Polipeptid je spoj koji čine dvije ili više aminokiselina povezanih peptidnim vezama (amidne veze). Polipeptidi igraju vitalnu ulogu u regulaciji funkcionalnih aktivnosti različitih sustava, organa, tkiva i stanica u tijelu, a često se koriste u funkcionalnoj analizi, istraživanju protutijela i razvoju lijekova. Modificiranje polipeptida kako bi se promijenila njihova fizikalno-kemijska svojstva uobičajena je tehnika u istraživanju polipeptida. Modifikacije polipeptida su raznolike, a na temelju mjesta modifikacije mogu se kategorizirati u modifikacije N-terminala, modifikacije C-terminala, modifikacije bočnog lanca, modifikacije aminokiselina i modifikacije okosnice (Slika 1). Kao važno sredstvo mijenjanja strukture glavnog lanca ili skupina bočnih lanaca peptida, modifikacija polipeptida može učinkovito promijeniti fizikalno-kemijska svojstva peptidnih spojeva, povećati topljivost u vodi, promijeniti njihovu biodistribuciju, produljiti vrijeme djelovanja in vivo, smanjiti toksične nuspojave i eliminirati imunogenost. Danas ćemo predstaviti neke od najvažnijih modifikacija polipeptida i njihove karakteristike.
1. Ciklus
U prirodi su mnogi biološki aktivni polipeptidi ciklički polipeptidi; stoga ciklički peptidi imaju brojne primjene u modernoj biomedicini. Ciklički peptidi, u usporedbi s linearnim peptidima, imaju bolju krutost i visoku su otpornost na probavni sustav, što im omogućuje preživljavanje u probavnom traktu i pokazuje jači afinitet za ciljne receptore. Ciklički peptidi obično se formiraju ciklizacijom, koja se može kategorizirati u metode ciklizacije bočnog-lanca-na-bočnog-lanca, terminalnog-na-bočnog-lanca i terminalnog-na-terminalnog (glava-na-repa).
(1) Ciklizacija bočnog-lanca-na-bočnog-lanca
Disulfidno premošćivanje između cisteinskih ostataka jedan je od najčešćih načina formiranja peptidnih prstenova, a ova metoda pripada ciklizaciji bočnog-lanca-na-bočnog-lanca. Ova ciklizacija se uvodi uklanjanjem zaštite s para cisteinskih ostataka i zatim njihovom oksidacijom kako bi nastala disulfidna veza. Policiklička sinteza može se postići selektivnim uklanjanjem tiolne zaštitne skupine. Ciklizacija se može izvesti u otapalu nakon disocijacije ili na smoli prije disocijacije. Budući da peptidi na smoli ne stvaraju lako ciklizacijske konformacije, ciklizacija na smoli može biti manje učinkovita od ciklizacije u otapalu. Druga vrsta ciklizacije bočnog-lanca-bočnog-lanca uključuje stvaranje amidne strukture između ostataka asparaginske kiseline ili glutaminske kiseline i bazične aminokiseline. To zahtijeva da se zaštitna skupina na bočnom lancu mora selektivno ukloniti, i na smoli i nakon disocijacije. Treći tip ciklizacije bočnog-lanca-bočnog-lanca uključuje stvaranje bifenil etera iz tirozina ili p-hidroksifenilglicina; međutim, priprema ovih spojeva zahtijeva jedinstvene reakcijske uvjete i stoga se obično ne koristi u sintezi konvencionalnih peptida.
(2) Terminal-na-bočni lanac
Ciklizacija terminalnog-na-bočnog lanca obično uključuje stvaranje amidne veze između C-kraja i amino skupine lizinskog ili ornitinskog bočnog lanca, ili između N-kraja i bočnog lanca asparaginske ili glutaminske kiseline. Neke ciklizacije peptida također nastaju stvaranjem eterske veze između terminalnog C-kraja i bočnog lanca serina ili treonina.
(3) Ciklizacija od -na-rep (ili terminal-terminal) nastaje amidacijom N-terminalne amino skupine i C-terminalne karboksilne skupine peptida. Lančani-peptidi mogu se ciklizirati u otapalu ili imobilizirati na smoli ciklizacijom-bočnog lanca. Ciklizaciju u otapalima treba izvesti korištenjem niskih koncentracija peptida kako bi se izbjegla oligomerizacija. Prinos sinteze lanca od glave-do-repa cikličkih peptida ovisi o sekvenci peptidnog lanca. Stoga, prije -pripreme cikličkih peptida u velikim razmjerima, najprije treba stvoriti biblioteku potencijalnih vodećih lančanih peptida, nakon čega slijedi ciklizacija kako bi se pronašao slijed koji daje najbolje rezultate.
2. Glikozilacija
Naši najčešći glikopeptidi, kao što su vankomicin i teikoplanin, važni su antibiotici za liječenje bakterijskih infekcija-otpornih na lijekove. Drugi glikopeptidi često se koriste za stimulaciju imunološkog sustava. Nadalje, budući da su mnogi mikrobni antigeni glikozilirani, proučavanje glikopeptida značajno je za poboljšanje terapeutske učinkovitosti infekcija. S druge strane, studije su otkrile da proteini na staničnoj membrani tumorskih stanica pokazuju abnormalnu glikozilaciju, zbog čega glikopeptidi igraju važnu ulogu u istraživanju raka i imunološke obrane tumora. Priprema glikopeptida općenito koristi metodu Fmoc/t-Bu. Glikozilirani ostaci, kao što su treonin i serin, često se uvode u peptide preko Fmoc zaštite aktivirane pentafluorofenol esterima.
3. Fosforilacija
U ljudskim stanicama više od 30% proteina je fosforilirano. Fosforilacija, posebno reverzibilna fosforilacija, igra ključnu ulogu u kontroli mnogih staničnih procesa, kao što su prijenos signala, ekspresija gena, regulacija staničnog ciklusa i citoskeleta te apoptoza.
Fosforilacija se može uočiti na širokom rasponu aminokiselinskih ostataka, ali najčešći ciljevi fosforilacije su ostaci serina, treonina i tirozina. Derivati fosfotirozina, fosfotreonina i fosfoserina mogu se unijeti u peptide tijekom sinteze ili nastati nakon-sinteze. Selektivna fosforilacija može se postići korištenjem ostataka serina, treonina i tirozina sa selektivnim uklanjanjem zaštitnih skupina. Neka sredstva za fosforilaciju također mogu uvesti fosfatne skupine u peptide putem post-modifikacije. Nedavno je bilo slučajeva fosforilacije lizina specifične za mjesto-upotrebom kemoselektivne Staudinger-fosfitne reakcije.
