Деградация по Бергману представляет собой серию химических реакций, предназначенных для удаления одной аминокислоты из карбоксильной группы ( C-конца ) пептида . [ 1] [2] Впервые продемонстрированный Максом Бергманом в 1934 году, это редко используемый метод секвенирования пептидов. [1] [3] Разработанная позднее деградация по Эдману является усовершенствованием деградации по Бергману, вместо этого расщепляя N-концевую аминокислоту пептидов для получения гидантоина , содержащего желаемую аминокислоту. [4] [5] [6]
Деградация Бергмана следует более ранней работе Бергмана и его близкого коллеги Леонидаса Зерваса , объединяя органическую азидную деградацию перегруппировки Курциуса с карбобензокси-методом Бергмана-Зерваса , который они разработали для проведения в относительно мягких условиях, чтобы обеспечить секвенирование пептидов. [1] Один раунд деградации Бергмана дает альдегид , содержащий искомый аминокислотный остаток и оставшийся фрагмент исходного пептида в амидной форме. [3]
Ацилазид пептида ( 1 ) подвергается перегруппировке Курциуса в присутствии бензилового спирта и нагревания ( 2 ) , давая бензилкарбамат ( 3 ). Группа Cbz промежуточного соединения 3 удаляется гидрогенолизом , давая незамещенный амид ( 4 ) и альдегид ( 5 ).
Деградация Бергмана начинается с бензоилирования альфа-группы пептида и последующего превращения в ацилазид . [ 1] Как и в перегруппировке Курциуса , ацилазид в присутствии бензилового спирта и тепла перестраивается в высокореакционноспособный промежуточный изоцианат , выделяя в процессе газообразный азот . [1] Изоцианат, в свою очередь, реагирует с бензиловым спиртом с образованием бензилуретана (также называемого карбоксибензилом ), соединения, обладающего защитной группой карбамата амина. [1] [3] Последующее удаление защитной группы карбамата осуществляется путем каталитического гидрирования в присутствии соляной кислоты с последующим добавлением кипящей воды, [1] [3] [7] давая нестабильное промежуточное соединение, которое быстро перестраивается с выделением диоксида углерода , продвигая реакцию вперед. Это приводит к дальнейшей перестройке и последующему гидролизу , что в конечном итоге приводит к образованию альдегида, несущего следующий аминокислотный остаток в серии секвенирования, и вытеснению остаточного пептида в форме амида. [3]
Был предложен механизм, который описывает каталитическое гидрирование бензилуретана как согласованную перегруппировку, которая выделяет диоксид углерода одновременно с образованием амида. [3]
Вышеупомянутое преобразование в ацилазид было осуществлено различными способами; Бергманн использовал метиловый эфир и гидразид , тогда как более поздние попытки разработали такие методы, как: нитрозилирование N-формиламиноацилгидразида и последующее замещение азидом натрия, [7] реакция карбоновой кислоты с дифенилфосфоразидатом, триэтиламином и гидроксильным компонентом, [8] и реакция между азидом TMS и ангидридом аминокислоты. [3]
Деградация по Бергману предназначена и использовалась в качестве метода секвенирования пептидов. [1] [3] Также было предложено использовать ее для расщепления 3,4-связи пенициллинового ядра . [3] [9] Соединение 2,2-диметил-6-фталимидо-3-пенамилизоцианат было получено различными способами, включая перегруппировку Курциуса, и предполагалось, что оно может подвергнуться деградации по Бергману с образованием желаемого альдегида, а также побочного продукта мочевины . [9] Хотя деградация по Бергману действительно возможна, было обнаружено, что простого гидролиза разбавленной кислотой будет достаточно для образования желаемого продукта. [9]
Деградация Бергмана использует деградацию азида, описанную перегруппировкой Курциуса. [1] Курциус также пытался деградировать бензоилированные аминокислоты; однако его метод включал расщепление карбамата с помощью сильной энергичной обработки кислотами, что приводило к разложению полученного альдегида и амидов кислот. [1] Это убедило Бергмана в том, что деградация азида Курциуса может сопровождаться обработкой бензиловым спиртом (его карбобензокси-метод) для выделения полученного альдегида аминокислоты и остаточного амида пептида для целей секвенирования. [1]
Деградация Эдмана — альтернативный метод секвенирования пептидов, при котором отщепляются аминокислотные остатки от N-конца пептида. [4] В 1950 году Эдман разработал реакцию с фенилтиоцианатом (идея которой была заимствована из исследования 1927 года Бергманна, Канна и Микели [10] ), чтобы получить фенилтиокарбамилпептиды с последующим гидролизом в относительно мягких условиях для расщепления N-концевой аминокислоты в виде фенилтиогидантоина. [4] [10] Фенилтиогидантоин достаточно стабилен, чтобы подвергаться различным процедурам секвенирования, таким как те, которые включают хроматографию и масс-спектрометрию . [1] [6] Это было улучшением более раннего метода, предложенного Абдерхальденом и Брокманном в 1930 году, который продемонстрировал преобразование N-концевой аминокислоты в гидантоин в более сильных гидролитических условиях, где некоторое расщепление остаточного пептида оказалось проблематичным. [10] Основным преимуществом деградации Эдмана перед деградацией Бергмана является легкость, с которой остаточный пептид может повторно войти в процесс из-за сохранения его структуры в ходе последовательного расщепления. [5] [6] Повторение деградации Бергмана, по-видимому, не так просто, поскольку остаточный пептид находится в амидной форме. [3]