БИООГТАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 1995, том 21, № 8, с. 590 - 595
УДК 547.466.22
СИНТЕЗ ОКТАДЕЦИЛОВЫХ ЭФИРОВ ГИСТИДИНСОДЕРЖАЩИХ ТРИПЕПТИДОВ В КАЧЕСТВЕ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА РАСТЕНИЙ
© 1995 г. Ан. А. Огрель, Е. Н. Звонкоиа, Р. Г. Гафуров*
Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М В. Ломоносова,
117571, Москва, просп. Вернадского, 86; * Институт физиологически активных веществ РАН,
г. Черноголовка Московской обл. Поступила в редакцию 11.05,94 г. После доработки 02.03.95 г.
Синтезированы октадециловые эфиры да- и трипептидов строения РИе-!^, Уа1-№5, Р(1е-Уа1-Ш5 и Уа1-РНе-Н)$ с применением различных методов. С использованием компьютерных программ минимизации рассчитаны наиболее энергетически выгодные конформации этих пептидов и проведен их сравнительный анализ с известным регулятором роста растений - паклобутразолом. Показано, что удлинение пептидной цепи приводит к более точному топохимическому соответствию пептидных производных паклобутразолу, чем это имеет место для производных аминокислот.
Ключевые слова: гиапидин, валин, фенилаланин, октадециловые эфиры пептидов, регуляторы роста растений.
Поскольку аминокислоты и их производные нашли применение в качестве средств защиты растений [1], в последнее время активно проводятся работы по созданию новых высокоактивных соединений на базе ди- и трипептидов. Развитию этого направления в пестицидной химии также способствовало и обнаружение природных пептидов, проявляющих различные рострегулирующие свойства. Примером может служить широко известный фунгицид и гербицид биалафос - трипеп-тид состава L-2-ам и н о-4 -(ги дро кс и (м ети л )фо с ф и -ноил)бутирид-£-аланил-/.-алашш, выделенный из водорослей. Особенность этого пестицида заключается главным образом в его безвредности для окружающей среды: он легко разлагается и усваивается почвенной микрофлорой, нетоксичен для пчел и рыб и не вызывает отдаленных последствий у теплокровных [2J. В настоящее время в качестве регуляторов роста растений применяются также синтетические олигопептиды и их производные, например Л-Aja(Val)-де ги д ро- Phe-G I у -OEt [3].
Как нами отмечалось ранее [4], для обеспечения высокой ретардантной активности важную роль играет наличие в одной молекуле регуля-
Сокращения: IBC - изобутилхлоркарбонат, NMM - N-ме-тилморфолин, HOBT - 1-гидроксибензотриазол, ONp -я-нитрофенилокси. Вот - бензилоксиметил, Dnp - 2,4-ди-нитрофенил, Ode - октадецил, TFA - трифторуксусная кислота.
тора разветвленной гидрофобной, ароматической и азольной групп, а также высшей алифатической цепи. В настоящей работе мы провели, как это было сделано нами ранее для производных гистидина [4 j, компьютерный расчет энергетически наиболее выгодных конформаций некоторых октадециловых эфиров трипептидов и производных дипептидов, содержащих вышеназванные функциональные группы, с целью отбора объектов синтеза. Критерием отбора служило максимальное топохимическое соответствие рассчитанных структур паклобутразолу (4,4-диме-тил-2-( 1,2,4-триазолил-1 )-1 -(4-хлорфенил)пента-нол-3), который был выбран нами в качестве эталона [5]. Расчет проведен на компьютере IBM РС/АТ-286 по программе Alchemy II (TRIPOS Associates St. Louis, Mo., SIGMA Chemical Company, каталог 1991 г., № A 9806). При минимизации использовался сопряженно-градиентный алгоритм, причем минимизируемая функция - энергия - зависит от длин связей, валентных и торсионных углов, изгиба плоских структур и ван-дер-вааль-совых взаимодействий. Критерии остановки расчета: 1) достигнут предел количества итераций -3200; 2) энергия после очередной итерации изменилась менее, чем на заданную величину порога, которая для расчетов принимается равной 0.01; 3) градиент энергии не превышает квадрата величины порога, т.е. 0.0001.
Отбор выгодных конформеров осуществлялся путем взаимного совмещения на дисплее компьютера (5,^')-паклобутразола и рассчитанных пептидных молекул с наиболее выгодной конформа-цией. Визуальные сопоставления показали, что более точное топохимическое соответствие пак-лобутразолу наблюдается в случае ди- и особенно трипептидов по сравнению с производными гистидина, которые были рассмотрены нами в работе [4] с аналогичных позиций (ср., например, (а) и (б) с (в) на рисунке). Это можно объяснить тем, что конформационные возможности производных аминокислот существенно отличаются от возможностей ди- и трипептидов в связи с появлением у последних наряду с ближними также средних взаимодействий между соседними по цепи аминокислотными остатками. Это позволяет пептидным фрагментам принимать компактные свернутые и полусвернутые структуры, стабилизированные дополнительными взаимодействиями между звеньями основной цепи. Эту способность мы наблюдали также при изучении поведения гидрофобных пептидов в фосфолипидом бнслое [6], Поэтому в качестве объектов исследования мы выбрали октадециловые эфиры дипеп-тидов Z-Vai-His и Boc-Phe-His и трипептидов Val-Phe-His и Phe-Val-His.
На основании компьютерного анализа мы предположили, что преимущества предложенных нами пептидных биорегуляторов перед аминокислотными могут основываться на следующем: 1) пептидные соединения могут проявить более высокую активность, так как они в большей степени соответствуют пространственной структуре паклобутразола, 2) пептиды должны быть менее токсичны, поскольку ксенобиотические (неприродные) Z- и Вос-группы, обеспечивающие для производных гистидина структурное сходство с паклобутразолом [4], заменены в ди- и трииеп-тидах на остатки аминокислот, содержащие соответствующие заместители.
Как известно из биохимии растений, различные фитогормоны могут проявлять разные свойства в зависимости от места действия в растении. Поэтому для изучения путей метаболизма пептидных биорегуляторов нами был также осуществлен синтез октадециловых эфиров пептидов на основе Na-Boc, №т-Опр-гистидина, где хромофорная динитрофенильная группа может служить удобным маркером.
Синтез осуществлялся ступенчатым наращиванием цепи с С-конца (см. схему). В качестве исходных соединений использовались синтезированные нами ранее [4] октадециловые эфиры производных гистидина (I) - (III). Для синтеза пептидов был применен метод активированных п-ни-трофениловых эфиров. Как известно [7], использование в этом методе в качестве исходных соеди-
Компыотерное изображение энергетически наиболее выгодных конформаций (^.^-паклобутразола (в) и октадециловых эфирон Z-His(tíoc) (а) и Va!-Phe-His (б).
нений трифторацетатов аминокислот приводит к необратимому ацилированшо последних трифто-руксусной кислотой, что существенно снижает выход целевого продукта. Поэтому после стадии снятия Вос-защитных групп с соответствующих октадециловых эфиров 50% трифторуксусиой кислотой в хлористом метилене полученные соли обрабатывали 5% водным раствором бикарбоната натрия. Получали деблокированные с N-конца исходные соединения (IV) - (V), (XII) - (XIV). Выходы дипептидов (VII) - (X) и трипептидов (XV) - (XVII) при этом составляли около 80%. Вопреки сложившемуся мнению о невысокой реакционной способности л-нитрофениловых эфиров все реакции завершались в течение 4 ч. По-видимому, это можно объяснить автокаталитическим влиянием имидазольной группы гистидииа [8J.
Интересно, в 1Н-ЯМР-спектрах соединений, содержащих Bom-защитную группу имид-азольного цикла гистидина, наблюдаются две группы сигналов от двух протонов метиленовой группы гистидина, что говорит о неэквивалентности этих протонов.
Таким образом, нами был успешно применен метод активированных л-нитрофениловых эфиров для синтеза октадециловых эфиров гистидин-содержащих ди- и трипептидов.
Соединения (I), (XI), (XVIII) и (XIX), а также паклобутразол испытывались в Институте физиологически активных веществ РАН на проростках огурца, пшеницы, гороха и некоторых других
592
ОГРЕЛЬ и др.
Хаа
Yaa
Шк
R-R-
R-
■он н-
R-
■он н-
(1-Ш)
R1
-- OOde
(VII - XI)
(XII - XIV)
, RI
¿- OOde
(IV - VI) R1
- OOde
R1
OOde
(XV - XIX)
k1
^- OOde
Соединение Хаа Yaa R R! Метод или реагент Выход, %
(D - - Z Boc - -
(Н) - - Boc Вот - -
(III) - - Bol- Dnp - -
(IV) - - - Вот ТРА >90
(V) - - - Dnp ТТА >90
(VI) - - - Boc М-Репеу 85
(VII) - Va! Z Boc ОЫр-эфир 79
(VIII) - Phe Boc Вот 01Мр-эфир 83
(IX) - Phe Boc Dnp О^-эфир 82
(X) - Val Boc Вот ОГЧр-эфир 78
(XI) - Plic Boc H №-Кепеу 73
(XII) - Phe - Вот ТРА >90
(ХШ) - Phe - Dnp ТРА >90
(XIV) - Val - Вот ТРА >90
(XV) Val Phe Boc Вот ОИр-эфир 75
(XVI) Val Phe Boc Dnp ОИр-эфир 79
(XVII) Phe Val Boc Вот ОКр-эфир 81
(XVIII) Val Phe Boc H №-Яепеу 70
(XIX) Phe Va! Boc н №-кепеу 72
Схема.
растений в интервале концентраций 10~" - 1СН М, в котором действуют природные фитогормоны. Активность оценивали по изменению длины (веса) в процентах по отношению к контрольным растениям в сериях из 50 - 70 опытов (табл. 1 - 3).
Результаты предварительных испытаний показали, что данные соединения проявляют искомую ретардантную активность; некоторые из них стимулировали на 25 - 40% увеличение веса проростков гороха (табл. 2). Анализ полученных результатов показывает, что с удлинением пептидной цепи в ряду соединений (I), (XI) и (XVIII) происходит усиление ретардантной активности (концентрация 10~6 М) при отсутствии гербицид-ного эффекта в отношении огурца "Либелла" (табл. 1). Это подтверждает правильность выводов, сделанных на основании результатов компьютерного расчета. Синтезированные соединения в отличие от паклобутразола не проявили фитоток-сичности в тесте на всхожесть семян (табл. 3). Более подробную информацию об этих испытаниях предполагается дать в наших дальнейших публикациях.
Таким образом, проведенные исследования позволяют рассматривать октадециловые эфиры производных гистидина и гистидинсодержащих пептидов в качестве потенциальных регуляторов роста растений.
Авторы глубоко признательны А.А. Махму-товой (ИФАВ РАН) за помощь в проведении испытаний.
ЭКСПЕРИМЕНТ АЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали аминокислоты и их производные ¿-ряда (Кеапа!, Венгрия); изобутилхлор-карбонат, 1-гидроксибензотриазол, N-мети л мор-фолин (АЫпсЬ, США). В ходе синтеза испол
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.