Чтобы понять, как можно подойти к химическому синтезу белков, рассмотрим сначала, как синтезируются пептиды. Пептиды можно считать простыми моделями белка; они состоят из тех же элементов (хотя и из меньшего их числа), связанных между собой таким же способом. Связь между аминокислотными мономерами называют пептидной связью; цепочка таких связей образует «остов» пептидов и белков. Образование этих связей составляет основу синтеза пептидов и служит первым шагом в синтезе белка.
У белков, кроме того, еще имеются вторичные и третичные связи, дополнительно скрепляющие разные участки пептидной цепи и определяющие ее возможные изгибы, — в результате создается пространственная конфигурация белковой молекулы. Так как пептиды короче и не имеют этих добавочных связей, с ними гораздо проще работать. Именно работа с пептидами позволила разработать приемы, которые составляют методическую основу синтеза белка.
Аминокислоты содержат различные реакционноспособные группы. Это прежде всего аминогруппы (NH2), далее карбоксильные группы (СООН), а часто и другие группы (смотрите рисунок ниже).
Аминокислота (а) содержит аминогруппу (NH2) и карбоксильную группу (СООН),
которые соединены друг с другом через атом углерода, несущий боковую цепь (R)
Образование пептидной связи (б) происходит между карбоксильным и аминным концом двух аминокислот и сопровождается удалением одной молекулы воды. Последовательность аминокислот, связанных между собой пептидными связями, образует первичную структуру («остов») пептидов и белков (в).
В общем случае, для того что бы получить чистый продукт известной структуры, нужно оставить свободной только одну группу, а остальные защитить от возможного участия в химических реакциях. Даже для того чтобы получить самую простую цепочку, состоящую всего из двух аминокислот (дипептид), нужно заблокировать основную аминогруппу одной аминокислоты и кислую карбоксильную группу другой аминокислоты. Затем уже можно активировать карбоксильную группу первой аминокислоты, иными словами, повысить ее энергетический уровень; тогда она соединится со свободной аминогруппой второй аминокислоты, и в результате образуется пептидная связь.
Рассмотрим теперь, как можно удлинить цепь и получить пептиды большего размера. Если используется метод фрагментов, то сначала получают короткие пептидные цепи, которые потом объединяются в одну более крупную молекулу. Существует еще ступенчатый метод: аминокислоты присоединяют по очереди, одну за другой, пока не будет построена вся молекула. (И в том и в другом случае аминокислоты в принципе можно добавлять к любому концу цепи, но на практике приходится сталкиваться с некоторыми ограничениями.)
«Молекулы и клетки», под ред. акад. Г.М.Франка