Et polypeptid er en forbindelse dannet av to eller flere aminosyrer koblet sammen med peptidbindinger (amidbindinger). Polypeptider spiller en viktig rolle i å regulere de funksjonelle aktivitetene til ulike systemer, organer, vev og celler i kroppen, og brukes ofte i funksjonell analyse, antistoffforskning og medikamentutvikling. Å modifisere polypeptider for å endre deres fysisk-kjemiske egenskaper er en vanlig teknikk i polypeptidforskning. Polypeptidmodifikasjoner er forskjellige, og basert på modifikasjonsstedet kan de kategoriseres i N-terminale modifikasjoner, C-terminale modifikasjoner, sidekjedemodifikasjoner, aminosyremodifikasjoner og ryggradsmodifikasjoner (Figur 1). Som et viktig middel for å endre hovedkjedestrukturen eller sidekjedegruppene av peptider, kan polypeptidmodifisering effektivt endre de fysisk-kjemiske egenskapene til peptidforbindelser, øke vannløseligheten, endre deres biofordeling, forlenge in vivo-handlingstiden, redusere toksiske bivirkninger og eliminere immunogenisitet. I dag vil vi introdusere noen av de viktigste polypeptidmodifikasjonene og deres egenskaper.
1. Sykling
I naturen er mange biologisk aktive polypeptider sykliske polypeptider; derfor har sykliske peptider mange anvendelser i moderne biomedisin. Sykliske peptider, sammenlignet med lineære peptider, har bedre stivhet og er svært motstandsdyktige mot fordøyelsessystemet, og lar dem dermed overleve i fordøyelseskanalen og viser sterkere affinitet for målreseptorer. Sykliske peptider dannes vanligvis gjennom syklisering, som kan kategoriseres i side-kjede-til-side-kjede, terminal-til-side-kjede og terminal-til-terminal (hode-}sykliseringsmetode{12)
(1) Sykling fra side-kjede-til-side-kjede
Disulfidbro mellom cysteinrester er en av de vanligste måtene å danne peptidringer på, og denne metoden tilhører side-kjede-til-side-kjedesyklisering. Denne cykliseringen introduseres ved å avbeskytte et par cysteinrester og deretter oksidere dem for å danne en disulfidbinding. Polysyklisk syntese kan oppnås ved selektivt å fjerne den tiolbeskyttende gruppen. Ringslutning kan utføres enten i løsningsmidlet etter dissosiasjon eller på harpiksen før dissosiasjon. Siden peptider på harpiks ikke lett danner cykliserbare konformasjoner, kan cyklisering på harpiks være mindre effektiv enn cyklisering i løsemiddel. Den andre typen side-kjede-side-syklisering innebærer dannelse av en amidstruktur mellom asparaginsyre- eller glutaminsyrerester og den basiske aminosyren. Dette krever at den beskyttende gruppen på sidekjeden må fjernes selektivt, både på harpiksen og etter dissosiasjon. Den tredje typen side-kjede-side-syklisering involverer dannelsen av en bifenyleter fra tyrosin eller p-hydroksyfenylglycin; Imidlertid krever fremstillingen av disse forbindelsene unike reaksjonsbetingelser og er derfor ikke vanlig brukt i syntesen av konvensjonelle peptider.
(2) Terminal-til-sidekjede
Terminal-til-sidekjedesyklisering involverer typisk dannelsen av en amidbinding mellom C--terminalen og aminogruppen til lysin- eller ornitin-sidekjeden, eller mellom N--terminalen og asparagin- eller glutaminsyre-sidekjeden. Noen peptid-cykliseringer dannes også ved dannelse av en eterbinding mellom den terminale C--terminalen og serin- eller treonin-sidekjeden.
(3) Hode-til-hale (eller terminal-terminal) ringslutning dannes ved amidering av den N-terminale aminogruppen og den C-terminale karboksylgruppen i peptidet. Kjede-lignende peptider kan cykliseres i et løsningsmiddel eller immobiliseres på en harpiks via side-syklisering. Cyclering i løsemidler bør utføres ved å bruke lave konsentrasjoner av peptider for å unngå oligomerisering. Utbyttet av hode-til-halekjedesyntese av sykliske peptider avhenger av sekvensen til kjedepeptidet. Derfor, før storskala{14}}fremstilling av sykliske peptider, bør det først opprettes et bibliotek med potensielle kjedeledende peptider, etterfulgt av syklisering for å finne sekvensen som gir de beste resultatene.
2. Glykosylering
Våre vanligste glykopeptider, som vankomycin og teikoplanin, er viktige antibiotika for behandling av-medisinresistente bakterielle infeksjoner. Andre glykopeptider brukes ofte for å stimulere immunsystemet. Videre, siden mange mikrobielle antigener er glykosylert, er studier av glykopeptider viktig for å forbedre den terapeutiske effekten av infeksjoner. På den annen side har studier funnet at proteiner på cellemembranene til tumorceller viser unormal glykosylering, noe som gjør at glykopeptider spiller en viktig rolle i kreft- og tumorimmunforsvarsforskning. Glykopeptidpreparatet bruker vanligvis Fmoc/t-Bu-metoden. Glykosylerte rester, som treonin og serin, blir ofte introdusert i peptider via Fmoc-beskyttelse aktivert av pentafluorfenolestere.
3. Fosforylering
I menneskelige celler er mer enn 30 % av proteinene fosforylert. Fosforylering, spesielt reversibel fosforylering, spiller en avgjørende rolle i å kontrollere mange cellulære prosesser, som signaltransduksjon, genuttrykk, cellesyklus og cytoskjelettregulering, og apoptose.
Fosforylering kan observeres på et bredt spekter av aminosyrerester, men de vanligste fosforyleringsmålene er serin-, treonin- og tyrosinrester. Fosfotyrosin-, fosfotreonin- og fosfoserinderivater kan introduseres i peptider under syntese eller dannes etter-syntese. Selektiv fosforylering kan oppnås ved å bruke serin-, treonin- og tyrosinrester med selektiv fjerning av beskyttende grupper. Noen fosforyleringsmidler kan også introdusere fosfatgrupper i peptider gjennom post-modifisering. Nylig har det vært tilfeller av stedsspesifikk fosforylering av lysin ved bruk av den kjemoselektive Staudinger-fosfittreaksjonen.
