42

CH2=CH-CN + CO + H2

kat,

H

C -CH2-CH2-CN

HCN, NH3

O

CN

CH-CH2-CH2-CN

1. NaOH,

HOOC-CH-CH2-CH2-COOH

2. HCl

NH

NH2

2

Глютамінова кислота

Вихідною

речовиною

для

синтезу

є

, акрилонітрилякий

гідрокарбонілюють

за

наявності

каталізаторів, одержуючи альдегід з

ціаногрупою.

Друга

стадія – реакція

Штреккера

з наступним

омиленням

одержаного

динітрилу.

При

лужному

гідролізі

одержують

сумішD- та

L-глютаматів

натрію.

Розділення рацемату

на

індивідуальні

енантіомери

здійснюють кристалізацією розчину за наявності L-глютамінової кислоти. (При цьому L-форма солі випадає в осад).

6.2. Пептиди

Ряд олігомерів α-амінокислот застосовується в медичній практиці. Серед них цукрозамінник аспартам, що містить в своєму складі дві протеїногенні

амінокислоти		– аспарагінову	та фенілаланін(метиловий		естер L-аспарагіл-
L- фенілаланіну). Вперше він був синтезований засновником російської школи
білку	В.М.	Степановим	біокаталітичним	методом	1965у	році.	Цей
малокалорійний цукрозамінник застосовують для хворих					на діабет. Він		у 200

разів солодший за сахарозу.

Одержують

аспартам синтетичним або мікробіологічним :шляхом

конденсують аспарагін та метиловий естер фенілаланіну:

O

C

CH CH

O

+ H N

CH C

O

Enz O

O

O

C

C

CH2

CH

C

NH CH C

H2N

2

2

O-CH

NH2 OH

CH2

O-CH3

3

HO

NH2

CH2

		Аспартам
Не	можна оминути	також ендогенні олігопептиди, тому	що ряд
олігомерів	α-амінокислот має дуже важливе значення у		життєдіяльності
організму.	Утворення пептидів	в організмі відбувається протягом	декількох

хвилин, а хімічний синтез в умовах лабораторії – досить тривалий процес, який може займати кілька днів, а розробка технології синтезу – кілька років. Однак, незважаючи на це, існують досить вагомі аргументи на користь проведення робіт з синтезу аналогів природних пептидів. По-перше, шляхом хімічної модифікації пептидів можливо підтвердити гіпотезу первинної структури.

43

Амінокислотні послідовності деяких гормонів стали відомі саме завдяки синтезу їх аналогів в лабораторії. По-друге, синтетичні пептиди дозволяють детальніше вивчити зв'язок між структурою амінокислотної послідовності та її активністю. Для з'ясування зв'язку між конкретною структурою пептиду та його біологічною активністю була проведена величезна робота по синтезу не однієї тисячі аналогів. В результаті вдалося з'ясувати, що заміна лише однієї

амінокислоти		в	структурі		пептиду	здатна в кілька разів збільшити його
біологічну	активність			або	змінити її спрямованість. А зміна				довжини
амінокислотної послідовності допомагає визначити розташування активних
центрів	пептиду		та	ділянки		рецепторної	взаєм. По-діїтретє, завдяки
модифікації вихідної амінокислотної послідовності, з'явилася можливість
отримувати фармакологічні препарати. Створення аналогів природних пептидів
дозволяє	виявити більш«ефективні»					конфігурації	молекул,	які посилюють
біологічну	дію	або роблять			її більш	тривалою. По-четверте,		хімічний	синтез

пептидів економічно вигідний. Більшість терапевтичних препаратів коштували б у десятки разів більше, якби були зроблені на основі природного продукту.

Успіхи синтетичної хімії пептидів були підготовлені досягненнями в області розробки таких методів розділення, очищення та аналізу пептидів, як іонообмінна хроматографія, електрофорез на різних носіях, гель-фільтрація, високоефективна рідинна хроматографія та . інВеликий розвиток отримали

також методи	аналізу кінцевих груп	і методи	ступеневого розщеплення
пептидів. Були,	зокрема, створені автоматичні амінокислотні аналізатори та
автоматичні прилади для визначення первинної структури пептидів.
Хімічний	синтез пептидів полягає	у створенні	пептидного зв'язку між

групою -COOH однієї амінокислоти і -NH2 іншої амінокислоти або пептиду. У відповідності з цим, в реакціях пептидного синтезу розрізняють карбоксильну та амінну компоненти. Утворення пептидного зв’язку проходить за механізмом нуклеофільного заміщення. Внаслідок спряження гіроксигрупи з карбонільною,

електрофільність карбоксигрупи невисока, тому в реакціях					її необхідно
активувати, переводячи	в	ангідрид	або	хлорангідрид. Для	проведення

цілеспрямованого контрольованого синтезу пептидів попередньо проводять тимчасовий захист тих функціональних груп, які не беруть участь в утворенні пептидного зв'язку. Після закінчення синтезу захисні групи видаляють. При отриманні біологічно активних пептидів необхідною умовою є запобігання

рацемізації амінокислот на всіх етапах							пептидного синтезу. В		загальному
вигляді цю схему можна представити:
R-OCO-CH-NH2 + YOC					CH-NHX		R-OCO-CH-NH-CO-CH-NHX
						-HY
	R1			R2			R1		R2

R – захисна група для карбоксильної компоненти (С-захисна);

Х– захисна група для амінної компоненти (N-захисна).

Зодержанням нових знань у цій галузі все більшу кількість таких сполук

застосовують

в

медичній

практиці. Наприклад, природний

антибіотик

										44
граміцидин S, що має бактерицидну дію, окситоцин, інсулін, вазопресин та інші
препарати , що мають гормональну дію.
Граміцидин S – природний антибіотик, котрий є циклічним декапептидом
амінокислот: [L-лейцил-D-фенілаланіл-L-проліл-L-валіл-L-орнітил-L-лейцил-
D-фенілаланіл-L-проліл-L-валіл-L-орнітил) або (L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val-L-
Orn)2]. Цей антибактеріальний препарат застосовують для лікування ран, опіків,
запальних процесів. Відзначимо цікавий факт, що стосується цієї сполуки, –
наявність фенілаланін уD-формі. Проте, це не єдиний випадок у природі.
Останнім часом знайшли й інші природні пептиди, що містять D-амінокислоти.
З'ясувалось, що такі пептиди більш стійкі до гідролітичної дії протеаз. Це
дозволяє створювати пептидні ЛЗ пролонгованої дії.
За останні 30		років одержано			та	охарактеризовано			велику кількість
ендогенних	пептидів.		Так, з’ясовано,		що	сон	викликає«пептид			сну» –
нонапептид Trp-Ala-Gly-Gly-Asp-Ala-Ser-Gly-Glu. Велика								кількість		гормонів
також мають пептидну будову. Їх виробляють залози внутрішньої секреції.
Впливаючи на органи й тканини, гормони синхронізують і координують їх
різноманітні функції.
Російськими		вченими		було	створено		новий	клас–		пептидніЛП
регулятори – речовини, що здатні відновлювати метаболізм у клітинах тих
тканин, з яких вони одержані. Важлива відмінність цих засобів від інших ліків
полягає у тому, що вони саме регулюють функцію клітин. При пригніченні
функцій клітини вони стимулюють її, а при підвищеній функції – знижують до
оптимального	рівня.		Вказані	речовини		є	лужними		поліпептидами		з
молекулярною вагою від1 тис. до 10 тис. Їх одержують з різних тканин за
допомогою методу кислотної екстракції. Це такі пептидні препарати як
імуномодулятор тималін, епіталамін (біорегулятор нейроендокринної системи),
сампрост (препарат		для лікування хвороб				передміхурової залози), кортексин

(препарат для лікування неврологічних хвороб), тощо.

Одним з найважливіших гормонів пептидної природи є інсулін. Нестача інсуліну в організмі викликає цукровий діабет– порушення вуглеводневого обміну з підвищеним рівнем глюкози в крові. Захворювання характеризується хронічним перебігом з порушенням усіх видів обміну речовин: вуглеводного, жирового, білкового, мінерального та водно-сольового. На даний час кількість хворих на цукровий діабет у світі складає більше200 млн. чоловік, в тому числі, в Україні нараховується більше 1 млн.

Інсулін вперше був одержаний канадським хірургом Ф. Бантінгом та його асистентом студентом-медиком У. Бестом в лабораторії фізіології професора Д. Маклеода в Торонто в1921 році. Перша ін’єкція отриманого ними інсуліну виявила суттєву цукрознижуючу дію препарату. У 1923 році Ф. Бантінгу і Д. Маклеоду було присуджено Нобелівську премію за розробку метода одержання інсуліну та впровадження його в практику. Того ж року в Харківському органотерапевтичному інституті вперше в СРСР був отриманий вітчизняний інсулін у лабораторії професора П.Л. Ейнгорна. В інституті був налагоджений випуск інсуліну, який забезпечував потреби всієї країни і навіть експортувався за кордон.

45

У 1926 році Дж. Абелем був отриманий інсулін у кристалічному вигляді, що дало можливість покращити чистоту препарату та урізноманітнити форми

його застосування. А в 1950 році був	розроблений хроматографічний	метод
очищення інсуліну, за допомогою	якого вдалося одержувати	монопікові
інсуліни.

У 1953 році англійським хіміком, двічі лауреатом Нобелівської премії Ф.

Сенджером було доведено, що молекула інсуліну	складається з двох
амінокислотних ланцюгів А і В. Ланцюг А містить 21 амінокислоту, а ланцюг В
– 30 амінокислот, зв’язаних між собою дисульфідним містком, при руйнуванні
якого зникає біологічна дія інсуліну.
Просторова будова інсуліну з точністю 2,8доǺ	була доведена . Д

Ходжкін, що дало можливість виділити просторові ділянки молекули інсуліну, які визначають його біологічну дію. Ці роботи стали поштовхом для розробки синтетичних та напівсинтетичних методів синтезу інсуліну.

У1963 році .Р Меррифілдом на основі концепції твердофазного пептидного синтезу були створені автоматичні установки для хімічного синтезу пептидів. Це дозволило одержати синтетичний інсулін та деякі ферменти.

У1981 році почався випуск людського напівсинтетичного інсуліну модифікацією свинячого інсуліну шляхом заміни аланіну 30в-у положенні

В-ланцюга	на	треонін. В	результаті	такої	ферментативно-хімічної
трансформації можна одержати інсулін ідентичний людському.
Альтернативою		даного	методу	став	біосинтетичний	спосіб
використанням рекомбінантної ДНК. Слід зазначити, що біосинтетичний генно-
інженерний метод до нашого часу є основним у виробництві інсуліну.
XX	ст. відзначається		значною	кількістю	дослідницькихробіт,

присвячених вивченню будови, фізіологічної активності та пошуків шляхів синтезу різноманітних ендогенних пептидів. Набуті знання вже застосовані у практику при розробці нових ЛЗ .

Гормональні олігопептиди ангіотензини І і ІІ(підвищують тиск), а також брадикінін (знижує тиск) є важливими регуляторами кров'яного тиску.

Asp-Arg-Val-Tir-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu – ангіотензин I;

Asp-Arg-Val-Tir-Ile-His-Pro-Phe – ангіотензин II;

Met-Lys-Arg-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg – брадикінін.

ЛЗ, що застосовують для лікування гіпертонії, наприклад, анаприлін та каптоприл, (див. розд. 8.2.2.) мають наступну дію: вони блокують фермент, що сприяє перетворенню ангіотензину I в ангіотензин IІ.

Ще два дуже важливі гормональні препарати пептидної природи– вазопресин та окситоцин.

У 1953 році американський дослідник В. дю Віньо спільно зі своїми співробітниками встановив будову окситоцину– циклічного поліпептиду. Серед природних сполук подібні циклічні структури раніше відомими не були. Вже в наступному році вчений здійснив синтез цього гормону. Це був перший приклад синтетичного одержання поліпептидного гормону в умовах in vitro.

46

Asn

H2N

Glu

Cys

Pro

Leu

Gly

NH2

S

S

Ile

Cys

Tyr

Окситоцин

Основний фізіологічний ефект окситоцину – стимуляція гладких м’язових волокон молочних залоз та матки. Протидіє оситоцину гормон прогестерон, а пригнічує його секрецію адреналін. Вирішальну роль у виявленні біологічної

активності окситоцину відіграють залишкиLeu та Ile. Заміна	аміногрупи на
атом Гідрогену збільшує біологічну активність пептиду, а	заміна атомів
Сульфуру в дисульфідному містку на метиленові групи не змінює активності.

Вазопресин – ще один з пептидних гормонів. Він знижує тиск, впливаючи на кровоносні судини, та виявляє антидіуретичну дію. Вазопресин складається з 9 амінокислот:

Asn

Cys Pro Lys Gly NH2 H2N Glu

S

S

Phe Cys

Tyr

Вазопресин

Під час роботи над синтезом окситоцину .Вдю Віньо визначив також і структуру вазопресину. Дослідник з’ясував, що у більшості савців присутній аргініновий вазопресин. Він дуже схожий на окситоцин, має таку саму циклічну структуру, проте має дві амінокислотних заміни: ізолейцин замінений на фенілаланін, а лейцин замінений аргініном. У деяких інших тварин(зокрема у свиней) цей гормон містить лізин замість аргініна(його називають лізиновий вазопресин).

Відкриття дю Віньо, що стосуються окситоцину та вазопресину, мали фундаментальне значення. Вперше було продемонстровано, що заміна певних амінокислотних залишків або їх послідовності у ланцюжку фізіологічно– активного пептиду, може викликати зміни у його біологічної активності. У 1955 році дослідник одержав Нобелівську премію «виділенняза, структурну ідентифікацію та загальний синтез циклічного пептиду окситоцину».

Крім синтетичних, все більшого значення набуваютьметоди контрольованого ферментативного синтезу пептидів. Вони засновані на здатності протеолітичних ферментів в певних умовах (підбір розчинника, рН та

47

інших умов) каталізувати синтез пептидного зв'язку з більшою швидкістю, ніж

їїгідроліз.

6.3.Похідні β-амінокислот. Пантотенова кислота (вітамін В5)

Для отримання амінокислот з іншим положеннямаміногрупи використовують загальновживані синтетичні методи: приєднання аміаку до ненасичених кислот, конденсацію альдегідів з малоновою кислотою за наявності спиртового розчину аміаку, відновлення ціанозаміщених кислот, оксимів або гідразонів відповідних альдегідо- і кетокислот, тощо. Наприклад, β-аланін одержують шляхом приєднання аміаку до акрилонітрилу з подальшим омиленням проміжного пропіонітрила:

					NH3				H2O
CH2		CH		CN				H2N-CH2-CH2-CN
										H2N-CH2-CH2-COOH
		Вітамін В5				(пантотенова кислота)			містить фрагмент β-аланіну
(3-амінопропіонової							кислоти). Пантотенова		кислота одержала назву від

грецького «усюди», бо вона дуже розповсюджена. Потрапляючи в організм, пантотенова кислота перетворюється на пантетин, який входить до складу коферменту А, що є переносником ацильних груп в біореакціях.

Промисловий синтез вітамінуВ5 (у вигляді кальцієвої солі) здійснюють конденсацією β-аланіну з2,4-дигідрокси-3,3-диметилбутановою кислотою (пантовою кислотою) за наявності оксиду кальцію та диметиламіну:

CH3

CaO, (C2H5)2NH

HO CH2 C CH COOH

+

NH2-CH2-CH2-COOH

OH

CH3

CH3

O

NH-CH -CH -COO -

HO

CH

CH

1/2Ca2+

C

C

2

2

2

CH3

OH

Вітамін В5 (пантотенова кислота)

	Пантову кислоту, в свою чергу, одержують за наступною схемою: на
першій стадії відбувається окиснення ізо-бутанолу у відповідний альдегід, який
на	наступній	стадії	вступає	в	реакцію	гідроксикарбонілювання
формальдегідом (за наявності карбонату калію). Одержаний альдегідоспирт
перетворюють на ціангідрин під дією ціаністого						. каліюВсвою чергу,
ціангідрин легко циклізується, утворюючи пантолактон.						При кислотному
гідролізі пантолактону утворюється пантова кислота.