الببتيدات Peptides ( التركيب الكيميائي – التسمية – طرق التحضير)

تركيب الببتيدات Structure of peptides

– الببتيدات عبارة عن أميدات تكونت نتيجة للتفاعل بين المجموعة الأمينية التي في وضع ألـفـا (a-Amino group) لأحـد جزيئـات الأحماض الأمـيـنـية مع المـجـمـوعـة الكربوكسيلية التي في وضع ألفا لحمض أميني آخر.

– كلمة ببتيد أتت من كلمة يونانية بمعنى هضـم (حيث إن الببتيدات اكتشفت للمرة الأولى من عمليات هضم البروتينات).

– تتصـل الأحماض الأمينية بعضها ببعض عن طريق وصلة ببتيدية (Peptide linkage).

 – اعتماداً على عدد الأحماض الأمينية لكل جزيء فإن الببتيدات تعرف بأنها ببتيدات ثنائية (Dipeptide)، أو ببتيدات ثلاثية ( Tripeptides) . . . الخ حتى تصل إلى الببتيدات العديدة (Polypeptides) وهذه تحتوي على عشرة أحماض أمينية أو أكثر.

–  يصل الوزن الجزيئي للببتيدات العديدة إلى عشرة آلاف.

– جميع الببتيدات غير الحلقية توجد فيها كل من مجموعة N-Terminal end). ⁺NH₃) ومجموعـة ^–COO بشكل حر (C-Terminal). وقد اصطلح على أن تكون المجموعة الأمينية الحرة (N-Terminal unit) على الطرف الأيسر والمجموعة الكربوكسيلية الحرة (C-Terminal unit) على الطرف الأيمن. 

– إن عمل الببتيدات الحيوي داخل الجسم يعتمد على نوع الأحماض الأمينية الداخلة في تركيبها. فهي تعمل كهرمونات أو مضادات حيوية وهي كذلك أساس في تركيب البروتينات.

تسمية الببتيدات Nomenclature of peptides

– وكل حمض أميني داخل في تركيب الببتيد تتم تسميته باستبدال النهاية ine- في الحمض الأميني الأساسي بـ yl-. ويستثنى من ذلك الحمض الأميني (الواقع في أقصى اليمين) الذي تحتوي نهايته على مجموعة كربوكسيلية حرة فيبقى متخذاً اسم الحمض الأميني.

– أما اختصار أسماء بأحرف ثلاثة فهي مشتقة من الأسماء الشائعة للمركبات التي تبني الببتيدات أو البروتينات. 

تحضير الببتيدات Preparation of peptides

بلمرة الأحماض الأمينية

– أبسط الطرق لتحضير الببتيدات المتجانسة هي بلمرة الحمض الأميني، ويتكون البوليمر المتجانس الناتج من مخلوط من الببتيدات المختلفة الطول.

– وبالرغم من أن هذا التحضير لا يتكون بصورة طبيعية إلا أن طريقة التحضير الاصطناعية هذه تؤدي إلى فهم بعض الخصائص الفيزيائية والطيفية للبروتينات. 

ولكن عند محاولة تحضير ببتيد مكون من حمضين أمينيين مختلفين فإن الوصلة الأميدية (Amide linkage) بين مجموعة الكربوكسيل للحمض الأول والمجموعة الأمينية للحمض الثاني محتمل أن تتكون بعد تنشيط مجموعة الكربوكسيل للحمض الأول بتحويلها إلى هاليد الأسيل (Acyl halde) ومن ثم نضيف الحمض الأميني الثاني . هذا التفاعل يمكن أن يتم بسهولة بين حمض عضوي وأمين عضوي.

عيوب بلمرة الأحماض الأمينية

– إلا أنه عند تطبيق ذلك على الحمض الأميني بتحويله إلى هاليد الأسيل فإنه يحدث بلمرة لجزيئات ذلك الحمض وبذلك لا يمكن الحصول على ببتيدات ثنائية بهذه الطريقة.

– وهناك طريقة أخرى وهي معاملة مخلوط الحمضين الأمينيين بهادة مجففة للتخلص من الماء المتكون ولكن هذه الطريقة قد تعطي أربعة أنواع من الببتيدات الثنائية .

– فمثلا عند خلط الجليسين مع الألانين بوجود العامل المجفف نحصل على ما يلي:

الطرق المتبعة لتجنب العقبات في تحضير الببتيدات

– الطريقـة العـامـة المتبعة لتجنب العقبات السابقة في تحضير الببتيدات هي استعمال المجموعات الحامية (Protecting groups) وذلك لحماية كل من مجموعة الكربوكسيل لأحد الأحماض الأمينية الداخلة في التفاعل ومجموعة الأمين للحمض الأميني الآخر بالإضافة إلى حماية المجموعات الأخرى الموجودة ضمن السلاسل الجانبية.

– فمثلاً يمكن حماية مجموعات الكربوكسيل بتحويلها إلى إسترات الميثيل أو الإيثيل أو البنزايل کما ذکر سابقاً. وبالإمكان إزالة المجموعات الحامية هذه بواسطة محلول قاعدي (Alkaline hydrolysis) دون التأثير على رابطة الأميد التي تتكون بين الحمض الأميني الأول والثاني.

– كذلك فإنه بالإمكان إزالة مجموعة البنزايل بواسطة الهدرجة بوجود عامل مساعد.

 

– تتم حماية مجموعات الأمين بعدد من المجموعات الحامية. نذكر منها على سبيل المثـال مجموعة بنزيلوكسي كربونيل [(Benzyloxycarbony” [carbobenzoxy (Cbz”. وهذه المجمـوعـة الحـامية يمكن إدخالها بمعاملة الحمض الأميني بمركب البنزيل کلورفورمات (Benzyl-chloroformate) في محلول قاعدي . ويتكون مشتق بنزيلوكسي كربونيل جليسين .

– هذا وتتم إزالة تلك المجموعة الحامية بواسطة الهيدروجين بوجود عامل مساعد حيث تكسر الرابطة بين الأكسجين والبنزايل ليعطي التولوين ومركباُ غير ثابت هو حمض الكرباميك غير المستقر الذي يتكسر ليعطي الجليسين وثاني أكسيد الكربون.

 

– وهناك مجموعة أخرى مهمة لحماية مجموعة الأمين وهي مجموعة ثالثي بيوتوكسي کربونیل [ (t-Butoxy carbonyl (BOc) ]. وهذه يمكن إدخالها إلى الحمض الأميني طبقاً للتفاعلات التالية:

– ويمكن إزالة المجموعة الحامية (BOC) بمعاملة الحمض الأميني أو الببتيد المحمي بكلوريد الهيدروجين في مذيب كحمض الخل (Acetic acid) أو الدايوكسين.

– وتعتبر طرق الحماية السابقة أكثر الطرق انتشاراً. فمثلاً عند تحضير ثنائي الببتيد من حمضين أمينيين مختلفين تستخدم المجموعات الحامية المناسبة المشار إليها سابقاً ويضاف ثنائي الهكسان الحلقي كربوداي أميد [ (Dicyclohexyl carbodiimide (DCC ] كعامل مساعد يعمل على تنشيط مجموعة الكربوكسيل الحرة في أحد الحمضين الأمينيين كالحمض الأميني A من أجل أن يتفاعل مع الحمض الأميني الآخر B

 

والطريقة التي اعتمدنا عليها هنا يمكن أن تمتد إلى تحضير سلاسل ببتيدية أطول.

البروتينات Proteins

– هي جزيئات ضخمة تتركب من عديد الببتيدات التي تتكون بدورهـا من وحدات بنائية هي الأحماض الأمينية.

 

– وليس هناك حد واضح يفصل عديدات الببتيدات عن البروتينات التي يتراوح وزنها الجزيئي من 6000 إلى 1,000,000 (من 50 ـ 8000 وحدة حمض أميني للجزيء الواحد).

– وتدخل البروتينات في تركيب الجلد والشعر والريش والأظافر. مثل بروتين ألفاكيراتين (α – Keratin) وبروتين ألفافبروين ( α-Fibroin) الذي يدخل في تركيب الحرير لنسيج العنكبوت.

– کما تدخـل البروتينات كتركيبات أساسية في الهرمونات والأنزيمات والمضادات الحيوية، حيث توجد حوالي خمسة ملايين نوع من البروتينات كل منها له عمل ضروري للحياة.

– تتحلل (تتميأ) جزيئات البروتين بواسطة الأحماض أو القواعد أو الأنزيمات وتعطي عديد الببتيدات. والتحلل الكامل للبروتينات يمكن تحقيقه، ليعطي مكوناتها من الأحماض الأمينية الفردية.

– وبما أن البروتينات هي عديد الببتيدات فإن تحضيرها مماثل لما سبق دراسته في تحضير الببتيد.

إنزيم الأنسولين البقري

– تختلف أنواع البروتينات باختلاف أنواع الحيوانات وقد تختلف بعض البروتينات من فرد لآخر من النوع نفسه.

– ويعتبر إنزيم الأنسولين الذي يحتوي على واحـد وخمسين حمضـاً أمينياً برتينياً صغيراً ويتكون من سلسلتين يربطها ثنائي الكبريتيد.

– يفرز البنكرياس هذا الهرمون الذي يعمل على تنظيم هضم الجلوكوز ونقص هذا الانزيم في الإنسان يؤدي إلى مرض السكر.

– وقد أمكن تعيين تعاقب الأحماض الأمينية في أنسولين الأبقار تلا ذلك التوصل إلى معرفة تعاقب الأحماض الأمينية في الأنسولين المستمد من عدد من الأنواع كالإنسان والأغنام وغيرها.

إنزيم الريبونكلياز Ribonuclease

– ومن بين البروتينات الأخرى التي أمكن تعيين تعاقب الأحماض الأمينية فيها هو إنزيم الريبونكلياز البقري (Bovine ribonucleas)

– وهو إنزيم يحفز تميؤ الأحماض النووية.

– يتكون  إنزيم الريبونكلياز من سلسلة واحـدة تتكون من 124 وحدة حمض أميني وأربع ارتباطات ثنائي كبريتيد داخلية.

هيموجلوبين الإنسان Human hemoglobin

– أمـا هيموجلوبين الإنسان (Human hemoglobin) فهـو بروتين فيه أربع سلاسل ببتيدية. منها سلسلتان كل منها تحتوي على 141 وحدة حمض أميني. والسلسلتان الأخريان تحتوي كل منها على 146 وحدة.

– ويعتبر هذا البروتين مهماً في الدم ويسبب الخلل في الجينات الإصابة بمرض الأنيميا ويدعى باسم أنيميا الخلايا المنجلية (Sickle cellanemia) نتيجة لخطأ في حمض أميني واحد في إحدى السلاسل.

المراجع: كتاب المركبات الحلقية غير المتجانسة والحيوية للدكتور حمد بن عبدالله اللحيدان. والدكتور محمد بن إبراهيم الحسن والدكتور سالم سليم الذياب – الطبعة الثانية – جامعة الملك سعود – المملكة العربية السعودية