logo

logo

logo

logo

logo

الببتيدات

ببتيدات

peptides -

 الببتيدات

الببتيدات

اصطناع الببتيدات

 

الببتيدات Peptides هي بوليمرات حموض أمينية يراوح طولها من الصغيرة التي تبدأ من ارتباط حمضين أمينيين إلى الكبيرة التي يصل عدد الحموض في السلسلة إلى 50 حمضاً، ويمكن تقدير طول الببتيد بتعيين وزنه الجزيئي، فعند ارتباط حمضين أمينيين متماثلين أو مختلفين تكافئياً برابطة أميدية مشتركة تسمى الرابطة الببتيدية peptide bond، يسمى المركّب الناتج ببتيداً ثنائياً dipeptide.تتشكل الرابطة الببتيدية _عموماً_ عند نزع الماء من هدروكسيل الزمرة الكربوكسيلية لأحد الحمضين ذي الصيغة العامة () ونزع هدروجين الزمرة الأمينية للحمض الثاني ذي الصيغة العامة)؛ ويتكون ببتيد ثنائي.

ولعل أبسط مثال على ذلك ترابط جزيئي غليسين معاً، حيث يتم التفاعل بفقد جزيء ماء يسهم فيه كل من الجزيئين (المعادلة 1):

 
                                          غليسيل غليسين

يمكن بشكل مشابه أن تتحد ثلاثة حموض أمينية برابطتين ببتيديتين لتعطي ببتيداً ثلاثياً tripeptide، وهكذا تتكوّن الببتيدات الرباعية tetrapeptides من أربعة حموض أمينية مرتبطة بثلاث روابط ببتيدية، وهلم جرّاً.

وعندما ترتبط مجموعة عشرة حموض أمينية بالطريقة نفسها يطلق على البنية المتشكلة اسم أوليغوببتيد oligopeptide؛ أي قليل الببتيد (يقال اصطلاحاً: إن الببتيدات التي وزنها الجزيئي من رتبة 10000 هي قليلات الببتيد. أما الببتيدات ذات الوزن الجزيئي الأعلى؛ فهي بروتينات).

يطلق مصطلح باقية الحمض residue على الحمض الأميني بعد فقدانه هدروكسيل زمرته الكربوكسيلية وهدروجين الأمين فيه وفي أكثر الأحيان يكون من الأسهل كتابة بنية متعدد الببتيد بذكر باقيات الحموض الأمينية معبراً عنها برموزها، وبهذا يمكن كتابة غليسيل غليسين على النحو: غلي غلي (gly-gly)، كما يسمى الحمض الأميني في طرف الجزيء المحتوي على زمرته الكربوكسيلية حرة؛ حمض «النهاية الكربوكسيلية» أو «النهاية »، ويسمى الحمض في الطرف المقابل من الجزيء والمحتوي على زمرته الأمينية حرة حمض «النهاية الأمينية» أو «النهاية». وبحسب العرف تكتب باقية الحمض الأميني الحدي
(ذي الزمرة الأمينية الحرة) في الطرف الأيسر من الصيغة في حين تكتب باقية الحمض الأميني الحدي (ذي الزمرة الكربوكسيلية الحرة) في الطرف الأيمن.

يتماسك الببتيد بوصلات ببتيدية (كما هو مبين في الشكل 1). وبينت دراسات أشعة X أن زمرة الأميد الكاملة هي زمرة مستوية؛ إذ يتوضع كربون الكربونيل، والآزوت (النتروجين) والذرات الأربع المتعلقة بهما كلها في مستوٍ واحد. ويدل الطول الصغير للرابطة كربون نتروجين (132 بيكومتراً بالمقارنة مع 147 بيكومتراً من أجل الرابطة الأحادية العادية كربون– نتروجين) على أن للرابطة كربون- نتروجين خاصية رابطة ثنائية إلى درجة كبيرة (نحو 50 %).

 

الشكل (1) (أ) أطوال الروابط، (ب) وزواياها

 

اصطناع الببتيدات

يتم اصطناع الببتيدات الطبيعية في خلايا الكائنات الحية بالآلية التي يتم بها الاصطناع الحيوي للبروتينات نفسها؛ وفق شيفرات وراثية genetic codes محددة وثابتة. وتتصف المنظومات البيوكيميائية الطبيعيّة بأنها أكفأ في تكوين متعددات الببتيد مما يمكن إجراؤه في المخبر. فعند اصطناع هذه المركّبات مخبرياً يتم ذلك بطرائق كيميائية خارج الخلايا الحية، وهي غالباً ما تستخدم عقاقير طبية عندما يكون لها فعالية حيوية أو عند تشخيص الأمراض. ترافق الاصطناع الكيميائي للببتيدات صعوبات كبيرة، فمن الضروري التأكد من أن الحموض الأمينية قد ارتبطت في بنية الببتيد المصنع بالترتيب الصحيح وأنها لن تدخل بتفاعلات جانبية أخرى.

تستلزم العملية في كل مرحلة من الاصطناع إضافة حمض أميني واحد يليها استبعاد أي كمية لم تتفاعل من هذا الحمض. يتم بعدها إضافة الحمض التالي وهكذا ...، وبالتالي يمكن تخيُّل مدى صعوبة العملية؛ فإنها ستكون بطيئة جداً وذات مردود منخفض. وتدعى هذه الطريقة طريقة اصطناع الببتيدات بالطور السائل
liquid-phase peptide synthesis.

إن الطريقة التي اكتشفها العالم الأمريكي روبرت بروس مريفيلد Robert Bruce Merrifieldعام 1959 والمسماة «اصطناع الببتيدات بالطور الصلب»
(
SPPS)Solid-Phase Peptide Synthesis تعتمد على ربط أحد طرفي الببتيد المراد اصطناعه مع جزيء بوليمر صلب مثل متعدد الستايرين polystyrene؛ مما يجعل هذا الببتيد غير قابل للانجراف مع فائض الحمض المضاف الذي لم يتفاعل، ويجب جرفه بعيداً. إن هذه الطريقة الأحدث والمقترحة للاصطناع الكيميائي للببتيدات أفضل بكثير من الطريقة التقليدية القديمة بالطور السائل، وأدت إلى نتائج رائعة سريعة ودقيقة. وهذه الطريقة هي المقبولة حالياً لاصطناع الببتيدات والبروتينات في المخبر.

فالببتيد المرتبط بدعامة صلبة غير منحلة في أي عامل؛ لن يعوق إزاحة العوامل التي لم تتفاعل بعملية غسيل بسيطة عند انتهاء أي عملية اصطناع. وهذا يؤدي إلى تقصير الوقت اللازم للاصطناع. إن أكثر شكلين شيوعاً للتطبيق هما نموذج مريفيلد ونموذج شبارد Sheppard الذي اقترحه عام 1975. إن النموذجين متماثلان من حيث المبدأ، ولا يختلفان إلا بطريقة الحماية.

يختار البوليمر بحيث ينتفخ بفعل المذيبات المستعملة في الاصطناع، ويصبح حجمه أكبر من حجمه الأصلي بعدة مرات. وبهذا لا يتم التفاعل على سطح جسم صلب قاسٍ، وإنما تتغلغل المواد المتفاعلة داخله ما يسمح للببتيد أن يتنامى، ويستعمل فائض من المواد ما يسمح بإتمام التفاعل أسرع وبنقاوة عالية.

تشمل عملية الاصطناع تكرار عدة خطوات متعاقبة يلخصها الشكل (2):

 

الشكل (2) هندسة الاتصال الببتيدي.

 

المرحلة الأولى: تعليق الحمض الأميني على البوليمر

يقوم جزيء كيميائي مناسب يسمى «عامل الربط linkage agent» بالارتباط بأحد طرفيه مع الحمض الأميني المتفاعل وبطرفه الآخر مع سلسلة البوليمر الصلب الداعم؛ بحيث تتحقق عملية توضع الحمض على جزيء البوليمر (الشكل 3).

 

الشكل (3)

المرحلة الثانية: حماية الزمرة الثانية في الحمض الأميني

الحمض الأميني هو حمض يحوي زمرة أساس في أحد طرفيه وزمرة حمضية في الطرف الآخر، ولمنع هاتين الزمرتين من تفاعلهما معاً في الحمض نفسه؛ يجب مفاعلة إحدى هاتين الزمرتين على نحو يجعلها غير قادرة على التفاعل، مثل مفاعلة الزمرة الأمينية للحمض الأميني السيرين لمنع تفاعلها مع الحموض مع المركّب (tBu) tert butyl group (الشكل 4).

 

الشكل (4)

المرحلة الثالثة: الاقتران Coupling

ينضم الحمض الأميني الذي تمت حماية إحدى زمرتيه بوساطة زمرته الوظيفية الأخرى إلى الحمض الأميني المرتبط مع البوليمر لتبدأ بذلك عملية بناء السلسلة الببتيدية.

المرحلة الرابعة: نزع الحماية Deprotection

يتم في هذه المرحلة نزع زمرة الحماية من الحمض الكائن في الطرف الذي أضيف إلى السلسلة الببتيدية، وتتحرر الزمرة التي كانت محمية لتصبح قابلة للارتباط مع الحمض التالي. تتم حماية الحمض الأميني الجديد (وفق المرحلة الثانية)؛ ليتم ربطه إلى السلسلة بشكل دوري، ويستمر تكرار المراحل الثانية والثالثة والرابعة حتى تتشكل السلسلة الببتيدية المطلوبة.

المرحلة الخامسة: فصل البوليمر Polymer removal

بعد انتهاء تصنيع الببتيد؛ يغسل البوليمر بفائض من الكاشف dicyclohexylcarbodiimide (DCC) 1.3 مع الماء، عندئذٍ يتم نزع الحماية بوساطة حلقة البيبريدين piperidine التي تدخل في بنية الكاشف DCC.

ويتم فصم الرابطة بين الببتيد والبوليمر باستخدام عامل مناسب مثل محلول ثلاثي فلورو حمض الخل CF3COOH،(TFA) trifluoroacetic acid (الشكل 5).

 

الشكل (5)

ليس من تعميم يمكن استخدامه في تحديد الحجوم والأوزان الجزيئية للببتيدات الطبيعية؛ إذ تراوح قيَم هذه المعطيات في مجال واسع بحسب وظائفها الحيوية. وقد درست الببتيدات في الغالب على أنها خطوة لفهم البروتينات؛ أكثر المواد تعقيداً. وعلى كل تُعدّ الببتيدات ذات أهمية في تأثيرها الخاص. فالببتيد الثلاثي غلوتاتيون يوجد في معظم الخلايا في حين يتألف كورتيكوتروبين من 39 باقية حمض أميني، وهو أحد مكونات هرمون الأدرينوكورتيكوتروبيك (Adrenocortropic (ACTH). ومن المعروف أن الببتيد التسعي الأكسيتوسين هو هرمون النخامة الخلفية، وهو المسؤول عن تقلصات الرحم. وتدل الدراسات على أن لهذا الببتيد الصغير نسبياً تأثيرات واسعة المجال في الرغبة في التفاعل الاجتماعي والجنسي في الثدييات (الشكل 6).

 

الشكل (6)

ومن الببتيدات ما له من الصفات التي تسمح باستخدامه في صناعة مستحضرات التجميل، مثل مركّب بالميتوئيل- بنتاببتيد palmitoyl-pentapeptide، والذي له تأثير محرض لاصطناع الكولاجين المرمِّم للبشرة.

كما أن هناك متعددات ببتيد غير نوعية unspecific تستخدم في الصناعات التجميلية والفعالة على البشرة كالتي تنجم عن بروتينات فول الصويا أو نواتج حلمهة بروتينات الحليب؛ بحسب الشركات المهتمة بتحضير مستحضرات التجميل.

وهناك أمثلة كثيرة عن وجود الببتيدات الطبيعية في المصادر الحيوية وهي كثيرة العدد ومتعددة الانتشار والوظائف الحيوية.

أحمد مالو

 

مراجع للاستزادة:

- E. Atherton and R. C. Sheppard, Solid Phase Peptide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press, 1989.

- L. A. Caprino, 1-hydroxy-7-azabenzotriazole. an efficient peptide coupling additive, J. Am. Chem. Soc. 115 (4397- 4398),1992.

- J. M. Stewart and J. D. Young, Solid Phase Peptide Synthesis, Pierce Chemical Company, 1984.

 


التصنيف : الكيمياء والفيزياء
النوع : الكيمياء والفيزياء
المجلد: المجلد الرابع
رقم الصفحة ضمن المجلد :
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 528
الكل : 29646221
اليوم : 26231