Polipeptid je spojina, ki jo tvorita dve ali več aminokislin, povezanih s peptidnimi vezmi (amidne vezi). Polipeptidi igrajo ključno vlogo pri uravnavanju funkcionalnih aktivnosti različnih sistemov, organov, tkiv in celic v telesu in se pogosto uporabljajo v funkcionalni analizi, raziskavah protiteles in razvoju zdravil. Spreminjanje polipeptidov za spreminjanje njihovih fizikalno-kemijskih lastnosti je običajna tehnika pri raziskavah polipeptidov. Modifikacije polipeptidov so raznolike in glede na mesto modifikacije jih lahko razvrstimo v modifikacije N-terminala, modifikacije C-terminala, modifikacije stranske verige, modifikacije aminokislin in modifikacije hrbtenice (slika 1). Kot pomembno sredstvo za spreminjanje strukture glavne verige ali skupin stranskih verig peptidov lahko modifikacija polipeptida učinkovito spremeni fizikalno-kemijske lastnosti peptidnih spojin, poveča topnost v vodi, spremeni njihovo biodistribucijo, podaljša čas delovanja in vivo, zmanjša toksične stranske učinke in odpravi imunogenost. Danes bomo predstavili nekaj najpomembnejših modifikacij polipeptidov in njihove značilnosti.
1. Kroženje
V naravi so številni biološko aktivni polipeptidi ciklični polipeptidi; zato imajo ciklični peptidi številne aplikacije v sodobni biomedicini. Ciklični peptidi imajo v primerjavi z linearnimi boljšo togost in visoko odpornost na prebavni sistem, kar jim omogoča preživetje v prebavnem traktu in izkazujejo večjo afiniteto do tarčnih receptorjev. Ciklični peptidi se običajno tvorijo s ciklizacijo, ki jo je mogoče razvrstiti v metode ciklizacije stranske-verige-na-stran-verige, končne-na-stranske-verige in končne-na-terminalne (glava-na-rep).
(1) ciklizacija stranske-verige-na-stran-verige
Disulfidno premoščanje med cisteinskimi ostanki je eden najpogostejših načinov za tvorbo peptidnih obročev in ta metoda spada v ciklizacijo stranske-verige-na-stran-verige. To ciklizacijo uvedemo tako, da odstranimo zaščito para cisteinskih ostankov in jih nato oksidiramo, da nastane disulfidna vez. Policiklično sintezo lahko dosežemo s selektivno odstranitvijo tiolne zaščitne skupine. Ciklizacijo lahko izvedemo v topilu po disociaciji ali na smoli pred disociacijo. Ker peptidi na smoli ne tvorijo zlahka ciklizirajočih konformacij, je lahko ciklizacija na smoli manj učinkovita kot ciklizacija v topilu. Druga vrsta ciklizacije stranske-verige-stranske-verige vključuje tvorbo amidne strukture med ostanki asparaginske ali glutaminske kisline in bazično aminokislino. To zahteva, da je treba zaščitno skupino na stranski verigi selektivno odstraniti, tako na smoli kot po disociaciji. Tretja vrsta ciklizacije stranske-verige-stranske-verige vključuje tvorbo bifenil etra iz tirozina ali p-hidroksifenilglicina; vendar pa priprava teh spojin zahteva edinstvene reakcijske pogoje in se zato običajno ne uporablja pri sintezi običajnih peptidov.
(2) Terminal-na-stransko verigo
Ciklizacija terminalne-na-stranske verige običajno vključuje tvorbo amidne vezi med C-koncem in amino skupino stranske verige lizina ali ornitina ali med N-koncem in stransko verigo asparaginske ali glutaminske kisline. Nekatere peptidne ciklizacije nastanejo tudi s tvorbo etrske vezi med končnim C-koncem in stransko verigo serina ali treonina.
(3) Ciklizacija od glave-do-repa (ali terminal-terminala) nastane z amidacijo N-terminalne amino skupine in C-terminalne karboksilne skupine peptida. Verigi-podobne peptide je mogoče ciklizirati v topilu ali imobilizirati na smoli s ciklizacijo stranske-verige. Cikelacijo v topilih je treba izvesti z nizkimi koncentracijami peptidov, da se izognemo oligomerizaciji. Izkoristek sinteze cikličnih peptidov od glave-do-repa je odvisen od zaporedja verižnega peptida. Zato je treba pred -pripravo cikličnih peptidov v velikem obsegu najprej ustvariti knjižnico potencialnih verižnih peptidov, ki ji sledi ciklizacija, da bi našli zaporedje, ki daje najboljše rezultate.
2. Glikozilacija
Naši najpogostejši glikopeptidi, kot sta vankomicin in teikoplanin, so pomembni antibiotiki za zdravljenje bakterijskih okužb,-odpornih na zdravila. Drugi glikopeptidi se pogosto uporabljajo za spodbujanje imunskega sistema. Poleg tega, ker je veliko mikrobnih antigenov glikoziliranih, je proučevanje glikopeptidov pomembno za izboljšanje terapevtske učinkovitosti okužb. Po drugi strani pa so študije odkrile, da beljakovine na celičnih membranah tumorskih celic kažejo nenormalno glikozilacijo, zaradi česar imajo glikopeptidi pomembno vlogo pri raziskavah raka in tumorske imunske obrambe. Priprava glikopeptida na splošno uporablja metodo Fmoc/t-Bu. Glikozilirani ostanki, kot sta treonin in serin, so pogosto vneseni v peptide preko Fmoc zaščite, ki jo aktivirajo pentafluorofenol estri.
3. Fosforilacija
V človeških celicah je več kot 30 % beljakovin fosforiliranih. Fosforilacija, zlasti reverzibilna fosforilacija, ima ključno vlogo pri nadzoru številnih celičnih procesov, kot so prenos signala, izražanje genov, regulacija celičnega cikla in citoskeleta ter apoptoza.
Fosforilacijo lahko opazimo na širokem spektru aminokislinskih ostankov, vendar so najpogostejše tarče fosforilacije ostanki serina, treonina in tirozina. Derivati fosfotirozina, fosfotreonina in fosfoserina se lahko vnesejo v peptide med sintezo ali nastanejo po-sintezi. Selektivno fosforilacijo lahko dosežemo z uporabo ostankov serina, treonina in tirozina s selektivno odstranitvijo zaščitnih skupin. Nekateri fosforilirni agensi lahko s post-modifikacijo v peptide uvedejo tudi fosfatne skupine. Pred kratkim so bili primeri mestno-specifične fosforilacije lizina z uporabo kemoselektivne Staudingerjeve-fosfitne reakcije.
