Polypeptidi on yhdiste, joka muodostuu kahdesta tai useammasta aminohaposta, jotka on liitetty peptidisidoksilla (amidisidoksilla). Polypeptideillä on elintärkeä rooli eri järjestelmien, elinten, kudosten ja solujen toiminnallisten toimintojen säätelyssä kehossa, ja niitä käytetään usein toiminnallisessa analyysissä, vasta-ainetutkimuksessa ja lääkekehityksessä. Polypeptidien muokkaaminen niiden fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien muuttamiseksi on yleinen tekniikka polypeptiditutkimuksessa. Polypeptidimodifikaatiot ovat erilaisia, ja modifikaatiokohdan perusteella ne voidaan luokitella N--terminaalisiin modifikaatioihin, C--terminaalisiin modifikaatioihin, sivuketjumuunnoksiin, aminohappomuunnelmiin ja rungon modifikaatioihin (kuva 1). Tärkeänä keinona muuttaa peptidien pääketjun rakennetta tai sivuketjuryhmiä, polypeptidimodifikaatiolla voidaan tehokkaasti muuttaa peptidiyhdisteiden fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia, lisätä vesiliukoisuutta, muuttaa niiden biologista jakautumista, pidentää in vivo -vaikutusaikaa, vähentää myrkyllisiä sivuvaikutuksia ja eliminoida immunogeenisyyttä. Tänään esittelemme joitakin tärkeimpiä polypeptidimuunnoksia ja niiden ominaisuuksia.
1. Pyöräily
Luonnossa monet biologisesti aktiiviset polypeptidit ovat syklisiä polypeptidejä; siksi syklisillä peptideillä on lukuisia sovelluksia nykyaikaisessa biolääketieteessä. Lineaarisiin peptideihin verrattuna syklisillä peptideillä on parempi jäykkyys ja ne ovat erittäin vastustuskykyisiä ruoansulatusjärjestelmälle, mikä mahdollistaa niiden selviytymisen ruoansulatuskanavassa ja niillä on vahvempi affiniteetti kohdereseptoreihin. Sykliset peptidit muodostuvat tyypillisesti syklisaation kautta, joka voidaan luokitella sivu-ketjuun--sivu-ketjuun, terminaalista--sivu-ketjuun ja terminaalista-päätteeseen-päästä (pään-}) -ketjuun.
(1) Sivu-ketju--sivu-ketjujen kierto
Disulfidisilta kysteiinitähteiden välillä on yksi yleisimmistä tavoista muodostaa peptidirenkaita, ja tämä menetelmä kuuluu sivu-ketjusta--sivuketjuun-syklisaatioon. Tämä syklisointi otetaan käyttöön poistamalla suojaus kysteiinijäännöksistä ja hapettamalla ne sitten disulfidisidoksen muodostamiseksi. Polysyklinen synteesi voidaan saavuttaa poistamalla selektiivisesti tiolisuojaryhmä. Syklisointi voidaan suorittaa joko liuottimessa dissosioinnin jälkeen tai hartsilla ennen dissosiaatiota. Koska hartsilla olevat peptidit eivät helposti muodosta syklisoituvia konformaatioita, hartsilla tapahtuva syklisointi voi olla vähemmän tehokasta kuin syklisointi liuottimessa. Toinen sivu-sivuketjun-sivu-syklisointi käsittää amidirakenteen muodostumisen asparagiinihappo- tai glutamiinihappotähteiden ja emäksisen aminohapon välille. Tämä edellyttää, että suojaryhmä sivuketjusta on poistettava selektiivisesti sekä hartsista että dissosioinnin jälkeen. Kolmannen tyyppinen sivu-sivuketjun-sivu-syklisointi sisältää bifenyylieetterin muodostumisen tyrosiinista tai p-hydroksifenyyliglysiinistä; näiden yhdisteiden valmistaminen vaatii kuitenkin ainutlaatuisia reaktio-olosuhteita, eikä niitä siksi käytetä yleisesti tavanomaisten peptidien synteesissä.
(2) Pääte-sivuketjuun-
Terminaalisen ---sivuketjun syklisointiin liittyy tyypillisesti amidisidoksen muodostuminen lysiinin tai ornitiinin sivuketjun C--pään ja aminoryhmän välille tai N--pään ja asparagiini- tai glutamiinihapposivuketjun väliin. Jotkut peptidisyklisaatiot muodostuvat myös muodostamalla eetterisidos terminaalisen C--pään ja seriinin tai treoniinin sivuketjun välille.
(3) Pää---- (tai terminaalinen-terminaalinen) syklisaatio muodostuu amidoitumalla peptidin N--terminaalisesta aminoryhmästä ja C--terminaalisesta karboksyyliryhmästä. Ketju{7}}kaltaiset peptidit voidaan syklisoida liuottimessa tai immobilisoida hartsiin sivuketjun syklisoinnin avulla. Syklointi liuottimissa tulisi suorittaa käyttäen alhaisia peptidipitoisuuksia oligomerisoitumisen välttämiseksi. Syklisten peptidien pää{11}}häntäketjusynteesin saanto riippuu ketjupeptidin sekvenssistä. Siksi ennen syklisten peptidien laajamittaista valmistamista on ensin luotava kirjasto mahdollisista ketjun johtopeptideistä, minkä jälkeen on suoritettava syklisointi parhaan tuloksen tuottavan sekvenssin löytämiseksi.
2. Glykosylaatio
Yleisimmät glykopeptidimme, kuten vankomysiini ja teikoplaniini, ovat tärkeitä antibiootteja lääke{0}}resistenttien bakteeri-infektioiden hoidossa. Muita glykopeptidejä käytetään usein immuunijärjestelmän stimuloimiseen. Lisäksi, koska monet mikrobiantigeenit ovat glykosyloituja, glykopeptidien tutkiminen on merkittävää infektioiden terapeuttisen tehon parantamiseksi. Toisaalta tutkimukset ovat osoittaneet, että kasvainsolujen solukalvoilla olevilla proteiineilla on epänormaalia glykosylaatiota, jolloin glykopeptideillä on tärkeä rooli syövän ja kasvaimen immuunipuolustuksen tutkimuksessa. Glykopeptidivalmisteessa käytetään yleensä Fmoc/t-Bu-menetelmää. Glykosyloituja tähteitä, kuten treoniinia ja seriiniä, viedään usein peptideihin pentafluorifenoliesterien aktivoiman Fmoc-suojauksen kautta.
3. Fosforylaatio
Ihmissoluissa yli 30 % proteiineista on fosforyloitunut. Fosforylaatiolla, erityisesti reversiibelillä fosforylaatiolla, on ratkaiseva rooli monien soluprosessien, kuten signaalitransduktion, geeniekspression, solusyklin ja sytoskeleton säätelyn ja apoptoosin säätelyssä.
Fosforylaatiota voidaan havaita monilla aminohappotähteillä, mutta yleisimmät fosforylaatiokohteet ovat seriini-, treoniini- ja tyrosiinitähteet. Fosfotyrosiinia, fosfotreoniinia ja fosfoseriinijohdannaisia voidaan viedä peptideihin synteesin aikana tai muodostua synteesin jälkeen. Selektiivinen fosforylaatio voidaan saavuttaa käyttämällä seriini-, treoniini- ja tyrosiinitähteitä poistamalla selektiivisesti suojaryhmät. Jotkut fosforyloivat aineet voivat myös lisätä fosfaattiryhmiä peptideihin jälkimuokkauksen kautta. Viime aikoina on havaittu tapauksia, joissa lysiinin -kohtaspesifinen fosforylaatio on tapahtunut käyttämällä kemoselektiivistä Staudinger{7}}-fosfiittireaktiota.
