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ベルクマン分解は、ペプチドのカルボキシル基（C末端）から単一のアミノ酸を除去するために設計された一連の化学反応である。[1] [2] 1934年にマックス・ベルクマンによって初めて実証されたこの方法は、ペプチドの配列決定にはほとんど使用されていない。[1] [3]後に開発されたエドマン分解は、ベルクマン分解の改良版であり、ペプチドのN末端アミノ酸を切断して、目的のアミノ酸を含むヒダントインを生成する。 [4] [5] [6]
ベルクマン分解は、ベルクマンと彼の親しい同僚であるレオニダス・ゼルバスによる以前の研究を踏襲したもので、クルチウス転位の有機アジド分解とベルクマン・ゼルバスのカルボベンゾキシ法を組み合わせたもので、ペプチドの配列決定を可能にするために比較的穏やかな条件下で起こるように設計されました。[1]ベルクマン分解を1回行うと、目的のアミノ酸残基を含むアルデヒドと、アミド型の元のペプチドの残りの断片が生成されます。[3]
ペプチド（1）のアシルアジドは、ベンジルアルコールと熱の存在下でクルチウス転位を起こし（2 ）、ベンジルカルバメート（3）を与える。中間体3のCbz基は水素化分解によって除去され、非置換アミド（4）とアルデヒド（5 ）を与える。
機構
ベルクマン分解は、ペプチドのα基のベンゾイル化とそれに続くアシルアジドへの変換から始まる。[1]クルチウス転位と同様に、アシルアジドは、ベンジルアルコールと熱の存在下で、反応性の高いイソシアネート中間体に転位し、その過程で窒素ガスを放出する。 [1]イソシアネートは次にベンジルアルコールと反応して、カルバメートアミン保護基を持つ化合物であるベンジルウレタン（カルボキシベンジルとも呼ばれる）を形成する。 [1] [3]続いて、塩酸存在下で接触水素化を行い、沸騰水に加えてカルバメート保護基を除去すると、 [1] [3] [7]不安定な中間体が得られ、これが急速に転位して二酸化炭素を放出し、反応が促進される。これにより、さらなる転位とそれに続く加水分解が起こり、最終的には配列系列の次のアミノ酸残基を有するアルデヒドが形成され、アミド形態の残留ペプチドが排除される。[3]
ベンジルウレタンの触媒水素化を、アミドの形成と同時に二酸化炭素を放出する協奏的転位として描写するメカニズムが提案されている。 [3]
アジドの調製
前述のアシルアジドへの変換は多種多様に行われており、ベルクマンはメチルエステルとヒドラジドを利用したが、より最近の試みでは、N-ホルミルアミノアシルヒドラジドのニトロシル化とそれに続くアジ化ナトリウムによる置換、[7]、カルボン酸とジフェニルホスホラジデート、トリエチルアミン、およびヒドロキシル成分との反応、[8] 、 TMSアジドとアミノ酸の無水物との反応などの方法が設計されている。[3]
アプリケーション
ベルクマン分解はペプチド配列決定法として意図されており、実際に使用されている。[1] [3]また、ペニシリン核の3,4結合を切断するために使用することも提案された。[3] [9] 2,2-ジメチル-6-フタルイミド-3-ペナミルイソシアネートという化合物は、クルチウス転位を含むさまざまな手段によって得られ、ベルクマン分解を受けて目的のアルデヒドと尿素副産物を形成できると考えられた。[9]ベルクマン分解は確かに可能であったが、単純な希酸加水分解で目的の生成物を形成できることがわかった。[9]
クルチウス転位
ベルクマン分解は、クルチウス転位で説明されるアジド分解を利用している。[1]クルチウスはベンゾイル化アミノ酸の分解も試みたが、彼の方法は、酸による強力なエネルギー処理でカルバメートを分解することを含み、結果として生じるアルデヒドと酸アミドの分解をもたらした。[1]これにより、ベルクマンは、クルチウスのアジド分解の後にベンジルアルコールで処理し（彼のカルボベンゾキシ法）、結果として生じるアミノ酸アルデヒドと残留ペプチドアミドを配列決定の目的で単離できると確信した。[1]
エドマン劣化
エドマン分解は、ペプチドのN末端からアミノ酸残基を切断するペプチド配列決定の代替法である。[4] 1950年にエドマンは、フェニルチオシアネートとの反応を設計し（このアイデアは1927年のバーグマン、カン、ミーケリーによる研究[10]から借用）、フェニルチオカルバミルペプチドを得て、その後比較的温和な条件下で加水分解してN末端アミノ酸をフェニルチオヒダントインとして切断した。[4] [10]フェニルチオヒダントインは、クロマトグラフィーや質量分析を含むさまざまな配列決定手順に耐えられるほど安定している。[1] [6]これは、1930年にアブデルハルデンとブロックマンが提案した以前の方法の改良であり、より強い加水分解条件下でN末端アミノ酸をヒダントインに変換したが、残留ペプチドの一部が切断されることが問題となった。[10]エドマン分解がベルクマン分解よりも優れている主な利点は、連続的な切断を通してその構造が保持されるため、残留ペプチドがプロセスに再び入ることが容易なことである。[5] [6]残留ペプチドがアミド型であるため、ベルクマン分解の繰り返しはおそらくそれほど簡単ではない。[3]
参照
参考文献
- ^ abcdefghijkl Bergmann, M. (1934). 「実験室および代謝におけるタンパク質の合成と分解」. Science . 79 (2055): 439–45. Bibcode :1934Sci....79..439B. doi :10.1126/science.79.2055.439. PMID 17821739.
- ^ Bergmann, M.; Zervas, L. (1936). 「ポリペプチドの段階的分解法」J. Biol. Chem. 113 (2): 341. doi : 10.1016/S0021-9258(18)74853-9 .
- ^ abcdefghij Wang、Zerong編（2009年）。包括的な有機名反応と試薬：ベルクマン分解。John Wiley＆Sons、Inc。ISBN 978-0-471-70450-8。
- ^ abc エドマン、ペール;エリック・ヘグフェルト。シレン、ラース・グンナール。キネル、ペルオロフ (1950)。 「ペプチドのアミノ酸配列の決定方法」。アクタケミカ スカンジナビカ。4 : 283–293。土井: 10.3891/acta.chem.scand.04-0283。
- ^ ab Johnson, RS; Walsh KA (1992). 「エドマンおよび質量分析データの自動統合によるペプチド混合物の配列分析」. Protein Sci . 1 (9): 1083–1091. doi :10.1002/pro.5560010902. PMC 2142175. PMID 1304388 .
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- ^ ab Chorev, M.; Goodman (1983). 「部分的に改変されたレトロインベルソペプチド」. Int. J. Pept. Protein Res . 21 (3): 258–268. doi :10.1111/j.1399-3011.1983.tb03103.x.
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