В каждой области науки есть своя «синяя птица»; кибернетики мечтают о «думающих» машинах, физики - об управляемых термоядерных реакциях, химики - о синтезе «живого вещества» - белка. Синтез белка долгие годы был темой фантастических романов, символом грядущего могущества химии. Это объясняется и той огромной ролью, какая принадлежит белку в мире живого, и теми трудностями, которые неизбежно вставали перед каждым смельчаком, отважившимся «сложить» из отдельных аминокислот замысловатую мозаику белка. И даже еще не самого белка, а только .

Разница между белками и пептидами не только терминологическая, хотя молекулярные цепи и тех и других состоят из аминокислотных остатков. На каком-то этапе количество переходит в качество: пептидная цепь - первичная структура - обретает способность сворачиваться в спирали и клубки, образуя вторичную и третичную структуры, характерные уже для живой материи. И тогда пептид становится белком. Четкой границы здесь не существует - на полимерной цепи нельзя поставить демаркационный знак: досель - пептид, отсель - белок. Но известно, например, что адранокортикотропный гормон, состоящий из 39 остатков аминокислот,- это полипептид, а гормон инсулин, состоящий из 51 остатка в виде двух цепей,- это уже белок. Простейший, но все же белок.

Способ соединения аминокислот в пептиды был открыт в начале прошлого века немецким химиком Эмилем Фишером. Но еще долго после этого химики не могли всерьез помышлять не только о синтезе белка или 39-членных пептидов, но даже значительно более коротких цепей.

Процесс синтеза белка

Для того, чтобы соединить между собой две аминокислоты, надо преодолеть немало трудностей. Каждая аминокислота, подобно двуликому Янусу, имеет два химических лица: карбоксильную кислотную группу на одном конце и аминную основную группу - на другом. Если от карбоксила одной аминокислоты отнять группу ОН, а от аминной группы другой - атом , то образовавшиеся при этом два аминокислотных остатка могут соединиться друг с другом пептидной связью, и в результате возникнет простейший из пептидов - дипептид. И отщепится молекула воды. Повторяя эту операцию, можно наращивать длину пептида.

Однако эта, казалось бы, на первый взгляд несложная операция практически трудноосуществима: аминокислоты очень неохотно соединяются друг с другом. Приходится их активировать, химически, и «подогревать» один из концов цепи (чаще всего карбоксильный), и вести реакцию, строго соблюдая необходимые условия. Но это еще не все: вторая сложность состоит в том, что соединяться друг с другом могут не только остатки разных аминокислот, но и две молекулы одной кислоты. При этом строение синтезируемого пептида будет уже отличаться от желаемого. Больше того, каждая аминокислота может иметь не две, а несколько «ахиллесовых пят» - боковых химически активных групп, способных присоединять аминокислотные остатки.

Чтобы не дать реакции свернуть с заданного пути, необходимо закамуфлировать эти ложные мишени - «запечатать» на время осуществляемой реакции все реакционноспособные группы аминокислоты, кроме одной, присоединив к ним так называемые защитные группировки. Если этого не сделать, то цель будет расти не только с обоих концов, но и вбок, и аминокислоты уже не удастся соединить в заданной последовательности. А ведь именно в этом и заключается смысл всякого направленного синтеза.

Но, избавляясь таким образом от одной неприятности, химики столкнулись с другой: защитные группировки после окончания синтеза нужно удалить. Во времена Фишера в качестве «защиты» применялись группировки, которые отщеплялись гидролизом. Однако реакция гидролиза обычно оказывалась слишком сильным «потрясением» для полученного пептида: с трудом построенная его «конструкция» разваливалась как только с нее снимали «строительные леса» - защитные группировки. Лишь в 1932 году ученик Фишера М. Бергманн нашел выход из этого положения: он предложил защищать аминогруппу аминокислоты карбобензоксигруппой, которую можно было удалить без повреждения пептидной цепи.

Синтез белка из аминокислот

В течение последующих лет был предложен ряд так называемых мягких методов «сшивки» аминокислот друг с другом. Однако все они фактически были лишь вариациями на тему метода Фишера. Вариациями, в которых иногда даже трудно было уловить исходную мелодию. Но сам принцип оставался все тем же. И все теми же оставались трудности, связанные с защитой уязвимых групп. За преодоление этих трудностей приходилось расплачиваться увеличением числа стадий реакции: один элементарный акт - соединение двух аминокислот - распадался на четыре этапа. А каждая лишняя стадия - это неизбежные потери.

Если даже предположить, что каждая стадия идет с полезным выходом в 80% (а это хороший выход), то через четыре этапа эти 80% «растают» до 40%. И это при синтезе только дипептида! А если аминокислот будет 8? А если 51, как в инсулине? Прибавьте к этому сложности, связанные с существованием двух оптических «зеркальных» форм молекул аминокислот, из которых в реакции нужна только одна, приплюсуйте проблемы отделения образующихся пептидов от побочных продуктов, особенно в тех случаях, когда они одинаково растворимы. Что же получится в сумме: Дорога в никуда?

И все же эти трудности не останавливали химиков. Погоня за «синей птицей» продолжалась. В 1954 году были синтезированы первые биологически активные гормоны-полипептиды - вазопрессин и окситоцин. В них было по восемь аминокислот. В 1963 году был синтезирован 39-членный полипептид АКТГ - адренокортикотропный гормон. Наконец, химики США, Германии и Китая синтезировали первый белок - гормон инсулин.

Как же так, скажет читатель, трудная дорога, оказывается, привела не в никуда и не куда-нибудь, а к осуществлению мечты многих поколений химиков! Это же эпохальное событие! Верно, это - эпохальное событие. Но давайте оценим его трезво, отрешившись от сенсационности, восклицательных знаков и чрезмерных эмоций.

Никто не спорит: синтез инсулина - огромная победа химиков. Это колоссальный, титанический труд, достойный всякого восхищения. Но вместе с тем эго, по существу, и потолок старой химии полипептидов. Это победа на грани поражения.

Синтез белков и инсулин

В инсулине 51 аминокислота. Чтобы соединить их в нужной последовательности, химикам потребовалось провести 223 реакции. Когда спустя три года после начала первой из них была закончена последняя, выход продукта составлял меньше одной сотой процента. Три года, 223 стадии, сотая доля процента - согласитесь, победа носит чисто символический характер. Говорить о практическом применении этого метода очень трудно: слишком велики связанные с его реализацией расходы. А ведь в конечном счете речь идет о синтезе не драгоценных реликвий славы органической химии, а о выпуске жизненно важного лекарственного препарата, который необходим тысячам людей во всем мире. Так классический метод синтеза полипептидов исчерпал себя на первом же, самом простом белке. Значит, «синяя птица» вновь ускользнула из рук химиков?

Новый метод синтеза белка

Примерно за полтора года до того, как мир узнал о синтезе инсулина, в печати промелькнуло еще одно сообщение, которое вначале не привлекло особого внимания: американский ученый Р. Мэрифилд предложил новый метод синтеза пептидов. Поскольку сам автор поначалу не дал методу должной оценки, и в нем было много недоработок, выглядел он в первом приближении даже хуже существовавших. Однако уже в начале 1964 года, когда Мэрифилду удалось с помощью своего метода осуществить полный синтез 9-членного гормона с полезным выходом в 70%, ученые изумились: 70% после всех этапов - это 9% полезного выхода на каждой стадии синтеза.

Основная идея нового метода заключается в том, что растущие цепочки пептидов, которые раньше были брошены на произвол хаотического движения в растворе, теперь привязывались одним концом к твердому носителю - их как бы заставляли стать на якорь в растворе. Мэрифилд брал твердую смолу и к ее активным группам «привязывал» за карбонильный конец первую из собираемых в пептид аминокислоту. Реакции шли внутри отдельных частичек смолы. В «лабиринтах» ее молекул сначала появлялись первые короткие ростки будущего пептида. Затем в сосуд вводили вторую аминокислоту, ее молекулы сшивались своими карбонильными концами со свободными аминными концами «привязанной» аминокислоты, и в частицах вырастал еще один «этаж» будущего «здания» пептида. Так, этап за этапом, постепенно наращивался весь пептидный полимер.

Новый метод имел несомненные преимущества: прежде всего в нем была решена проблема отделения ненужных продуктов после присоединения каждой очередной аминокислоты - эти продукты легко смывались, а пептид оставался пришитым к гранулам смолы. Одновременно исключалась проблема растворимости растущих пептидов - один из главных бичей старого метода; раньше они нередко выпадали в осадок, практически переставая участвовать в процессе роста. Пептиды, «снимаемые» после окончания синтеза с твердой подложки, получались почти все одинакового размера и строения, во всяком случае, разброс в структуре был меньше, чем при классическом методе. И соответственно больше полезный выход. Благодаря этому методу синтез пептидов - кропотливый, трудоемкий синтез - легко поддается автоматизации.

Мэрифилд соорудил несложный автомат, который сам по заданной программе проделывал все положенные операции - подачу реагентов, смешивание, слив, промывку, отмер дозы, добавление новой порции и так далее. Если по старому методу на присоединение одной аминокислоты приходилось травить 2-3 дня, то Мэрифилд на своем автомате соединял за день 5 аминокислот. Разница - в 15 раз.

В чем состоят трудности синтеза белков

Метод Мэрифилда, названный твердофазным, или гетерогенным, сразу же был принят на вооружение химиками всего мира. Однако уже через короткое время стало ясно: новый метод вместе с крупными достоинствами имеет и ряд серьезных недостатков.

По мере роста пептидных цепей может случиться так, что в какой-то из них окажется пропущенным, скажем, третий «этаж» - третья по счету аминокислота: ее молекула не дойдет до места соединения, застряв где-нибудь по дороге в структурных «дебрях» твердого полимера. И тогда, даже если все остальные аминокислоты, начиная с четвертой, выстроятся в должном порядке, это уже не спасет положения. Полученный полипептид по своему составу, а следовательно, и по своим свойствам не будет иметь ничего общего с получаемым веществом. Произойдет то же самое, что и при наборе телефонного номера; стоит пропустить одну цифру - и нам уже не поможет тот факт, что все остальные мы набрали правильно. Отделить же такие ложные цепи от «настоящих» практически невозможно, и препарат оказывается засоренным примесями. Кроме того, оказывается, что синтез нельзя вести на какой угодно смоле - ее нужно тщательно подбирать, так как свойства растущего пептида зависят в какой-то мере от свойств смолы. Поэтому ко всем этапам синтеза белка необходимо подходить максимально тщательно.

Синтез белка ДНК, видео

И под конец, предлагаем вашему вниманию образовательное видео о том, как происходит синтез белка в молекулах ДНК.

Разработаны методы полимеризации аминокислот (в некоторых случаях ди- или трипептидов), приводящие к образованию полипептидов с большим молекулярным весом. Эти продукты являются очень важными модельными веществами для изучения, например, вопроса о характере рентгенограмм или ИК-спектров для пептидов известного и сравнительно простого строения.

Однако цель большей части работ по синтезу пептидов заключается в получении соединений, идентичных природным. Метод, пригодный для осуществления этой цели, должен позволять соединять оптически активные аминокислоты в цепи заданной длины и с заданной последовательностью звеньев. Синтезы такого рода не только подтвердили конкретные структуры, приписанные природным пептидам, но и позволили окончательно доказать (и это имеет

фундаментальное значение), что пептиды и белки действительно являются полиамидами.

Первым осуществил синтез пептидов Эмиль Фишер (полученный им пептид содержал 18 аминокислотных остатков). Тем самым он подтвердил свое предположение о том, что белки содержат амидную связь. Отметим, что в химии пептидов и белков Фишер сыграл ту же основополагающую роль, что и в химии углеводов, что неоспоримо свидетельствует о гениальной одаренности этого ученого.

Основная проблема при синтезе пептида - проблема защиты аминогруппы. При взаимодействии карбоксильной группы одной аминокислоты и аминогруппы другой аминокислоты необходимо исключить возможность реакции между карбоксильной группой и аминогруппой молекул одной и той же аминокислоты. Например, при получении глицилаланина необходимо предотвращать одновременное образование глицилглицина. Реакцию можно направить в нужную сторону, если в одну из аминогрупп ввести заместитель, который сделает эту аминогруппу нереакционноспособной. Существует большое число подобных защитных групп; из их числа необходимо выбрать такую группу, которую можно в дальнейшем удалить без разрушения пептидных связей.

Мы можем, например, пробензоилировать глицин, затем превратить его в хлорангидрид, ввести хлорангидрид в реакцию с аланином и получить таким образом бензоилглицилаланин. Но если мы попытаемся удалить бензоильную группу гидролизом, то одновременно подвергнем гидролизу другие амидные связи (пептидные связи) и тем самым разрушим тот пептид, который хотели синтезировать.

Из многочисленных методов, которые разработаны для защиты аминогруппы, рассмотрим лишь один: ацилирование бензилхлоркарбонатом, называемым также карбобензоксихлоридом. (Этот метод был разработан в 1932 г. М. Бергманом и Л. Зервасом в Берлинском университете, позднее в институте Рокфеллера.) Реагент является одновременно и сложным эфиром и хлорангидридом угольной кислоты он легко получается при взаимодействии бензилового спирта с фосгеном . (В какой последовательности нужно смешивать спирт и фосген?)

Подобно любому хлорангидриду, реагент может превращать амин в амид

Подобные амиды, однако, отличаются от большинства амидов в одном отношении, которое очень существенно для синтеза пептидов. Карбобензоксигруппу можно отщепить действием реагентов, не затрагивающих пептидной связи: каталитическим гидрированием или гидролизом раствором бромистого водорода в уксусной кислоте.

Проиллюстрируем метод ацилирования карбобензоксихлоридом на примере синтеза глицилаланина (Gly-Ala):

(см. скан)

Выдающимся достижением явился синтез пептидного гормона окситоцина, выполненный в Корнелльском медицинском колледже В. Дю Виньо, получившим в 1955 г. Нобелевскую премию за эту и другие работы. В 1963 г. был опубликован полный синтез инсулина, содержащего 51 аминокислоту в последовательности, расшифрованной ранее Сэнджером.

какую массу имеет часть молекулы ДНК,кодирующая молекулу инсулина,если известно,что в состав этой молекулы входит 51 аминокислота,а средняя

молекулярная масса одного нуклеотида равна 345 а. е. м.?

светочувствительный белок (опсин) зрительного пигмента палочек сетчатки глаза позвоночных животных и зрительных клеток беспозвоночных - родопсина состоит

из 348 аминокислотных остатков. определите относительную малекулярную массу данного белка, если считать, что средняя масса одного аминокислотного остатка равна 116

Задача № 1.

Фрагмент цепи иРНК имеет последовательность нуклеотидов: ЦЦЦАЦЦГЦАГУА. Определите последовательность нуклеотидов на ДНК, антикодоны тРНК и последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка, используя таблицу генетического кода.

Задача № 2. Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАЦЦЦТЦАЦТТГ. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода.

Задача № 3
Последовательность нуклеотидов фрагмента цепи ДНК ААТГЦАГГТЦАЦТЦА. Определите последовательность нуклеотидов в и-РНК, аминокислот в полипептидной цепи. Что произойдет в полипептиде, если в результате мутации во фрагменте гена выпадет второй триплет нуклеотидов? Используйте таблицу гент.кода
Практикум-решение задач по теме « Биосинтез белка» (10 класс)

Задача № 4
Участок гена имеет следующее строение: ЦГГ-АГЦ-ТЦА-ААТ. Укажите строение соответствующего участка того белка, информация о котором содержится в данном гене. Как отразится на строении белка удаление из гена четвёртого нуклеотида?
Задача № 5
Белок состоит из 158 аминокислот. Какую длину имеет кодирующий его ген?
Молекулярная масса белка Х=50000. Определите длину соответствующего гена. Молекулярная масса одной аминокислоты в среднем 100.
Задача № 6
Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепи ДНК), в котором запрограммирован белок инсулин из 51 аминокислоты?
Задача № 7
Одна из цепей ДНК имеет молекулярную массу 34155. Определите количество мономеров белка, запрограммированного в этой ДНК. Молекулярная масса одного нуклеотида в среднем 345.
Задача № 8
Под воздействием азотистой кислоты цитозин превращается в гуанин. Как изменится строение синтезируемого белка вируса табачной мозаики с последовательностью аминокислот: серин-глицин-серин-изолейцин-треонин-пролин, если все цитозиновые нуклеотиды подверглись действию кислоты?
Задача № 9
Какова молекулярная масса гена (двух цепей ДНК), если в одной цепи его запрограммирован белок с молекулярной массой 1500? Молекулярная масса одной аминокислоты в среднем 100.
Задача № 10
Дан фрагмент полипептидной цепи: вал-гли-фен-арг. Определите структуру соответствующих т-РНК, и-РНК, ДНК.
Задача № 11
Дан фрагмент гена ДНК: ЦЦТ-ТЦТ-ТЦА-А… Определите: а) первичную структуру белка, закодированного в этом участке; б) длину этого гена;
в)первичную структуру белка, синтезированного после выпадения 4-го нуклеотида
в этой ДНК.
Задача № 12
Сколько будет кодонов в и-РНК, нуклеотидов и триплетов в гене ДНК, аминокислот в белке, если даны 30 молекул т-РНК?
Задача № 13

Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок центральной петли т-РНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: АТАГЦТГААЦГГАЦТ. Установите нуклеотидную последовательность участка т-РНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта т-РНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону т-РНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

1.Голубоглазый мужчина, родители которого имели карие глаза, женился на кареглазой женщине, у отца которой были голубые глаза, а у матери -

карие.Какое потомство можно ожидать от этого брака, если известно, что ген карих глаз доминирует над геном голубых?
2.В семье было два брата. Один из них,больной геморрагическим диатезом,женился на женщине также больной данным заболеванием. Все трое их детей(2 девочки и 1 мальчик) были также больны. Второй брат был здоров и женился на здоровой женщине. Из четырёх их детей только один был болен геморрагическим диатезом. Определите,каким геном определяется геморрагический диатез.
3. В семье,где оба родителя имели нормальный слух,родился глухой ребенок. Какой признак является доминантным, Каковы генотипы всех членов этой семьи?
4.Мужчина,страдающий альбинизмом,женится на здоровой женщине,отец которой страдал альбинизмом. Каких детей можно ожидать от этого брака,если учесть,что альбинизм наследуется у человека как аутосомный рецессивный признак?.

1. Что такое пара альтернативных признаков? Какой признак из пары называется

рецессивным?
2. Одна из форм шизофрении наследуется как рецессивный признак. Определите вероятность рождения ребенка с шизофренией от здоровых родителей, если известно, что бабушка со стороны отца и дед со стороны матери страдали этим заболеванием.
3. Что такое анализирующее скрещивание?
4. У крупного рогатого скота комолость (отсутствие рогов) доминирует над рогатостью.
Комолый бык был скрещен с тремя коровами. От скрещивания с одной рогатой коровой
родился рогатый теленок, от скрещивания с другой - комолый, от скрещивания с комолои коровой родился рогатый теленок. Каковы генотипы всех животных, участвовавших в скреш.ивании?
5. Если у пшеницы ген, определяющий малую длину колоса, не полностью доминирует над геном, ответственным за возникновение колоса большей длины, то какой длины колосья могут появиться при скрещивании двух растений, имеющих колосья средней длины?
6. Андалузские (голубые) куры - это гетерозиготы, появляющиеся обычно при скрещивании
белых и черных кур. Какое оперение будет иметь потомство, полученное от скрещивания
белых и голубых кур, если известно, что ген, обуславливающий черное оперение у кур,это ген неполного доминирования (по отношению к рецессивному гену, ответственному за
формирование белого цвета оперения)?
7. У матери вторая группа крови, и она гетерозиготна. У отца четвертая группа крови. Какие группы крови возможны у детей?
8. Сформулируйте второй закон Менделя и закон чистоты гамет.
9. Какое скрещивание называют дигибридным? Какое полигибридным?
10. Растение томата с красными грушевидными плодами скреицено с растением, имеюицим красные шаровидные плоды. Получено 149 растений, с красными шаровидными плодами и 53 растения с желтыми шаровидными плодами. Определите доминантные и
рецессивные признаки,генотипы родителей и потомков.
11. Известно, что катаракта и рыжеволосость у человека контролируются доминантными генами, локализованными в разных парах хромосом (аутосомных). Рыжеволосая женш.ина, не страдающая катарактой, вышла замуж за светловолосого мужчину, недавно перенесшего операцию по удалению катаракты. Определите, какие дети могут родиться у этих супругов, если иметь в виду, что мать мужчины имеет такой же фенотип, как и его жена, то есть она рыжеволосая и не имеет катаракты.
12. В чем особенность наследования признаков, сцепленных с полом?
14. Какое взаимодействие неаллельных генов называется эпигенезом (эпистазом)
15. У лошадей действие генов вороной масти (С) и рыжей масти (с) проявляется только в отсутствие доминантного гена D. Если он присутствует, то окраска белая. Какое потомство получится при скрещивании между собой лошадей с генотипом CcDd?

Полипептидные цепи, как известно, являются основой белков. Полипептидная цепь может быть представлена обобщенной структурой (83):

Концевое звено с группой NH 2 называют N-концом, другое концевое звено с группой СООН – С-концом. Полипептиды – частный случай полиамидов , связи CO-NH, соединяющие элементарные звенья полипептидной цепи, называют пептидными связями.

Мономеры для синтеза полипептидных цепей - α-аминокислоты; все они, кроме одной могут быть представлены формулами (84)-(84’); одна – пролин – формулами (85)-(85’):

В средах, близких к нейтральным, аминокислоты существуют почти целиком в форме биполярных ионов (84’) и (85’). Радикалы R I могут быть алифатическими, ароматическими, гетероциклическими, многие из них содержат разнообразные функциональные группы: ОН, NH 2 , COOH, SH и др. Для обозначения α-аминокислот в литературе используют три буквы (латинские) названия (чаще всего три первые, но не всегда), например Gly (глицин), Val (валин), Trp (триптофан).

Нематричные синтезы полипептидных цепей из α-аминокислот основаны на нескольких целенаправленных модификациях функциональных групп; эти модификации обеспечивают протекание на каждой стадии единственной реакции – взаимодействия карбоксильной функции предыдущего звена с аминогруппой последующего (если считать с N-конца). Необходимость такой модификации можно проиллюстрировать на простейшем примере синтеза димера – дипептида, для которого дан формальный синтез из мономеров:

Для препаративного синтеза дипептида (88) необходимо: А. Защитить группу NH 2 аминокислоты (86), чтобы избегнуть вариантов взаимодействия (86)-(86) и (87)-(86); Б. Активировать карбоксильную функцию аминокислоты (86), т.к. сама карбоксильная группа малоактивна в реакциях с нуклеофилами; В. Защитить группу СООН аминокислоты (87); это нужно для того, чтобы эта аминокислота не находилась в виде биполярного иона типа (84’); в такой форме аминогруппа не нуклеофильна и, следовательно, неактивна.

Поликонденсацию, ведущую к синтезу пептидной цепи с заданной первичной структурой, можно представить следующей схемой:

где Z – защитная группа для аминогруппы; Х – активирующая группа для первой карбоксильной функции; Y – защитная группа для второй карбоксильной функции.

После образования защищенного с двух концов дипептида (89) снимают защитную группу либо с его N-конца (1 ), либо с его С-конца (2 ) (совмещая снятие защиты с активированием). Далее освободившуюся группу NH 2 в дипептиде (90) или активированную карбоксильную функцию в дипептиде (91) используют для проведения следующей стадии – реакции с очередным модифицированным мономером с образованием трипептида; эта схема повторяется. В варианте (1 ) пептидная цепь наращивается с С-конца, в варианте (2 ) - с N-конца. В реакции можно вводить не обязательно модифицированные мономеры, но и «сшивать» пептиды друг с другом.

Приведенная здесь схема упрощенная - реально приходится также защищать некоторые функциональные группы, находящиеся в боковых группах R i , например, группу NH 2 в боковом радикале лизина.

А. Защитные группы. Основные требования к защитным группам: а. Они должны полностью предотвращать участие защищаемой группы в проводимых реакциях (блокировать защищаемую группу); б. После проведения реакции они должны достаточно легко удаляться с регенерацией защищаемой группы и без затрагивания остальных фрагментов продукта реакции (в частности, при синтезе пептидов – без разрыва пептидных связей).

1. NH 2 -Защитные группы (группы Z). Сейчас известно большое число вариантов эффективной защиты группы NH 2 ; используются несколько типов защитных групп. Здесь ограничимся наиболее широко применяемым типом – уретановыми защитными группами. Для их постановки соединение, содержащее группу NH 2 , вводят в реакцию с производным моноэфира угольной кислоты, например, хлорангидридом (эфиром хлоругольной кислоты, хлоркарбонатом):

Кроме хлорангидридов, можно использовать азиды или ангидриды. Группировка RO-CO-NH- называется уретановой , откуда и название защиты. Постановка уретановой защиты – аналог ацилирования аминогруппы; обычное ацилирование производными карбоновых кислот неприменимо, т.к. ацильные защитные группы плохо удаляются; напротив, уретановая защита снимается легко, в мягких условиях, причем в различных, в зависимости от характера радикала R. Приведем три примера:

а. R=C 6 H 5 CH 2 ; защитная группа называется бензилоксикарбонильной (карбобензилокси-защита, Z-защита); это исторически первый пример уретановой защиты группы NH 2 (М. Бергман, Л. Зервас, 1932 г.). После проведения необходимой реакции бензилоксикарбонильная защита легко снимается мягким каталитическим гидрированием (точнее – гидрогенолизом):

Продукты гидрогенолиза защитной группы – толуол и СО 2 – легко удаляются из реакционной среды.

б. R = (CH 3) 3 C; защитная группа – трет- бутилоксикарбонильная, Вос-защита (B utyl- o xyc arbonyl); эта защита легко удаляется при мягкой кислотной обработке, например, при действии трифторуксусной кислоты:

Здесь оба продукта, образующиеся при снятии защиты, газообразны, что еще более облегчает их удаление.

В. R=CH 3 SO 2 CH 2 CH 2 – метилсульфонилэтилоксикарбонильная защита (Msc-защита); эта защита снимается NaOH в мягких условиях (рН 10-12, 0 о С).

Различие в условиях снятия приведенных защит позволяет по-разному защищать α-NH 2 -группу аминокислоты и NH 2 -группу в боковом радикале лизина. Тогда одну защиту (α-NH 2 -группы) можно снять, а другую (“лизиновую”) – оставить (защиту боковых групп обычно снимают после окончания формирования полипептидной цепи).

Известно еще несколько вариантов уретановой защиты, а также несколько иных типов защиты группы NH 2 - формильная, фталильная, трифторацетильная; сведения об этих способах можно найти в литературе по биоорганической химии.

2. СООН -Защитные группы. Чаще всего используют образование бензиловых или трет- бутиловых эфиров:

Б
ензиловые эфиры обычно получают прямой этерификацией,трет- бутиловые –присоединением изобутилена при кислотном катализе (этерификация трет- бутанолом пространственно затруднена). Защитные группы снимаются в мягких условиях, сходными с условиями снятия соответствующих уретановых защитных групп.

Иногда для защиты группы СООН используют простое солеобразование:

СООН → -СОО‾.

Б. Активирующие группы (группы Х). Реакции образования пептидной связи относятся к реакциям ацилирования; главной стадией таких реакций является нуклеофильное присоединение (в данном случае группы NH 2) к связи С=О карбоксильной функции. Как уже упоминалось, группа СООН довольно малоактивна в реакциях ацилирования, т.к. неподеленная пара электронов атома кислорода группы ОН в значительной степени компенсирует дефицит электронной плотности на карбонильном атоме углерода:

Активирующая группа (Х) должна быть электроноакцепторной, чтобы сделать атом углерода карбоксильной группы более электрофильным и облегчить атаку аминогруппы для образования пептидной связи.

Известно достаточно много производных карбоновых кислот, содержащих электроноакцепторные группы, но не все они могут быть использованы; например, непригодна самая очевидная активирующая группа – С1 (т.е. не используются хлорангидриды), т.к. в этом случае не сохраняется конфигурация аминокислоты (происходит рацемизация). Ниже приведены широко используемые варианты активации.

А. Образование активированных эфиров (Х = OR). В этом варианте получают ариловые сложные эфиры кислот, которые содержат в ароматическом радикале электроноакцепторные группы (например, пара -нитрофенильную или пентафторфенильную):

Б. Образование азидов кислот (Х = N 3):

Азиды кислот получают через сложные эфиры и гидразиды; азидная группа обладает сильным электроноакцепторным действием

В. Образование смешанных ангидридов. Обычно используют смешанные эфиры α-аминокислот и производных угольной (92) или фосфорной (93) кислот:

Получение смешанных ангидридов с производными угольной кислоты удобно тем, что при последующем образовании пептидной связи активирующая группа удаляется в виде спирта и СО 2 , что препаративно удобно:

Образование смешанных ангидридов α-аминокислот с производным фосфорной кислоты (аминоациладенилатов) – важная реакция, предшествующая процессу биосинтеза белков - трансляции.

Г. Использование карбодиимидов Применение карбодиимидов R-N=C=N-R 1 позволяет провести активацию карбоксильной группы и образование пептидной связи в одну стадию , без выделения активированной аминокислоты (или пептида). Если, допустим, прибавить карбодиимид к смеси NH 2 -защищенной первой аминокислоты и СООН-защищенной второй аминокислоты, то протекают две последовательные реакции:

Вначале карбодиимид реагирует с карбоксильной группой первой аминокислоты с образованием ее активированного производного (94) (напоминающего смешанный ангидрид); далее это производное реагирует с группойNH 2 второй аминокислоты, причем образуется пептид, а активирующая группа удаляется в виде симм. дизамещенной мочевины.

Одним из наиболее широко применяемых реагентов этого типа является дициклогексилкарбодиимид (DCC) (R = R 1 =циклогексил); в ходе пептидного синтеза из него образуется симм. дициклогексилмочевина, нерастворимая в большинстве органических растворителей и легко отделяемая фильтрованием. Также широко используются водорастворимые карбодиимиды [например, R = Et, R 1 = (CH 2) 3 N(CH 3) 2 ].

Карбодиимиды используются не только в пептидном синтезе, но и при синтезе in vitro полинуклеотидов (см. ниже).

Д. Использование N -карбоксиангидридов. Этот вариант позволяет совместить защиту аминогруппы и активацию карбоксильной функции. N-Карбоксиангидриды (ангидриды Лейхса) образуются при взаимодействии α-аминокислот с фосгеном:

П
ри этом совмещаетсязащита группы NH 2 по уретановому типу и активация карбоксильной группы по типу образования смешанного ангидрида с производным угольной кислоты. Образование полипептидов при использовании N-карбоксиангидридов идет следующим образом:

Взаимодействие N-карбоксиангидрида с солью второй аминокислоты при точно установленном значении рН 10,2 приводит к образованию пептидной связи и получению соли производного дипептида (95), содержащей фрагмент соли карбаминовой кислоты. При слабом подкислении (рН 5) образующийся фрагмент карбаминовой кислоты немедленно декарбоксилируется (производные карбаминовой кислоты со свободной группой СООН весьма легко декарбоксилируются), т.е. происходит снятие защиты с N-конца дипептида. Далее полученный дипептид (96) вводят в реакцию с очередным N-карбоксиангидридом при рН 10,2 и т.д.

Этот вариант, в принципе, позволяет сократить число стадий пептидного синтеза, но он требует точного соблюдения условий, в частности, поддержания точного значения рН. В других условиях может произойти, в частности, образование гомополимеров гомополипептидов из N-карбоксиангидридов по схеме:

Такие гомополипептиды могут служить моделями (хотя и довольно приближенными) природных полипептидов, поэтому их получение имело практическое применение.

Пептидный синтез на полимерных носителях. Как видно из изложенного выше, синтез полипептидных цепей сколько-нибудь значительной длины включает большое число отдельно проводимых стадий десятки, а то и сотни). Это весьма трудоёмкий процесс; кроме того, требуется высочайшая эффективность каждой стадии, сведение к минимуму потерь образующихся пептидов. Эффективность во многом определяется сравнительной растворимостью пептидов и других продуктов реакций, которые нужно отделить от пептида: если растворимость разная, разделение и очистка упрощаются.

Методика пептидного синтеза на полимерном носителе значительно упрощает процедуру синтеза и, в частности, кардинально решает проблему растворимости, что позволяет повысить эффективность синтеза. Идея синтеза состоит в том, что формируемая полипептидная цепь с самого начала синтеза связана с макромолекулой полимера-носителя и лишь в конце синтеза отделяется от нее.

Наибольшее распространение имеет использование нерастворимого полимера-носителя (твердофазный пептидный синтез ); эта методика впервые была предложена Р. Меррифилдом в 1963 г. В качестве полимера-носителя обычно используется частично хлорметилированный сополимер стирола с небольшим количеством 1,4-дивинилбензола; это пространственный полимер с редкими поперечными сшивками между цепями и определенным количеством групп СН 2 С1:

П
ептидный синтез на носителе протекает по схеме:

Вначале первую аминокислоту (NH 2 -защищенную, чаще всего Вос-защитой) «прикрепляют» к полимеру-носителю за счет взаимодействия хлорметильной группы с карбоксильной группой аминокислоты (точнее карбоксилатной, в которую она превращается в присутствии триэтиламина); аминокислота прикрепляется к полимеру, образуя с ним сложный эфир типа бензилового (97). Далее снимают защиту с группы NH 2 , добавляют вторую NH 2 -защищенную аминокислоту (обычно в присутствии карбодиимида); образуется прикрепленный к полимеру N-защищенный дипептид (98). Далее цикл повторяют: снимают защиту Z, добавляют третью аминокислоту и т.д.; происходит наращивание пептидной цепи с С-конца по схеме линейного синтеза.

Растущая пептидная цепь с самого начала (с первого звена) нерастворима , т.к. ковалентно связана с пространственным полимером, который по определению нерастворим [в то же время пространственная сетка редкая ; поэтому полимер может набухать в раст-ворителе, и реагенты имеют свободный доступ к N-концу растущей цепи]. Поэтому все побочные продукты (прежде всего избыток реагента) легко удаляются промывкой, экстракцией или фильтрованием полимера [реагенты на каждой стадии берут в большом избытке, чтобы обеспечить полноту протекания каждой реакции]. Это существенно повышает эффективность синтеза.

По окончании формирования требуемой пептидной цепи ее отсоединяют от полимера-носителя (например, действием смеси HBr-CF 3 COOH в мягких условиях); одновременно снимается защита с N-конца (если это Вос-защита):

Твердофазный синтез пептидов автоматизирован и осуществляется на специальных устройствах – синтезаторах. Наибольшие успехи достигнуты при синтезе олигопептидов (порядка 8-15 звеньев); однако этим способом можно получать и высокомолекулярные полипептиды; в частности, одним из первых значительных достижений твердофазного синтеза был синтез фермента рибонуклеазы, содержащей 124 звена.

Одной из проблем, с которой сталкивается твердофазный синтез, является уменьшение степени набухания полимера по мере роста пептидной цепи; это затрудняет доступ к группам NH 2 растущей полимерной цепи. В этом случае реакция постановки очередного звена может пройти неполностью, частично образуется пептид с «пропуском» звена, который, как правило, уже не обладает нужной биологической активностью (пропуск хотя бы одного звена в полипептидной цепи меняет ее пространственную организацию, а, следовательно, и биологическую активность). Поэтому такие «ложные» пептиды необходимо отделять от «правильных», что достаточно трудно.

Проблема, по крайней мере, частично, решается при использовании в качестве носителей растворимых полимеров; в качестве таких носителей можно использовать линейные полимеры – полистирол, полиэтиленгликоли или полиуретаны. В этом варианте синтез ведется в растворе , где доступ реагентов к растущей цепи облегчен по сравнению с твердофазным синтезом. Затем полимер с «привязанной» к нему растущей пептидной цепью осаждают «плохим» растворителем, отфильтровывают от остальных продуктов, опять растворяют в «хорошем» растворителе и продолжают синтез. Этот вариант, предложенный М. М. Шемякиным, называют жидкофазным пептидным синтезом ; он используется для синтеза олигопептидов; при синтезе высокомолекулярных полипептидов меняется растворимость полимера, что создает ряд проблем.

Нематричный лабораторный синтез пептидов (во всех вариантах) используется в настоящее время преимущественно для синтеза природных олигопептидов; синтез природных белков более эффективно осуществляется биотехнологически – путем встраивания генов, кодирующих белки, в рекомбинантные ДНК, с последующими клонированием и экспрессией этих генов.

Первый синтез
пептидного гормона – окситоцина

В 1953 г. американский ученый Винсент Дю Виньо совместно с сотрудниками выяснил строение окситоцина – циклического полипептида. Cреди известных природных соединений подобные циклические структуры ранее не встречались. В следующем году ученый впервые осуществил синтез этого вещества. Это был первый случай синтеза полипептидного гормона в условиях in vitro.

Дю Виньо известен в научном мире своими исследованиями на стыке химии и медицины. В середине 1920-х гг. предметом его научного интереса было изучение функции серы в инсулине – гормоне 1 поджелудочной железы, регулирующем процесс углеводного обмена и поддержания нормального уровня сахара (глюкозы) в крови. Интерес молодого человека к химии инсулина зародился, по его воспоминаниям, после одной из лекций, прочитанных профессором Уильямом К.Розе сразу же после открытия этого вещества Фредериком Г.Бантингом 2 и Джоном Дж.Р.Маклеодом. Поэтому, когда после окончания университета Джон Р.Мурлин из Рочестерского университета предложил ему заняться изучением химической природы инсулина, молодой ученый посчитал это предначертанным судьбой предложением. «Шанс поработать над химией инсулина перечеркнул все остальные мои научные ожидания, – отмечал впоследствии Дю Виньо, – поэтому я сразу же принял предложение профессора Мурлина».

Статья опубликована при поддержке компании "vivozmysora.ru". Компания предлагает услуги по вывозу мусора в Москве и Московской области, заказ контейнера. Доступные цены, приезд машины в указанное время, транспортировка отходов контейнерами 8-27 кубов, вывоз осуществляется в специализированные полигоны. Профессиональные водители с большим опытом, качественный сервис. Подробную информацию Вы сможете узнать на странице сайта компании.

За время работы в Рочестерском университете Дю Виньо удалось высказать первые предположения о химическом составе инсулина, которые в значительной степени были отражены в его диссертации «Сера инсулина», защищенной в 1927 г. Согласно воззрениям Дю Виньо инсулин являлся одним из производных аминокислоты цистина. Он идентифицировал инсулин как серосодержащее соединение, в котором серные фрагменты представляют собой дисульфидные мостики. Он высказал также соображения о пептидной 3 природе инсулина.
Следует отметить, что данные Дю Виньо о том, что инсулин является серосодержащим соединением, хорошо согласовывались с основными выводами работ, проводимых в то время в этом направлении профессором Джоном Якобом Абелем с сотрудниками в университете Джона Хопкинса. Поэтому стипендия Национального исследовательского совета, которую молодой ученый получил сразу же после защиты диссертации, оказалась очень кстати. Благодаря ей Дю Виньо работал некоторое время под руководством профессора Абеля в медицинской школе университета Джона Хопкинса.
Профессор Абель, признанный авторитет в области изучения химии гормонов, придерживался в то время точки зрения, что инсулин является белковым соединением. Такие взгляды шли вразрез с доминировавшими в те годы представлениями. Как вспоминал сам Дю Виньо, «это было время, когда как химики, так и биологи никак не могли воспринять тот факт, что энзим может быть белковым соединением». Незадолго до этого профессор Абель смог впервые выделить инсулин в кристаллическом виде (1926). В планы Дю Виньо, когда он устроился на стажировку к Абелю, входило следующее: выделить из кристаллов инсулина аминокислоту цистин и попытаться изучить ее строение. Это ему очень быстро удалось осуществить. В результате исследований совместно с сотрудниками профессора и при его непосредственной помощи молодой ученый наглядно продемонстрировал образование ряда аминокислот при расщеплении молекулы инсулина. Одной из них была как раз серосодержащая аминокислота цистин. При этом опыты показали, что содержание серы в инсулине прямо соотносится с содержанием серы в цистине. Но достигнутые результаты требовали изучения других серосодержащих аминокислот.
Продолжение финансовой поддержки со стороны Национального исследовательского совета еще на один год позволило Дю Виньо посетить известные научные биохимические школы Западной Европы (Дрезден, Эдинбург, Лондон), там он смог получить дополнительный опыт в области изучения пептидов и аминокислот.
По возвращении в США ученый сначала работал в Иллинойском университете, а через три года перешел в медицинскую школу университета Джорджа Вашингтона. Здесь он продолжал свои исследования инсулина. Особенно интересными оказались его работы по изучению влияния дисульфидных связей в цистине на гипогликемический эффект инсулина (понижения сахара в крови). Работы в области инсулина стимулировали также новое направление исследований – изучение гормонов гипофиза 4 .
Важным направлением его работ в университете Джорджа Вашингтона стало изучение механизма конверсии метионина в цистин в живых организмах. В последующие годы именно эти исследования подвели его к проблеме изучения биологического трансметилирования (переноса метильных групп от одной молекулы на другие).
В 1938 г. ученый был приглашен в Медицинский колледж Корнеллского университета. Здесь он продолжил изучение инсулина и развернул исследования по изучению гормонов задней доли гипофизной железы.
В годы второй мировой войны эти исследования пришлось на время прервать. Ученый со своими сотрудниками работал над синтезом пенициллина. По окончании войны Дю Виньо смог вернуться к прежним исследованиям. Особенно интенсивно он занялся работами по выделению ряда гормонов из коммерчески доступных экстрактов гипофиза и тканей гипофиза быка и свиньи.
Задняя доля гипофизной железы вырабатывает ряд гормонов, два из которых к тому времени были выделены в чистом виде. Один из них – окситоцин, стимулирующий гладкую мускулатуру матки, другой – вазопрессин – гормон, сокращающий периферические артериолы и капилляры, тем самым обусловливая повышение давления крови. Эти гормоны, как оказалось, очень трудно различать, т. к. они обладают сходными физическими свойствами. Именно из-за этого до середины 1920-х гг. медики и биохимики считали их одним веществом, обладающим широким спектром биологической активности. Благодаря совершенствованию методов химического анализа, в
частности фракционного осаждения, хроматографии и электрофореза, к 1940-м гг. эти гормоны удалось частично разделить.
В 1949 г. Дю Виньо, применив метод «противоточного распределения» для продажного экстракта, имеющего окситоциновую активность 20 ед/мг, получил препарат с активностью 850 ед/мг. Это сподвигло ученого предпринять попытку изучить строение вещества. С этой целью он осуществил фрагментацию полипептидной цепи. В результате полного гидролиза препарата окситоцина и данных анализа его аминокислотного состава Дю Виньо было установлено наличие восьми различных аминокислот в эквимолекулярном соотношении. Количество выделившегося аммиака соответствовало трем амидным группам типа
–CONH 2 , молекулярная масса – мономерному октапептиду. Один из восьми аминокислотных остатков был идентифицирован как цистин. Опыты по окислению цистина в окситоцине показывали, что обнаруженный ранее Дю Виньо дисульфидный мостик в цистине является частью кольцевой системы окситоцина.
Последовательность восьми аминокислот в окситоцине была установлена Дю Виньо с сотрудниками окончательно лишь в 1953 г. Следует отметить, что параллельно группе Дю Виньо над теми же проблемами в Вене работал профессор Ганс Туппи (Венский университет), который также в 1953 г. независимо от Дю Виньо установил последовательность аминокислот в окситоцине, использовав в своей работе метод Сенгера 5 .
Дю Виньо шел несколько иным путем. Он и его сотрудники основывались главным образом не на анализе концевых аминокислот, а на идентификации компонентов большого числа низших пептидов. Они исследовали также реакцию окисленного окситоцина с бромной водой, в результате которой образовывались гептапептид и бромированный пептид. Изучение строения последнего показывало, что последовательность аминокислот в соответствующем дипептиде: цистин – тиразин (обозначения см. в таблице).
Далее динитрофенильным методом было установлено, что N-концевой аминокислотой в гептапептиде является изолейцин. По заключению Дю Виньо из этого вытекает, что N-концевая последовательность в окисленном окситоцине:

HO 3 S – цис – тир – изл.

Аминокислоты из гормона окситоцина

Из тринадцати перечисленных ниже пептидов первые четыре были получены частичным гидролизом гептапептида, вторая группа – гидролизом окситоцина (при этом цистеиновые остатки превращались в остатки аланина). Затем отделяли нейтральную фракцию и обрабатывали бромной водой для окисления цистеинового звена в звено цистеиновой кислоты; полученный кислый пептид отделяли от нейтрального на ионнообменных смолах. Третья группа пептидов была получена гидролизом окситоцина, десульфированного на никеле Ренея. В приводимых ниже формулах, если последовательность аминокислот в пептидах известна, символы аминокислот разделены тире; если последовательность неизвестна, то символы разделены запятой.

Из гептапептида:

1. (асп – цис – SO 3 H).
2. (цис – SO 3 H, про).
3. (цис – SO 3 H, про, лей).
4. (цис – SO 3 H, про, лей, гли).

Из окситоцина:

5. (лей, гли, про).
6. (тир, цис – S – S – цис, асп, глу, лей, изл).
7. (тир, цис – S – S – цис, асп, глу).
8. (цис – S – S – цис, асп, глу).
9. (цис – SO 3 H, асп, глу).

Из десульфированного окситоцина:

10. (ала, асп).
11. (ала, асп, глу).
12. (глу, изл).
13. (ала, асп, глу, лей, изл).

Учитывая строение полученных пептидов и используя наложение отдельных компонентов пептидов, Дю Виньо с сотрудниками вывел следующую последовательность аминокислот в окситоцине:

цистин – тиразин – изолейцин – глутамин – NH 2 – аспарагин – NH 2 – цистин – пролин – лейцин – глицин – NH 2 .

Установленная ими структура окситоцина представлена на рис. 1.

Следует отметить, что одновременно с окситоцином Дю Виньо была определена структура другого гормона задней доли гипофиза – вазопрессина.
Структура гормона окситоцина была подтверждена его химическим синтезом в 1954 г., что являло собой впервые осуществленный полный синтез природных пептидов. Синтез включал конденсацию N-карбобензокси-S-бензилдипептида (I) с триамидом гептапептида (II) с помощью тетраэтилпирофосфита. После удаления карбобензокси- и бензильных групп, защищавших амино- и сульфгидрильные группы соответственно в обоих пептидах, образовавшийся нонапептид окисляли воздухом, в результате чего был получен окситоцин (рис. 2).
Так были осуществлены первый структурный анализ и первый синтез полипептидного гормона – выдающееся достижение в биохимии и медицине. С работ Дю Виньо в науке началась эра химического синтеза биологически активных природных пептидов.

Рис.2. Общая схема синтеза окситоцина по Дю Виньо

Как известно, в 1955 г. Дю Виньо была вручена Нобелевская премия по химии «за работу с биологически активными соединениями, и прежде всего за впервые осуществленный синтез полипептидного гормона».

1 Согласно классической точке зрения гормоны – это биологически активные вещества – регуляторы эндогенного происхождения, т. е. синтезируемые в организме, а не вносимые извне. Химическая природа гормонов различна. Это белки, пептиды, производные аминокислот, стероиды, липиды.
2 В 1922 г. Ф.Бантинг с сотрудниками впервые выделил инсулин в чистом виде.
3 Пептиды – органические природные или синтетические вещества, молекулы которых построены из остатков a-аминокислот, соединенных между собой пептидными связями С(О)–NH. По числу этих остатков различают дипептиды, трипептиды и т. д. Пептиды с длинной цепью называют полипептидами.
4 Гипофиз – центральная железа внутренней секреции. Железы внутренней секреции выделяют продукты своего обмена в кровь.
5 В полипептидной цепи белка с одной стороны расположен аминокислотный остаток, несущий свободную a-аминогруппу (амино- или N-концевой остаток), а с другой – остаток со свободной a-карбоксильной группой (карбоксильный или С-концевой остаток). Анализ концевых остатков играет важную роль в процессе определения аминокислотной последовательности белка. Например, на первом этапе исследования он дает возможность оценить число полипептидных цепей, составляющих молекулу белка, и степень гомогенности исследуемого препарата. Первый метод идентификации концевых аминогрупп в пептидах (динитрофторбензильный метод) был разработан Фредериком Сенгером в 1945 г.

ЛИТЕРАТУРА

Plane R. Interview with Vincent du Vigneaud. Journal of Сhemical Education, 1976, v. 53, №1, p. 8–12;
Du Vigneaud V. A Trail of Research in Sulfur Chemistry and Metabolism and Related Fields. Ithaca, New York: Cornell University Press, 1952;
Bing F. Vincent du Vigneaud. Journal of Nutrition, 1982, v. 112, p. 1465–1473;
Du Vigneaud V., Melville D.B., Gyo..rgy P., Rose K.S. Identity of Vitamin H with Biotin. Science, 1940, v. 92, p. 62–63; Лауреаты Нобелевской премии. Энциклопедия. Пер. с англ. Т. 2. М.: Прогресс, 1992.

ДЮ ВИНЬО Винсент (18.V.1901 – 11.XII.1978) родился в Чикаго (штат Иллинойс). Его отец, Альфред Дж. Дю Виньо, был изобретателем, инженером-конструктором. Интерес к естественным наукам у мальчика проявился достаточно рано. Уже в школьные годы он ставил в домашней лаборатории одного из своих товарищей опыты по химии и физике.
В 1918 г. Винсент при финансовой поддержке своей сестры Беатрис начал обучение в Иллинойсском университете по специальности «инженерная химия». Но вскоре предметом его интереса стала органическая химия, а затем биохимия (под влиянием Г.Б.Льюиса). В 1923 г. молодой человек получил степень бакалавра (руководитель – профессор К.С.Марвел), а в следующем году – степень магистра по химии, выполнив работу, посвященную синтезу одного из лекарственных соединений, обладающего местным анестезирующим и вазопрессорным (вызывающим повышение кровяного давления) действием.
Следует отметить, что годы обучения в университете для Винсента оказались нелегкими в финансовом плане. Параллельно с учебой ему пришлось много работать: сначала в качестве официанта, затем инструктора лейтенантов в кавалерийском резерве военных служб США. Обучая лейтенантов, он познакомился с английским майором, молодой девушкой по имени Зелла Зон Форд, которая по окончании университета стала женой Дю Виньо. Под влиянием своего будущего супруга Зелла посещала курсы математики и химии. Поэтому в первые годы замужества она работала преподавателем естественных наук. Впоследствии у супругов родились дочь Мэрилин и сын Винсент, ставший врачом.
Сразу по окончании университета Дю Виньо предпринял несколько попыток устроиться в какую-нибудь фармацевтическую компанию, ведь его научным интересом на всю жизнь стало, как он позднее называл, «изучение взаимосвязей между химической структурой органических соединений и их биологической активностью». Но в начале из этого ничего не получилось, и молодой ученый в течение полугода проработал в аналитической лаборатории компании «Du Pont». Затем при поддержке своего бывшего научного руководителя доктора Марвела ему удалось устроиться в филадельфийский военный госпиталь. В госпитале Дю Виньо наконец смог вести научные исследования в области клинической химии и одновременно начать преподавательскую работу в медицинской школе при Пенсильванском университете. Одновременно существовала возможность поступления в аспирантуру этого университета. Но весной 1925 г. молодой ученый неожиданно получил заманчивое предложение от профессора Дж.Р.Мурлина – заняться химией инсулина в только что открывшейся медицинской школе Рочестерского университета. Важную роль в этом сыграли рекомендации его бывших университетских наставников профессоров Льюиса и Марвела.
В 1927 г. ученый получил в Рочестерском университете докторскую степень по химии.
В 1928 г. он отправился в Германию, в Дрезден, в лабораторию профессора Макса Бергмана (ученика Эмиля Фишера), в то время уже признанного авторитета в области химии аминокислот и пептидов. У него Дю Виньо стажировался в области синтеза пептидов. Результаты исследований Дю Виньо понравились М.Бергману, и он предложил молодому стажеру стать его ассистентом. Но Дю Виньо, отклонив заманчивое предложение, направился на стажировку в Шотландию, в Эдинбургский университет, к профессору медицинской химии Джорджу Баргеру, а затем в клинику Лондонского университета к профессору Ч.Р.Харрингтону.
Через некоторое время пришлось подумать о возвращении на родину и о том, чтобы занять постоянную работу в каком-либо университете. Разослав письма с предложением своей кандидатуры в штат ряда университетов, Дю Виньо вскоре получил сразу несколько предложений. Он так вспоминал об этом поворотном этапе в своей жизни: «Я получил одно предложение
а) от профессора Мурлина из Рочестера, б) от профессора Абеля с фармацевтического факультета университета Джона Хопкинса,
в) место в Пенсильванском университете и, наконец, г) место в Нью-Йорке по клинической химии. В дополнение к этому пришло также предложение из Иллинойса от профессора Розе и Роджера Адамса, предлагавших место на факультете физиологической химии. В это время я уже твердо знал, что хочу быть биохимиком, при этом я хочу совмещать исследовательскую работу с преподавательской в области биохимии. Поэтому я принял предложение из Иллинойса, хотя в денежном эквиваленте оно не удовлетворяло моим запросам».
В Иллинойсе ученый проработал три года, и очень успешно. Но затем последовало предложение из медицинской школы университета Джорджа Вашингтона (штат Вашингтон), где Дю Виньо сразу же получил должность профессора и возглавил биохимический факультет. В новый университет за ним последовали также многие исследователи из его рабочей группы. Здесь ученый продолжил свои исследования инсулина и частично цистина. Важным направлением его деятельности в университета Джорджа Вашингтона были также начатые им исследования в области химии биотина.
В 1920-х – начале 1930-х гг. многие исследователи отмечали, что крысы, питавшиеся только яичным белком и не получавшие других белков, имели некоторые неврологические проблемы, кроме того, у них значительно ухудшалось состояние их кожных покровов. Сбалансированная диета разрешала эти проблемы. Витамин, которого так не хватало крысам в первой диете, назвали витамином Н. Известный биохимик Поль Джорджи (Paul Gyo..rgy) обратился к Дю Виньо с просьбой идентифицировать это вещество. В 1936 г. похожее вещество неожиданно было изолировано другими исследователями и идентифицировано как производное биотина (серосодержащего вещества, необходимого для деления клеток дрожжей). Последовательные эксперименты Дю Виньо в этом направлении показали, что выделяемый из ткани печени и молока биотин является коферментом. Он принимает участие в клеточном дыхании, причем идентичен по структуре и свойствам веществу, известному как витамин Н. Биотин сразу же был добавлен в список жизненно важных витаминов группы В. Как оказалось, в яйцах существует белок авидин, который плотно связывается с биотином и таким образом препятствует его усвоению живыми организмами.
В университете Джорджа Вашингтона важным направлением работы Дю Виньо было также создание новой учебной программы по биохимии для студентов-медиков.
С 1938 г. научная деятельность ученого переместилась в стены Корнеллского университета в Нью-Йорке, куда он был приглашен на должность профессора биохимии и декана биохимического факультета медицинского колледжа. Этот медицинский центр стал для него настоящим научным домом на оставшееся время академической карьеры. Сюда он взял с собой в штат пять сотрудников из университета Джорджа Вашингтона для продолжения исследований. В своих воспоминаниях ученый отмечал, что каждый раз, переезжая из одного университета в другой, он брал с собой сотрудников со старого места работы, по его образному выражению, «это как пересадка дерева – она должна быть обязательно с кусочком земли из старого места».
Именно в Корнеллском университете ученый осуществил свою наиболее признанную научной общественностью работу по определению структуры и синтезу окситоцина. Синтезированный им гормон был успешно испытан в клинических условиях на женщинах для стимуляции родов. Дальнейшие исследования в области биологически активных гормонов он проводил для установления возможностей замещения одних аминокислот на другие в ряде исследованных им структур. Параллельно он продолжал изучать биотин, метаболизм аминокислот и др.
Работа ученого в Корнеллском университете была отмечена самыми высокими наградами: медалью Николса Американского химического общества (1945), премией Бордена по медицинским наукам, премиями Осборна и Менделя Американского института питания (1953), медалью Чарльза Фредерика Чендлера Колумбийского университета (1956), медалью Уилларда Гиббса (1956) и Нобелевской премией.
С 1967 по 1975 г. ученый был профессором химии Корнеллского университета в Итаке. Дю Виньо также являлся членом советов Рокфеллерского института медицинских исследований, Национального института артрита и метаболических болезней и Исследовательского института здоровья в Нью-Йорке, президентом Гарвеевского общества, Американского общества биологической химии и председателем совета Федерации американских обществ экспериментальной биологии.