logo_synthagen

Nocna Wyprzedaż -25% do końca stycznia tylko w godzinach 19:00-11:00.

bpc123

Charakterystyka peptydów. Synteza i modyfikacje peptydowe

Słowa kluczowe: peptyd; modyfikacje peptydowe, synteza peptydu; wiązanie peptydowe; hydroliza; hormony peptydowe; analogi peptydowe; wysolenie; amidacja; acetylacja

Peptydy

Peptydy są związkami chemicznymi zbudowanymi podobnie jak białka, z aminokwasów. Powstają przez połączenie dwóch lub więcej aminokwasów za pomocą wiązania peptydowego w wyniku procesu kondensacji, gdzie oprócz peptydu, powstaje również cząsteczka wody. (Rys.1) Są przedmiotem szerokiego zainteresowania, pełniąc ważne funkcje biologiczne. Wiele hormonów jak i neurotransmiterów jest właśnie peptydami. W przypadku endogennych peptydów działają one przeciwdrobnoustrojowo, działając jako system obronny organizmu. Naturalnie występujące peptydy oraz ich syntetyczne analogi uznawane za atrakcyjne związki o znaczeniu terapeutycznym ze względu na wysoki stopień aktywności, niską toksyczność oraz brak interakcji z lekami. W praktyce medycznej tylko kilka peptydów znajduje zastosowanie ze względu na biologiczną nietrwałość i szybki rozpad, jednak synteza peptydów pozwala na uzyskanie form stabilnych. Podobnie jest np. w przypadku syntezy peptydów z naturalnych źródeł. Peptydy występują w formie nierozgałęzionej, posiadają jedynie dwa specyficzne końce. Jeden z nich nosi nazwę końca aminowego, gdzie występuje aminokwas z wolną grupą α-aminową. Drugi nazywany jest końcem karboksylowym lub końcem C gdzie występuje aminokwas w wolną grupą α-karboksylową.

Przedstawienie procesu kondensacji czyli procesu powstawania peptydu
Rysunek 1. Przedstawienie procesu kondensacji czyli procesu powstawania peptydu

Nazewnictwo peptydów

Nazewnictwo peptydów rozpoczyna się poprzez nazwę reszty aminokwasu N-końcowego, następnie wymienia się nazwy kolejnych reszt aminokwasowych a kończy się nazwą aminokwasu C-końcowego. Za pomocą symboli trójliterowych lub jednoliterowych zapisuje się kolejność aminokwasów.

Wiązanie peptydowe

Węgiel w wyniku reakcji grupy α-karboksylowej wiąże się z azotem grupy α-aminowej za pomocą pojedynczego wiązania, wiązania peptydowego. Przypuszczalnie uznaje się, że wiązanie to powstaje w postaci dwóch struktur, które pozostają w określonej, wzajemnej równowadze. Wiązanie C-N przechodzi w C=N oraz na odwrót. Rotacja względem osi C=N nie jest możliwa, poprzez co wiązanie peptydowe jest na tyle sztywne, iż posiada cechy wiązania podwójnego. W przypadku wiązania peptydowego przy udziale grupy iminowej proliny czy hydroksyproliny z grupą karboksylową innego aminokwasu powstaje inna, odrębna struktura. Azot w tym przypadku jest wbudowany w strukturę pierścienia pirolidynowego, nie występuje podstawnik wodorowy poprzez co nie ma możliwości rotacji względem wiązań, które powstają w obecności azotu. Aminokwasy, które biorą udział przy tworzeniu się wiązania peptydowego tracą fragmenty cząsteczek. Są to cząsteczki -OH z grupy karboksylowej i -H z grupy aminowej. Dlatego też aminokwasy, które znajdują się peptydach i białkach nazywamy resztami aminokwasowymi. Powstałe wiązania peptydowe są trwałe a ich rozpad może nastąpić dopiero przy działaniu mocnych zasad i kwasów przy równocześnie wysokiej temperaturze. Sposób powstawania wiązania peptydowego przedstawiony został na schemacie. (Rys.2)

Schemat powstawania wiązania peptydowego

Rysunek 2. Schemat powstawania wiązania peptydowego

 

Zerwanie wiązania peptydowego

Zerwanie wiązania peptydowego zachodzi w wyniku reakcji hydrolizy, która opiera się na rozerwaniu utworzonych wiązań peptydowych i odtworzeniu poszczególnych aminokwasów. W reakcji tej bierze udział woda, której cząsteczki rozpadają się na grupy wodorotlenowe (-OH) i atomy wodoru (H), a następnie łączą się z uwolnionymi wiązaniami substancji. Schemat reakcji hydrolizy przedstawiony jest na schemacie. (Rys.3)

Rysunek 3. Proces hydrolizy powodującej zerwania wiązania peptydowego

Rysunek 3. Proces hydrolizy powodującej zerwania wiązania peptydowego

 

Klasyfikacja peptydów

Klasyfikacje peptydów ustala się ze względu na ilość aminokwasów, z których są zbudowane. W ogólnej klasyfikacji peptydów wyróżniamy:

  • Dipepetydy- produkty, jakie powstają z reakcji dwóch aminokwasów przy zachowaniu wolnej grupy aminowej jednego z aminokwasów i wolną grupę karboksylową drugiego aminokwasu;

  • Oligopeptydy- peptydy, które złożone są od kilku do kilkunastu aminokwasów;

  • Polipeptydy- dłuższe peptydy, zawierające po kilkadziesiąt reszt aminokwasowych;

  • Białka – przyjęto, gdy cząsteczka składa się z powyżej stu reszt aminokwasowych.

Wzory peptydów

Wzory peptydów tworzy się na podstawie tabeli, w której zawarte są wzory aminokwasów białkowych oraz ich skróty (Tab.1)

Wzory aminokwasów służące do nazewnictwa peptydów

Tabela 1. Wzory aminokwasów służące do nazewnictwa peptydów

 

Spektrum aktywności peptydów

Peptydy wykazują szerokie spektrum aktywności biologicznej i są stosowane w leczeniu infekcji bakteryjnych, chorób wirusowych, chorób układu krążenia, układu kostnego, układu nerwowego, cukrzycy czy osteoporozy.

Zalety peptydów

  • Wysoka aktywność i selektywność
  • Szeroki zakres celów molekularnych
  • Potencjalnie mniejsza toksyczność w porównaniu do związków niskocząsteczkowych
  • Niska akumulacja w tkankach
  • Wysokie zróŜnicowanie chemiczne i biologiczne
  • Możliwe do odkrycie na poziomie genów
  • Łatwa synteza analogów

Synteza peptydów

W zależności od peptydu jaki chcemy otrzymać, potrzebujemy odpowiedniej metody jego syntezy. W krótkim wyjaśnieniu postaramy się przedstawić syntezę peptydów w odniesieniu od jego wielkości. Do otrzymania dipeptydu należy zastosować odczynnik, który doprowadzi do aktywacji grupy karboksylowej aminokwasu arylującego lub przeprowadzić aminokwas acylujący w bezwodnik. Pracochłonnym i trudniejszym procesem jest synteza w przypadku większych peptydów, które otrzymujemy z dipeptydu, gdzie dochodzi do usunięcia osłony grupy aminowej aminokwasu N-terminalnego i acylowania go kolejnym N-chronionym aminokwasem. Proces ten jest szczególnie czasochłonny, ponieważ wspomniane czynności powtarza się aż do momentu uzyskania peptydu o zaplanowanej sekwencji. W przypadku otrzymywania dużych peptydów najlepiej sprawdzającą się i najłatwiejszą metodą jest metoda Merifielda. Metodę tą przeprowadza się na etapie fazy stałej. C-końcowy aminokwas przytwierdza się do polimeru a następnie przyłącza się kolejnego aminokwasu, aż do momentu, w którym osiągnięta zostanie pożądana długość łańcucha.

Peptydy biologicznie aktywne

Hormony peptydowe oraz hormony białkowe powszechnie występują w otaczającym nas środowisku. Wcześniej znane w większości jako mało stabilne formy. Pod wpływem syntezy można coraz śmielej dobrać terapię peptydową, która będzie trwała i skuteczna w zależności od potrzeb organizmu. Dlatego właśnie warto umiejętnie i bezpiecznie bawić się ze stymulacją hormonów. Biorąc pod uwagę, niektóre peptydy, będące biologicznie aktywne możemy za przykład podać glutation, który będąc tripeptydem o specyficznej strukturze zbudowany jest z glutaminianu, cysteiny i glicyny. Glutaminian występuje jako aminokwas N-końcowy. Połączenie glutaminianu z cysteiną jest jednak nietypowe dla peptydów i białek, ponieważ nie występuje tutaj grupa α-karboksylowa glutaminianu tylko grupa γ-karboksylowa. Glutation, zatem występuje w formie zredukowanej i utlenionej, będąc γ-glutamylocysteinyloglicyną. W formie zredukowanej posiada wolną grupę sulfhydrylową a w formie utlenionej następuje odłączenie się pary atomów wodoru od grup –SH. Atomy siarki pozostają pozbawione wodoru czego następstwem jest utworzenie mostku disiarczkowego. Zdolności modyfikacyjne glutationu w stan utleniony czy zredukowany jest istotny przy procesach oksydacyjno-redukcyjnych.

Przykładem jest również oksytocyna i wazopresyna, które będąc nanopeptydami, które są wytwarzane przez neurony podwzgórza, uwalniane przez tylny płat przysadki mózgowej, różnią się tylko dwoma aminokwasami. Cysteina występuje w dwóch pozycjach prowadząc w ten sposób do powstania mostku disiarczkowego. Oksytocyna występuje jako hormon pobudzający czynność skurczowe macicy. Wazopresyna pobudza natomiast wchłanianie wody w kanalikach nerkowych. Wazopresyna odgrywa również istotną rolę w regulacji wydzielania hormonu adrenokortykotropowego (ACTH) przy sytuacjach stresowych.

Hormony peptydowe

Hormon adrenokortykotropowy (ACTH)

Hormon adrenokortykotropowy jako 39-aminokwasowy peptyd, powstaje na skutek degradacji o wiele większej cząsteczki prekursorów jaką jest proopiomelanokortyny (POMC). Proopiomelanokortyna występuje jako źrodło również innych aktywnych peptydów. Dwa peptydy zawarte są właśnie w strukturze ACTH. Należą do nich hormon α-melanotropowy (α-MSH), będący w strukturze identyczny z pierwszymi 13 aminokwasami ACTH i peptyd pośredniej części przysadki podobny do kortykotropiny-fragment 18-39 ACTH. Jako podstawową funkcję ACTH uważa się pobudzenie kory nadnerczy w taki sposób aby była ona zdolna do wydzielania hormonów steroidowych. Hormon adrenokortykotropowy jest odpowiedzialny za regulację czynności na poziomie warstwy pasmowatej i siatkowatej. Za aktywność biologiczną ACTH odpowiedzialnych jest pierwszych 18 aminokwasów. Regulacja ACTH odbywa się poprzez kortykoliberynę (CRH) będącej hormonem występującym w podwzgórzu, uwalniający kortykotropinę przez kortyzol za pomocą ujemnego sprzężenia zwrotnego. Oznacza to, że niedobór kortyzolu powoduje pobudzenie CRH i ACTH a jego nadmiar wydzielanie to hamuje. Tym samym uwalniając kortyzol dochodzi do regulacji wielu istotnych funkcji życiowych m.in. mobilizacja organizmu do warunków stresowych, podwyższenie ciśnienia krwi czy zdolności przeciwzapalne. Wydzielany pulsacyjnie w rytmie dobowym ACTH oznacza, iż najwyższe jego stężenie obserwuje się w godzinach porannych kiedy jest to najbardziej pożądane, następnie, wraz z upływem dnia spada. Wzrost wydzielania ACTH obserwuje się w takich przypadkach chorobowych jak niedoczynność kory nadnerczy, choroba Cushinga czy zespół Nelsona.

Insulina i peptyd C

Insulina i peptyd C są wydzielane w trzustce przez organizm człowieka cały czas. Podczas produkcji insuliny, w procesie jej biosyntezy, produkowany jest peptyd C. Komórki trzustkowe produkują w pierwszym etapie peproinsulinę poddawaną dalszej modyfikacji poprzez odłączenie aminokwasów co prowadzi do powstania proinsuliny złożonej z dwóch łańcuchów A i B, które połączone są peptydem C, następnie dochodzi do odłączenia proinsuliny peptydu C co powoduje powstanie ostatecznej formy. W momencie pojawienia się w organizmie glukozy, trzustka otrzymuje sygnał do uwolnienia ziarnistości ze zmagazynowaną cząsteczką insuliny i peptydu C. Peptyd C utrzymywany jest w wątrobie znacznie dłużej niż insulina, ze względu na to, że nie zostaje on w niej zdegradowany. Jego rozkład zachodzi głównie w nerkach. W przypadku insuliny jak i peptydu C, podwyższone lub zbyt niskie stężenie prowadzi do rozwinięcia cukrzycy typu I lub II a także chorobie Cushinga. W przypadku peptydu C wahania stężenia mogą wskazywać również na przewlekłą niewydolności nerek czy obecności przerzutów lub miejscowej wznowy guza, dlatego tak ważne jest utrzymanie prawidłowych norm ich stężenia.

Motylina

Motylina jest hormonem związanym z mięśniami gładkimi żołądka i jelit, kontrolowana przez włókna nerwu błędnego. Syntetyzowana w komórkach endokrynnych. Jako hormon peptydowy, który zbudowany jest z 22 aminokwasów zlokalizowanych w konkretnej sekwencji, produkowana jest przez komórki jelita cienkiego. Wytwarzana przez komórki endokrynne układu pokarmowego M (Mo), bierze udział w regulacji motoryki przewodu pokarmowego. Motylina jest istotnym hormonem uczestniczącym w powstaniu III fazy wędrującego kompleksu motorycznego (MMC), w której żołądek i jelito cienkie mają za zadanie opróżnić żołądek ze zbędnych resztek pokarmowych i złuszczonych komórek nabłonkowych, poprzez pobudzenie ruchów perystaltycznych. Hormon dodatkowo wpływa na opróżnianie pęcherzyka żółciowego podczas okresu między trawiennego przy najwyższym stężeniu motyliny.

Glukagon

Glukagon jest jednym z hormonów zaangażowanych w regulację stężenia glukozy, peptyd ten jest wydzielany przez komórki endokrynne trzustki. Jest on polipeptydem złożonym z 29 aminokwasów, powstałym z prekursora o budowie 180 aminokwasów. Zmiany stężenia glukozy pozwalają na wydzielanie glukagonu. Produkcja hormonu jakim jest glukagon zachodzi w wyspach trzustkowych, w których z proglukagonu powstaje glukagon jak i glicentyno-zależny polipeptyd trzustkowy (GRPP). Głównym zadaniem glukagonu jest utrzymanie prawidłowego stężenia glukozy, w surowicy, podczas jej spadku między posiłkami czy przy wysiłku fizycznym. Jego zapasy w takich sytuacjach zostają uwolnione z wątroby aby zapewnić organizmowi odpowiednią ochronę. Dodatkowo może uczestniczyć w regulacji podczas pobierania pokarmu, przez co uczucie sytości może pojawić się wcześniej. Glukagon potencjalnie może hamować uwalnianie greliny w także hamować perystaltykę jelit.

Analogi peptydów

Analogami peptydów nazywamy odpowiednie związki chemiczne, dzięki którym jeden atom jest zastąpiony innym w stosunku do związku wyjściowego. Ogólna budowa peptydu pozostaje niezmieniona. Do analogów peptydowych należą analogi o strukturze helisy oraz analogi β-zgięć i β-kartek. W pierwszym z nich helisy są jednym z kluczowych elementów strukturalnych bioaktywnych peptydów. Stabilizowanie krótkich fragmentów oligomerów w konformacji helikalnej powoduje zwiększenie aktywności. W analogach β-zgięć i β-kartek dochodzi do wstawienie reszt D-aminokwasowych lub β,γ,δ-aminokwasowych. Analogi peptydowe pozwalają nam na otrzymanie nowych związków peptydowych, które będą stabilniejsze, znajdą zastosowanie w szerszym spektrum objawowym jak i pozwolą na innowacyjne rozwiązywanie problemów, związanych z działaniem dotychczasowych form przed analogowych.

Wysolenie peptydów

Proces wysalania polega na zmianie ładunków białkowych. Ładunki białka zostają zobojętnione przez aniony i kationy soli. Cząsteczki białka nie przyciągają się i nie tworzą agregatów a samo białko zostaje wytrącone na skutek utraty płaszcza wodnego. Proces wysalania jest procesem odwracalnym. W procesie odwrotu dochodzi do usunięcia soli przez dializę lub obniżenie jej stężenia przez dodanie wody. W oparciu o nasze wcześniejsze artykuły można śmiało stwierdzić, iż wysolenie, które doprowadziło do powstania stabilnej formy peptydu BPC-157 jest innowacyjną metodą w zapewnianiu stabilności peptydowej a co za tym idzie rozszerzenia działania biologicznego peptydów.

Acetylacja peptydów

Acetylacja polega na przyłączeniu rodników acetylowych do substratów, którymi są związki z grupą NH2, OH lub SH przy udziale enzymu N-acetylotransferazy. Źródłem rodnika acetylowego jest acetylo-CoA. Główną funkcją N-acetylotransferaz jest ułatwianie połączenia grupy acetylowej z grupą aminową amin aromatycznych i hydrazyn (reakcja N-acetylacji), czyli detoksykacja potencjalnie toksycznych związków egzogennych.

Amidacja peptydów

W momencie, gdy dochodzi do rozerwania wiązań peptydowych i w konsekwencji do fragmentacji łańcucha polipeptydowego, dochodzi do powstania grup karbonylowych. Utlenianie cząsteczki białka przez rodnik hydroksylowy rozpoczyna się od oderwania atomu wodoru przy węglu α aminokwasu. Powstający rodnik alkilowy reaguje z tlenem tworząc rodnik alkilonadtlenkowy przechodzący w alkilowodoronadtlenek. Tworzący się z niego rodnik alkoksylowy może przekształcić się w hydroksylowaną przy węglu α resztę aminokwasową lub może doprowadzić do fragmentacji łańcucha polipeptydowego. Obecność rodnika alkoksylowego sprzyja fragmentacji łańcucha polipeptydowego. Do rozszczepiania wiązania peptydowego może dojść na drodze α-amidacji lub diamidacji. Powstający podczas α-amidowej fragmentacji N-końcowy peptyd, w C-końcu ma grupę amidową, natomiast drugi peptyd zawiera w N-końcu pochodną N-α-ketoacylową. Fragmentacja na drodze diamidowej charakteryzuje się powstaniem N-końcowego peptydu zawierającego strukturę diamidową i peptydu pochodzącego z C-końca cząsteczki białka zawierającego w N-końcu strukturę izocyjanianiu.

 

Bibliografia

1.Murray R. K., Granner D. K., Mayes P. A., Rodwell V, Biochemia Harpera. 1995; Wydawnictwo Lekarskie PZWL

2.Jakubke H. D., Jeschkeit H, Aminokwasy peptydy białka. 1982; Państwowe Wydawnictwo Naukowe

4.Kołodziejczak A, Aminokwasy i peptydy. 2006

Wybierz swoją walutę
0
    0
    Twój koszyk
    Twój koszyk jest pustyWróć do sklepu
      Calculate Shipping
      Zastosuj kupon