Изотопный обмен в молекулах аминокислот и белков
Изотопный (1Н-2Н)и (16О-18О)-обмен в молекулах аминокислот и белков
Очень действенным подходом для препаративного получения [2H]аминокислот является селективное замещение определённых просто обмениваемых на дейтерий ароматичных протонов в бензольном кольце фенилаланина и тирозина, в индольном кольце триптофана и в имидазольном кольце гистидина, как в виде личных аминокислот, так и в составе аминокислотных остатков в белках [47, 48].
Реакция изотопного (1Н-2Н)-обмена протекает по механизму электрофильного замещения и затрагивает только определённые, более чувствительные к замещению протоны в ароматичных аминокислотах. Этим способом могут быть получены в граммовых количествах L-[2,3,4,5,6-2Н]фенилаланин в 85% 2H2SO4 при 500 C, L-[3,5-2H]тирозин в 6 н. 2H2SO4 при слабеньком кипячении раствора, L-[2,4,5,6,7-2H]триптофан в 75% [2H]трифторуксусной кислоте при 250 С и L-[2-2H]гистидин в 6 н. NaO2H при 800 С.
Вследствие того, что замещаемые на дейтерий протоны в молекулах белков крепко связаны с атомами углерода и тяжело обмениваются на дейтерий в мягеньких критериях, способ несколько лимитируется из-за непостоянности белков в жестких критериях (85-90% НCl/H2SO4, 80-1000 C), нужных для проведения реакции изотопного обмена [49]. Не считая того, проведение изотопного обмена в более жёстких критериях сопровождается рацемизацией аминокислот. Избежать этого позволяет конкретное введение приобретенных за счёт (1Н-2Н)-обмена дейтерированных аналогов аминокислот — L-[2,3,4,5,6-2Н]фенилаланина, L-[3,5-2H]тирозина и L-[2,4,5,6,7-2H]триптофана в молекулы личных белков, к примеру, в бактериородопсин, синтезируемый бактерией Halobacterium halobium [50].
Не так давно разработан новый способ получения умеренно меченых ?-[2H]аминокислот (глицин, аланин, валин, изолейцин, серин, треонин, пролин, гистидин) реакцией высокотемпературного твёрдофазного каталитического изотопного обмена [51, 52]. В согласовании с этим способом L-аминокислота в протонированой форме реагирует с газообразным дейтерием при 200-2500 С в присутствии высокодисперстного катализатора группы платины (Pt, Pd, Rh), и неорганического носителя (BaSO4, CaCO3, Al2O3).
При помощи изотопного обмена можно также получать и [18O]аминокислоты. Для этого употребляют реакцию изотопного (16О-18О)-обмена по атомам кислорода карбоксильных СООНгрупп в молекулах аминокислот в присутствии Н218О в качестве источника метки [53]. Внедрение этого способа лимитируется высочайшей ценой приобретенных таким методом [18О]аминокислот. Но, он стопроцентно оправдывает себя при проведении бессчетных биомедицинских исследовательских работ с применением синтезированных [18O]аминокислот, потому что они, в отличие от их дейтерированных аналогов, размеренны по отношению к оборотному изотопному обмену. К примеру, [18О]аминокислоты размеренно существовали в плазме крови в течении нескольких дней после инъекции: оборотный изотопный (18О-16О)-обмен по карбоксильным положениям в молекуле [18О]тирозина и других [18O]аминокислот проявлялся только при долговременной инкубации клеток крови с питательной средой [54].