальной способностью образовывать прочный комплексы с жирными кислотами, образующимися при переваривании жиров, с некоторыми гидрофобными аминокислотами (например, с триптофаном), со стероидными гормонами, а также со многими лекарственными препаратами, такими, как аспирин, сульфаниламиды, некоторые пенициллины. В качестве еще одного распространенного примера белка-переносчика можно привести трансферрин (обеспечивает перенос ионов железа) и церуплазмин (переносчик ионов меди).