Peptidi su klasa spojeva nastalih povezivanjem više aminokiselina putem peptidnih veza.Oni su sveprisutni u živim organizmima.Do sada su desetine hiljada peptida pronađene u živim organizmima.Peptidi igraju važnu ulogu u regulaciji funkcionalnih aktivnosti različitih sistema, organa, tkiva i ćelija iu životnim aktivnostima, a često se koriste u funkcionalnoj analizi, istraživanju antitijela, razvoju lijekova i drugim poljima.Sa razvojem biotehnologije i tehnologije sinteze peptida, sve više peptidnih lijekova se razvija i primjenjuje u klinici.
Postoji širok spektar modifikacija peptida, koje se jednostavno mogu podijeliti na post modifikaciju i modifikaciju procesa (koristeći modifikaciju izvedenih aminokiselina), i modifikaciju N-terminala, modifikaciju C-terminala, modifikaciju bočnog lanca, modifikaciju aminokiselina, modifikaciju skeleta, itd., ovisno o mjestu modifikacije (Slika 1).Kao važno sredstvo za promenu strukture glavnog lanca ili grupa bočnih lanaca peptidnih lanaca, modifikacija peptida može efikasno promeniti fizička i hemijska svojstva peptidnih jedinjenja, povećati rastvorljivost u vodi, produžiti vreme delovanja in vivo, promeniti njihovu biološku distribuciju, eliminisati imunogenost , smanjiti toksične nuspojave, itd. U ovom radu predstavljeno je nekoliko glavnih strategija modifikacije peptida i njihove karakteristike.
1. Ciklizacija
Ciklični peptidi imaju mnoge primjene u biomedicini, a mnogi prirodni peptidi s biološkom aktivnošću su ciklički peptidi.Budući da ciklični peptidi imaju tendenciju da budu rigidniji od linearnih peptida, oni su izuzetno otporni na probavni sistem, mogu preživjeti u probavnom traktu i pokazuju jači afinitet za ciljne receptore.Ciklizacija je najdirektniji način za sintezu cikličnih peptida, posebno za peptide sa velikim strukturnim skeletom.Prema načinu ciklizacije, može se podijeliti na tip bočnog lanca, tip bočnog lanca, tip bočnog lanca, terminalni tip (tip s kraja na kraj).
(1) sidechain-to-sidechain
Najčešći tip ciklizacije bočnog lanca na bočni lanac je disulfidno premošćavanje između ostataka cisteina.Ova ciklizacija je uvedena tako što se par cisteinskih ostataka deprotektira i zatim oksidira kako bi se formirale disulfidne veze.Policiklička sinteza se može postići selektivnim uklanjanjem sulfhidrilnih zaštitnih grupa.Ciclizacija se može obaviti ili u rastvaraču nakon disocijacije ili na smoli prije disocijacije.Ciklizacija na smolama može biti manje efikasna od ciklizacije rastvarača jer peptidi na smolama ne formiraju lako ciklizirane konformacije.Drugi tip ciklizacije bočnog lanca - bočnog lanca je formiranje amidne strukture između ostatka asparaginske kiseline ili glutaminske kiseline i bazne aminokiseline, što zahtijeva da zaštitna grupa bočnog lanca mora biti u mogućnosti da se selektivno ukloni iz polipeptida ili na smoli ili nakon disocijacije.Treći tip ciklizacije bočnog lanca - bočnog lanca je stvaranje difenil etera pomoću tirozina ili p-hidroksifenilglicina.Ova vrsta ciklizacije u prirodnim proizvodima nalazi se samo u mikrobnim proizvodima, a proizvodi ciklizacije često imaju potencijalnu medicinsku vrijednost.Priprema ovih jedinjenja zahteva jedinstvene reakcione uslove, tako da se ne koriste često u sintezi konvencionalnih peptida.
(2) terminal-bočni lanac
Ciklizacija krajnjeg bočnog lanca obično uključuje C-terminal sa amino grupom bočnog lanca lizina ili ornitina, ili N-terminal sa bočnim lancem asparaginske kiseline ili glutaminske kiseline.Ostala ciklizacija polipeptida je napravljena formiranjem etarskih veza između terminala C i bočnih lanaca serina ili treonina.
(3) Tip terminala ili od glave do repa
Polipeptidi lanca mogu se ili ciklirati u rastvaraču ili fiksirati na smolu cikliranjem bočnog lanca.Niske koncentracije peptida treba koristiti u centralizaciji rastvarača kako bi se izbjegla oligomerizacija peptida.Prinos sintetičkog prstenastog polipeptida od glave do repa zavisi od sekvence polipeptida lanca.Stoga, prije pripreme cikličkih peptida u velikoj mjeri, prvo treba kreirati biblioteku mogućih lančanih olovnih peptida, nakon čega slijedi ciklizacija kako bi se pronašla sekvenca s najboljim rezultatima.
2. N-metilacija
N-metilacija se izvorno javlja u prirodnim peptidima i uvodi se u sintezu peptida kako bi se spriječilo stvaranje vodoničnih veza, čime se peptidi čine otpornijim na biorazgradnju i čišćenje.Sinteza peptida korištenjem N-metiliranih derivata aminokiselina je najvažnija metoda.Osim toga, može se koristiti i Mitsunobu reakcija intermedijera polipeptida-smole N-(2-nitrobenzen sulfonil hlorida) sa metanolom.Ova metoda je korištena za pripremu cikličkih peptidnih biblioteka koje sadrže N-metilirane aminokiseline.
3. Fosforilacija
Fosforilacija je jedna od najčešćih posttranslacijskih modifikacija u prirodi.U ljudskim ćelijama više od 30% proteina je fosforilisano.Fosforilacija, posebno reverzibilna fosforilacija, igra važnu ulogu u kontroli mnogih ćelijskih procesa, kao što su transdukcija signala, ekspresija gena, regulacija ćelijskog ciklusa i citoskeleta i apoptoza.
Fosforilacija se može uočiti na različitim ostacima aminokiselina, ali najčešći ciljevi fosforilacije su ostaci serina, treonina i tirozina.Derivati fosfotirozina, fosfotreonina i fosfoserina mogu se ili uvesti u peptide tokom sinteze ili formirati nakon sinteze peptida.Selektivna fosforilacija se može postići upotrebom ostataka serina, treonina i tirozina koji selektivno uklanjaju zaštitne grupe.Neki reagensi za fosforilaciju također mogu uvesti grupe fosforne kiseline u polipeptid naknadnom modifikacijom.Posljednjih godina, fosforilacija lizina specifična za mjesto postignuta je korištenjem kemijski selektivne Staudinger-fosfitne reakcije (slika 3).
4. Miristoilacija i palmitoilacija
Acilacija N-terminala sa masnim kiselinama omogućava peptidima ili proteinima da se vežu za ćelijske membrane.Miridamoilirana sekvenca na N-terminalu omogućava da protein kinaze porodice Src i Gaq proteini reverzne transkriptaze budu ciljani da se vežu za ćelijske membrane.Miristinska kiselina je vezana za N-terminal smole-polipeptida korišćenjem standardnih reakcija kuplovanja, a rezultujući lipopeptid je mogao da se disocira pod standardnim uslovima i prečisti pomoću RP-HPLC.
5. Glikozilacija
Glikopeptidi kao što su vankomicin i teikolanin su važni antibiotici za liječenje bakterijskih infekcija otpornih na lijekove, a drugi glikopeptidi se često koriste za stimulaciju imunološkog sistema.Osim toga, budući da su mnogi mikrobni antigeni glikozilirani, od velikog je značaja proučavanje glikopeptida za poboljšanje terapijskog efekta infekcije.S druge strane, otkriveno je da proteini na ćelijskoj membrani tumorskih ćelija pokazuju abnormalnu glikozilaciju, zbog čega glikopeptidi igraju važnu ulogu u istraživanju raka i imunološke odbrane tumora.Glikopeptidi se pripremaju Fmoc/t-Bu metodom.Glikozilirani ostaci, kao što su treonin i serin, često se uvode u polipeptide pomoću fMOC aktiviranih pentafluorofenol esterom kako bi zaštitili glikozilovane aminokiseline.
6. Izopren
Izopentadienilacija se događa na cisteinskim ostacima u bočnom lancu blizu C-terminala.Proteinski izopren može poboljšati afinitet ćelijske membrane i formirati interakciju protein-protein.Izopentadijenirani proteini uključuju tirozin fosfatazu, malu GTazu, molekule kohaperona, nuklearnu laminu i centromerne vezujuće proteine.Izopren polipeptidi se mogu pripremiti upotrebom izoprena na smolama ili uvođenjem derivata cisteina.
7. Modifikacija polietilen glikola (PEG).
PEG modifikacija se može koristiti za poboljšanje hidrolitičke stabilnosti proteina, biodistribucije i rastvorljivosti peptida.Uvođenje PEG lanaca u peptide može poboljšati njihova farmakološka svojstva i također inhibirati hidrolizu peptida proteolitičkim enzimima.PEG peptidi lakše prolaze kroz glomerularni kapilarni presjek od običnih peptida, značajno smanjujući bubrežni klirens.Zbog produženog aktivnog poluživota PEG peptida in vivo, normalan nivo liječenja može se održavati nižim dozama i rjeđim peptidnim lijekovima.Međutim, modifikacija PEG-a također ima negativne efekte.Velike količine PEG-a sprečavaju enzim da razgradi peptid i također smanjuju vezivanje peptida za ciljni receptor.Ali nizak afinitet PEG peptida obično je nadoknađen njihovim dužim farmakokinetičkim poluživotom, a budući da su prisutni u tijelu duže, PEG peptidi imaju veću vjerovatnoću da se apsorbuju u ciljna tkiva.Stoga specifikacije PEG polimera treba optimizirati za optimalne rezultate.S druge strane, PEG peptidi se akumuliraju u jetri zbog smanjenog bubrežnog klirensa, što rezultira makromolekularnim sindromom.Stoga, modifikacije PEG-a moraju biti dizajnirane pažljivije kada se peptidi koriste za testiranje lijekova.
Uobičajene modifikacione grupe PEG modifikatora mogu se grubo sumirati na sljedeći način: amino (-amin) -NH2, aminometil-Ch2-NH2, hidroksi-OH, karboksi-Cooh, sulfhidril (-Tiol) -SH, Maleimid -MAL, sukcinimid karbonat - SC, sukcinimid acetat -SCM, sukcinimid propionat -SPA, n-hidroksisukcinimid -NHS, akrilat-ch2ch2cooh, aldehid -CHO (kao što je propional-ald, butyrALD), akrilna baza (-akrilat-acrl, bioazido-azid) Biotin, fluorescein, glutaryl -GA, akrilat hidrazid, alkin-alkin, p-toluensulfonat -OTs, sukcinimid sukcinat -SS, itd. Derivati PEG sa karboksilnim kiselinama mogu biti spojeni na n-terminalne amine ili bočne lance lizina.Amino-aktivirani PEG može biti spojen na bočne lance asparaginske kiseline ili glutaminske kiseline.Mal-aktivirani PEG se može konjugirati s merkaptanom potpuno deprotektiranih bočnih lanaca cisteina [11].PEG modifikatori se obično klasifikuju na sledeći način (napomena: mPEG je metoksi-PEG, CH3O-(CH2CH2O)n-CH2CH2-OH):
(1) PEG modifikator ravnog lanca
mPEG-SC, mPEG-SCM, mPEG-SPA, mPEG-OTs, mPEG-SH, mPEG-ALD, mPEG-butyrALD, mPEG-SS
(2) bifunkcionalni PEG modifikator
HCOO-PEG-COOH, NH2-PEG-NH2, OH-PEG-COOH, OH-PEG-NH2, HCl·NH2-PEG-COOH, MAL-PEG-NHS
(3) modifikator grananja PEG
(mPEG)2-NHS, (mPEG)2-ALD, (mPEG)2-NH2, (mPEG)2-MAL
8. Biotinizacija
Biotin se može snažno vezati sa avidinom ili streptavidinom, a snaga vezivanja je čak bliska kovalentnoj vezi.Biotinom označeni peptidi se obično koriste u imunotestovima, histocitohemiji i protočnoj citometriji zasnovanoj na fluorescenciji.Obilježena antibiotska antitijela se također mogu koristiti za vezivanje biotiniliranih peptida.Biotinske oznake su često vezane za bočni lanac lizina ili N terminal.6-aminokaproična kiselina se često koristi kao veza između peptida i biotina.Veza je fleksibilna u vezivanju za podlogu i bolje se vezuje u prisustvu steričnih prepreka.
9. Fluorescentno označavanje
Fluorescentno obilježavanje može se koristiti za praćenje polipeptida u živim stanicama i za proučavanje enzima i mehanizama djelovanja.Triptofan (Trp) je fluorescentan, tako da se može koristiti za intrinzično označavanje.Spektar emisije triptofana zavisi od perifernog okruženja i smanjuje se sa smanjenjem polariteta rastvarača, što je svojstvo koje je korisno za otkrivanje strukture peptida i vezivanja receptora.Fluorescencija triptofana može se ugasiti protoniranom asparaginskom kiselinom i glutaminskom kiselinom, što može ograničiti njegovu upotrebu.Dansil hloridna grupa (Dansyl) je visoko fluorescentna kada je vezana za amino grupu i često se koristi kao fluorescentna oznaka za aminokiseline ili proteine.
Fluorescentna rezonancija Konverzija energije (FRET) je korisna za studije enzima.Kada se primenjuje FRET, polipeptid supstrata obično sadrži grupu za obeležavanje fluorescencije i grupu za gašenje fluorescencije.Obilježene fluorescentne grupe gasi se pomoću nefotonskog prijenosa energije.Kada se peptid odvoji od dotičnog enzima, grupa za obeležavanje emituje fluorescenciju.
10. Polipeptidi kaveza
Peptidi u kavezu imaju optički uklonjive zaštitne grupe koje štite peptid od vezivanja za receptor.Kada je izložen UV zračenju, peptid se aktivira, vraćajući mu afinitet prema receptoru.Budući da se ova optička aktivacija može kontrolirati u skladu s vremenom, amplitudom ili lokacijom, peptidi kaveza se mogu koristiti za proučavanje reakcija koje se javljaju u stanicama.Najčešće korištene zaštitne grupe za kavezne polipeptide su 2-nitrobenzil grupe i njihovi derivati, koji se mogu uvesti u sintezu peptida putem zaštitnih derivata aminokiselina.Derivati aminokiselina koji su razvijeni su lizin, cistein, serin i tirozin.Derivati aspartata i glutamata se, međutim, obično ne koriste zbog njihove podložnosti ciklizaciji tokom sinteze i disocijacije peptida.
11. Poliantigeni peptid (MAP)
Kratki peptidi obično nisu imuni i moraju biti spojeni na proteine nosače da bi proizveli antitijela.Poliantigenski peptid (MAP) se sastoji od više identičnih peptida povezanih sa jezgrima lizina, koji mogu specifično eksprimirati imunogene visoke potencije i mogu se koristiti za pripremu spojeva proteina nosača peptida.MAP polipeptidi se mogu sintetizirati sintezom u čvrstoj fazi na MAP smoli.Međutim, nepotpuno spajanje rezultira nedostatkom ili skraćenim peptidnim lancima na nekim granama i stoga ne pokazuje svojstva originalnog MAP polipeptida.Kao alternativa, peptidi se mogu pripremiti i prečistiti odvojeno, a zatim spojiti na MAP.Peptidna sekvenca vezana za peptidno jezgro je dobro definisana i lako se karakteriše masenom spektrometrijom.
Zaključak
Modifikacija peptida je važno sredstvo za dizajniranje peptida.Hemijski modificirani peptidi ne samo da mogu održati visoku biološku aktivnost, već i efikasno izbjeći nedostatke imunogenosti i toksičnosti.U isto vrijeme, kemijska modifikacija može peptidima dati neka nova odlična svojstva.Poslednjih godina brzo se razvija metoda aktivacije CH za post-modifikaciju polipeptida i postignuti su mnogi važni rezultati.
Vrijeme objave: Mar-20-2023