Polypeptid je sloučenina tvořená dvěma nebo více aminokyselinami spojenými peptidovými vazbami (amidové vazby). Polypeptidy hrají zásadní roli při regulaci funkčních aktivit různých systémů, orgánů, tkání a buněk v těle a jsou často používány ve funkční analýze, výzkumu protilátek a vývoji léků. Modifikace polypeptidů za účelem změny jejich fyzikálně-chemických vlastností je běžnou technikou ve výzkumu polypeptidů. Polypeptidové modifikace jsou různé a na základě místa modifikace je lze rozdělit na N-koncové modifikace, C-koncové modifikace, modifikace postranních řetězců, modifikace aminokyselin a modifikace páteře (obrázek 1). Jako důležitý prostředek pro změnu struktury hlavního řetězce nebo skupin postranních řetězců peptidů může modifikace polypeptidu účinně změnit fyzikálně-chemické vlastnosti peptidových sloučenin, zvýšit rozpustnost ve vodě, změnit jejich biologickou distribuci, prodloužit dobu působení in vivo, snížit toxické vedlejší účinky a odstranit imunogenicitu. Dnes si představíme některé z nejdůležitějších modifikací polypeptidů a jejich charakteristiky.
1. Cyklování
V přírodě je mnoho biologicky aktivních polypeptidů cyklických polypeptidů; proto mají cyklické peptidy četné aplikace v moderní biomedicíně. Cyklické peptidy ve srovnání s lineárními peptidy mají lepší rigiditu a jsou vysoce odolné vůči trávicímu systému, což jim umožňuje přežít v trávicím traktu a vykazují silnější afinitu k cílovým receptorům. Cyklické peptidy jsou obvykle tvořeny cyklizací, kterou lze rozdělit do postranního-řetězce-k-postrannímu{5}}řetězci, terminálního-k{7}}postrannímu-řetězci a terminálu-k-propojenému s terminálem (metody cyklizace{1}tail){1}}
(1) Cyklizace postranního-řetězce-k-postranním-řetězcům
Disulfidické můstky mezi cysteinovými zbytky je jedním z nejběžnějších způsobů tvorby peptidových kruhů a tato metoda patří k cyklizaci postranního-řetězce-k-postrannímu{3}}řetězci. Tato cyklizace je zavedena deprotekcí páru cysteinových zbytků a jejich následnou oxidací za vzniku disulfidové vazby. Polycyklické syntézy lze dosáhnout selektivním odstraněním thiolové chránící skupiny. Cyklizace může být provedena buď v rozpouštědle po disociaci nebo na pryskyřici před disociaci. Protože peptidy na pryskyřici nesnadno tvoří cyklizovatelné konformace, může být cyklizace na pryskyřici méně účinná než cyklizace v rozpouštědle. Druhý typ cyklizace postranního-řetězce-postranního-řetězce zahrnuje tvorbu amidové struktury mezi zbytky kyseliny asparagové nebo kyseliny glutamové a bazickou aminokyselinou. To vyžaduje, aby byla ochranná skupina na postranním řetězci selektivně odstraněna, jak na pryskyřici, tak po disociaci. Třetí typ cyklizace postranního-řetězce-postranního-řetězce zahrnuje tvorbu bifenyletheru z tyrosinu nebo p-hydroxyfenylglycinu; příprava těchto sloučenin však vyžaduje jedinečné reakční podmínky, a proto se běžně nepoužívají při syntéze konvenčních peptidů.
(2) Terminál-k-postrannímu řetězci
Cyklizace postranního řetězce -do{1}} typicky zahrnuje vytvoření amidové vazby mezi C-koncem a aminoskupinou lysinového nebo ornitinového postranního řetězce nebo mezi N-koncem a postranním řetězcem kyseliny asparagové nebo glutamové. Některé cyklizace peptidů jsou také tvořeny tvorbou etherové vazby mezi terminálním C-koncem a serinovým nebo threoninovým postranním řetězcem.
(3) Cyklizace od hlavy k -ocasu (neboli koncová-koncová) je tvořena amidací N-koncové aminoskupiny a C-koncové karboxylové skupiny peptidu. Peptidy podobné řetězcům mohou být cyklizovány v rozpouštědle nebo imobilizovány na pryskyřici prostřednictvím cyklizace postranního-řetězce. Cyklování v rozpouštědlech by mělo být prováděno s použitím nízkých koncentrací peptidů, aby se zabránilo oligomerizaci. Výtěžek syntézy cyklických peptidů od hlavového-k-řetězce závisí na sekvenci řetězcového peptidu. Před přípravou cyklických peptidů ve velkém měřítku by proto měla být nejprve vytvořena knihovna potenciálních vedoucích peptidů řetězce, poté by měla následovat cyklizace, aby se našla sekvence, která poskytuje nejlepší výsledky.
2. Glykosylace
Naše nejběžnější glykopeptidy, jako je vankomycin a teikoplanin, jsou důležitými antibiotiky pro léčbu bakteriálních infekcí rezistentních na léky-. Ke stimulaci imunitního systému se často používají jiné glykopeptidy. Kromě toho, protože mnoho mikrobiálních antigenů je glykosylováno, je studium glykopeptidů významné pro zlepšení terapeutické účinnosti infekcí. Na druhou stranu studie zjistily, že proteiny na buněčných membránách nádorových buněk vykazují abnormální glykosylaci, díky čemuž hrají glykopeptidy důležitou roli ve výzkumu rakoviny a nádorové imunitní obrany. Příprava glykopeptidu obecně využívá metodu Fmoc/t-Bu. Glykosylované zbytky, jako je threonin a serin, jsou často zaváděny do peptidů prostřednictvím ochrany Fmoc aktivované estery pentafluorfenolu.
3. Fosforylace
V lidských buňkách je fosforylováno více než 30 % proteinů. Fosforylace, zejména reverzibilní fosforylace, hraje klíčovou roli v řízení mnoha buněčných procesů, jako je signální transdukce, genová exprese, regulace buněčného cyklu a cytoskeletu a apoptóza.
Fosforylaci lze pozorovat na široké škále aminokyselinových zbytků, ale nejběžnějšími cíli fosforylace jsou serinové, threoninové a tyrosinové zbytky. Fosfotyrosin, fosfothreonin a deriváty fosfoserinu mohou být zavedeny do peptidů během syntézy nebo vytvořeny po-syntéze. Selektivní fosforylace může být dosaženo použitím serinových, threoninových a tyrosinových zbytků se selektivním odstraněním chránících skupin. Některá fosforylační činidla mohou také zavést fosfátové skupiny do peptidů prostřednictvím post-modifikace. Nedávno se vyskytly případy místně-specifické fosforylace lysinu pomocí chemoselektivní Staudingerovy-fosfitové reakce.
