Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Значительное укорочение длин пептидной и сложноэфирной связей по сравнению с чисто ординарными связями того же гибридного типа ставит вопрос о конфигурационной изомерии соответствующих молекул1. Причина уменьшения межатомных расстояний N-(0) и О-С(О) обусловлена повышением порядка этих связей, возникающим в результате дополнительного взаимодействия неподеленных пар электронов атома (и) N или Осrt-электронами 0=0. Максимального стабилизирующего эффекта и, следовательно, наибольшего л-порядка связи, очевидно, следует ожидать, когда ось орбитали одной пары и-электронов азота, в первом случае, и ось суммарной составляющей орбиталей двух пар л-электронов кислорода, во Втором, будут параллельны оси орбиталей л-электронов карбонильной 1руппы. Таким образом, общие соображения приводят к заключению о возможном существовании пептидных и сложноэфирных групп в двух энергетически самых предпочтительных ротамерных формах (рис. II. 1), получивших название "транс-" и "цмс-конфигурации".
Са О Са Са
\ # \ /
N—С N—С.
/ \ / ^
11 С“ Н О
a 0
с. II. 1. Конфигурации пептидной атомной группы транс- (to = 180°), б - цис-(О) = 0°), to - двугранный угол вращения вокруг связи N-C’
1 Принятое в литературе понятие "конфигурация" по отношению к пептидной и слож-гИоэфирной группам, строго говоря, не является полностью оправданным, так как переход щ одной формы в другую происходит у них без разрыва химических связей В данном ®Лучае этот термин подчеркивает стабильность плоских форм и, следовательно, большую величину разделяющего поворотные изомеры потенциального барьера
Пептидные и сложноэфирные группы в плоской или почти плоской ццс. конфигурации (со = 0°) обычно реализуются в небольших циклических системах. Только такая изомерная форма возможна у обеих групп в шестичленных циклах 2,5-дикетопиперазина, 2,5-дикетоморфолина и их
I I
3,6-производных; она обнаружена во всех лактамах (CH2)„_2CONH и лак-
I------1
тонах (СН2)„_2СООс размером цикла л =? 8. При увеличении числа звеньев
в лактамных и лактонных кольцах пептидная и сложноэфирная группы приобретают плоскую или близкую к плоской транс-конфигурацию (со = = 180°). Циклический тетрапептид capкозин имеет две амидные группы в
I------------------
цис- и две в транс-форме. В циклогексапептиде Gly-Gly-D-Ala-D-Ala--------1
-Gly-Gly четыре группы реализуются в цис- и две - в транс-конфигурации. В циклотетрадепсипептидах (например, (Gly-Glyco)2, (MeAla-- Lac)2 с DDDD-, DDDL-, DLLD-, LDLD- и LDDD-конфигурациями атомов С“, D-Hylv-L-Melle-D-Hylv-L-MeLeu) обе сложноэфирные группы находятся в транс- , а промежуточные пептидные - в цмс-форме; депсипептидные циклы больших размеров (энниатины, валиномицин и др.) содержат все группы только в транс-конфигурации.
Ациклические амиды, как правило, имеют транс-формы. Она наблюдается у карбоксильной и сложноэфирной групп в молекулах простых кислот и эфиров. Доминирует эта форма и в составе сложных соединений с открытыми цепями; пептидные группы только в транс-конфигурации обнаружены практически у всех исследованных аминокислотных последовательностей линейных полипептидов и белков. Нередко, однако, встречаются случаи, когда ациклические простейшие амиды и пептиды реализуются в двух формах - цис- и транс- или даже только в цмс-форме. Положение конфигурационного равновесия зависит от заместителей при атоме N, их объема и строения, а также от природы растворителя. У монозамещенных N-алкилформамидов содержание цис-конфигурации растет симбатно с увеличением объема N-заместителя. Так, у N-метил-формамида в растворе бензола ц«с-изомер составляет около 8%, N-этил- -12% и N-трет-бутилформамида - 18%, что объясняется невалентными взаимодействиями алкильного радикала с атомом кислорода. С этой же причиной связывают повышение содержания цис-формы у N-mpem-бутил-формамида до 63% в растворе серной кислоты, поскольку происходящая в этой среде протонизация карбонильного углерода увеличивает его эффективный радиус. С действием стерического эффекта согласуется и резкое возрастание (по сравнению с N-алкилформамидами) содержания цис-конфигурации у соответствующих тиоаналогов.
Взаимодействия валентно-несвязанных атомов, возможно, являются причиной смещения конфигурационного равновесия. Тем не менее, только этим фактором нельзя объяснить экспериментальные данные. Более того, имеющийся материал свидетельствует о том, что стерический эффекТ не оказывает решающего влияния на содержание транс- и цыс-изомеров
В противном случае трудно было бы, например, понять безусловное премирование транс-конфигурации у тех же N-алкилформамидов, в молекулах которых стерические взаимодействия более благоприятствуют цис-форме. N-Алкилацетамиды реализуются, как правило, в m/занс-конфигурации. В полярных и неполярных средах только в этой форме обнаружены pj-метил-, N-этил-, N-пропил- и N-трет-бутилацетамиды. Однако доля цис-формы значительно возрастает у фенилацетамидов. Так, у N-трет-бутилфенилацетамида в СС14 содержание цмс-конфигурации составляет 70%, у N-и-толилфенилацетамида - 90%; исключительно в цмс-форме находится в этих условиях N-о-толилфенилацетамид. Замещение N-алкильного радикала в ацетамидах на ароматическую группу также смещает равновесие в сторону ццс-изомера. Содержание ацетанилида в цис-конфигурации изменяется в растворе хлороформа с 45 до 73% при увеличении концентрации от 1,5 до 52 мол. %. Рост цис-изомера скорее всего связан не с изменением константы равновесия транс-, цис-мономеров в пользу последнего (что маловероятно и, кроме того, противоречит данным ИК-спектров), а с образованием ассоциатов, среди которых преобладают кольцевые димеры цис-формы с двумя водородными связями.
