Химики научились легко получать макроциклы из пептидов

Химики из США разработали эффективный метод циклизации пептидов. Цепочки из аминокислот собирались в цикл за несколько минут при комнатной температуре, причем побочные реакции в большинстве случаев не протекали, как это обычно происходит при макроциклизациях. Исследование опубликовано в Journal of the American Chemical Society.

Реакции макроциклизации — то есть химические превращения, в результате которых образуются длинные циклические цепочки из атомов — редко протекают селективно и с высокими выходами. Поэтому химики пытаются разработать методы быстрого и селективного синтеза макроциклов, в частности, циклических пептидов. Эти молекулы часто обладают биологической активностью, а на их основе делают медицинские препараты.

Моника Радж (Monika Raj) с коллегами из Университета Эмори решила применить уже известное превращение вторичных аминов и диазониевых солей в триазены для синтеза циклических пептидов. В результате этой реакции образуется ненасыщенный фрагмент из трех связанных друг с другом атомов азота. И молекулы, которые содержат такой фрагмент, часто оказываются окрашенными. Ученые предположили, что характеристическая окраска продуктов реакции сможет упростить ее изучение и дальнейшие исследования биологической активности.

Сначала химики выбрали p-аминофенилаланин как коммерчески доступный исходник с ароматической аминогруппой, из которой можно получать диазониевую соль под действием нитрита натрия в соляной кислоте. А затем они проверили реакцию циклизации на пептиде с последовательностью аминокислот PGRGWADGA(pAF) (pAF — парааминофенилаланин). Этот пептид содержит пролин — аминокислоту со вторичной аминогруппой, способной присоединяться к диазониевой соли. Процесс завершился за 5 минут с практически стопроцентной конверсией, а структуру продукта определили с помощью масс-спектрометрии и ЯМР-спектроскопии: молекулярный пик соответствовал массе продукта, а в ямр-спектре исчез сигнал от ядра водорода, принадлежащего аминогруппе пролина. Так, химики получили десятичленный циклический пептид из линейного исходного и простых неорганических реагентов.

Чтобы проверить толерантность своего метода к реакционноспособным группам в исходных веществах, химики провели еще несколько циклизаций пептидов, в структуре которых присутствовали фрагменты аминокислот лизина, аргинина, цистеина и триптофана (они отличаются особой активностью). Оказалось, что реакция протекает селективно со вторичными аминами и не затрагивает другие группы. Авторы отмечают, что в реакции не пришлось использовать какие-либо катализаторы, высокую температуру или дополнительные активирующие реагенты.

Так как соединения с триазеновой группировкой часто поглощают свет с определенной длиной волны, химики решили изучить фотофизические свойства продуктов циклизации. Спектрофотометрия четырехзвенного циклического пептида PGG(pAF) показала, что триазен поглощает свет с двумя характеристическими длинами волн — 289 и 313 нанометров. Благодаря этому химикам удалось зафиксировать на спектрофотометре как диазониевый интермедиат, так и получающийся продукт в некоторых реакциях циклизации.

Далее химики предположили, что в кислых условиях их реакцию можно провести и наоборот — получить линейный пептид из циклического. И действительно, под действием разбавленного раствора трифторуксусной кислоты (pH=1,5) триазеновая группировка пептидного цикла разрывалась с образованием исходной диазониевой соли. Ход реакции ученые мониторили с помощью масс-спектрометрии.

В результате ученые разработали метод селективного синтеза циклических пептидов (длиной от 4 до 20 аминокислот) с хромофорной группой атомов. Почти все реакции циклизации прошли с близкой к 100 процентам конверсией при комнатной температуре (время реакции не превышало 30 минут). А продукты этих реакций оказались устойчивыми к дальнейшей модификации соединениями. Авторы считают, что столь же эффективных методов циклизации пептидов ранее не существовало.

Часто макроциклизации протекают с очень невысокими выходами или не работают вообще, и химики используют так называемый темплатный синтез для увеличения эффективности этих реакций. О том, как работает этот подход в синтезе циклических молекулярных узлов, недавно рассказывали на N + 1.

Михаил Бойм