Номер 162, страница 183 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.162. Можно ли химическими методами синтезировать пептид с заданной аминокислотной последовательностью?

Да, химическими методами можно синтезировать пептид с заданной аминокислотной последовательностью. Эта задача является одной из фундаментальных в биоорганической химии и была успешно решена в середине XX века. Современные методики позволяют синтезировать не только короткие пептиды, но и целые белковые молекулы.

Основная сложность синтеза заключается в том, что аминокислоты являются бифункциональными соединениями, так как содержат как минимум две реакционноспособные группы: аминогруппу ($–NH_2$) и карбоксильную группу ($–COOH$). Если просто смешать две разные аминокислоты и попытаться создать между ними пептидную связь, то реакция пойдет неконтролируемо. Например, при конденсации аланина (Ала) и глицина (Гли) образуется сложная смесь продуктов: Ала-Гли, Гли-Ала, Ала-Ала, Гли-Гли, а также более длинные полимеры.

Для того чтобы реакция шла направленно и аминокислоты соединялись в строго определенном порядке, используется принцип защиты функциональных групп. Его суть заключается в следующем:

1. У аминокислоты, которая должна стать N-концевой в будущем дипептиде, временно блокируют (защищают) аминогруппу.
2. У второй аминокислоты (С-концевой) активируют карбоксильную группу для облегчения образования пептидной связи.
3. Проводят реакцию конденсации: защищенная аминокислота реагирует своей свободной карбоксильной группой со свободной аминогруппой второй аминокислоты.
4. После образования пептидной связи защитную группу с N-конца снимают, что позволяет присоединять следующую аминокислоту.

Наиболее эффективным и широко используемым методом является твердофазный пептидный синтез (ТФПС), разработанный Р.Б. Меррифилдом (Нобелевская премия 1984 г.). В этом методе растущая пептидная цепь ковалентно связана с нерастворимым полимерным носителем (смолой), что значительно упрощает очистку продукта на каждой стадии — достаточно просто промыть смолу от избытка реагентов и побочных продуктов.

Процесс синтеза по методу Меррифилда (в наиболее распространенном Fmoc-варианте) выглядит так:

• Закрепление. Первая аминокислота (которая будет С-концевой в готовом пептиде) своей карбоксильной группой прикрепляется к смоле. Ее α-аминогруппа защищена временной защитной группой, чаще всего Fmoc (флуоренилметилоксикарбонильной).
• Снятие защиты (депротектирование). Защитная Fmoc-группа удаляется с помощью слабого основания (например, пиперидина), освобождая α-аминогруппу для следующей реакции.
• Конденсация (присоединение). Добавляется следующая аминокислота (с защищенной аминогруппой и активированной карбоксильной группой). Она реагирует со свободной аминогруппой на носителе, образуя новую пептидную связь.
• Повторение цикла. Стадии снятия защиты и конденсации циклически повторяются, последовательно наращивая пептидную цепь в соответствии с заданной последовательностью.
• Отщепление. После присоединения последней аминокислоты готовую пептидную цепь отщепляют от смолы и одновременно удаляют все постоянные защитные группы (с боковых радикалов аминокислот) действием сильной кислоты (например, трифторуксусной).

Этот подход позволяет автоматизировать процесс синтеза и получать с высокой эффективностью пептиды длиной до 50-100 аминокислотных остатков.

Ответ: Да, возможно. Современная химия располагает эффективными методами, в первую очередь твердофазным пептидным синтезом, которые позволяют направленно и с высокой точностью синтезировать пептиды с любой заданной аминокислотной последовательностью.