7A-1 TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ. Vybrané kapitoly z chemie přírodních látek

Vybrané kapitoly z chemie přírodních látek

TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ OLIGOPEPTIDY V PŘÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ SYNTÉZA KNIHOVEN

7A-1


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ Po staletí bylo známo, že rostlinné materiály obsahují látky, které lze získat destilací s vodní parou. Tato vonná tekutina byla nazývána esenciální oleje. Používala se v medicíně, ve voňavkářství a jako koření. Studium esenciálních olejů v 19. století položilo jeden ze základních pilířů organické chemie. Bylo zjištěno, že se skládají z mnoha látek, dominantní postavení znamenají však převážně lipofilní nízkomolekulární sloučeniny zvané terpeny. Někdy jsou řazeny mezi lipidy.

O

H3C

OH CH3 CH3

H3C

CH3 H3C karvon mátový olej

pačulový alkohol pačulový olej

α-pinen terpentin

7A-2


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ isoprenové pravidlo (Leopold Růžička 1953, Wallach 1914) [2-methyl-1,3-butadien] počet uhlíků 10 15 20 25 30 40 45 a více

2 3 4 5 6 8 n

2

monoterpen sesquiterpen diterpen sesterterpen triterpen Æ tetraterpen polyterpeny

steroidy

nor-, (dinor-, trinor-, tetranor-) diterpeny triterpeny, steroidy, homoterpeny, homosteroidy

3

1 hlava

počet isoprenů klasifikace

4 pata (ocas)

isoprenové pravidlo spojování jednotek „hlava-pata“

7A-3


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ

biosyntéza CH3COSCoA

CH3COCH2COSCoA

mastné kyseliny

OH OH HOOC

CH2OH

O

O

mevalonlakton

kyselina mevalonová OPP

isopentenyl difosfát

7A-4


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ přehled biosyntézy terpenů (a steroidů) PPO H

DMAPP

C10

OPP

OPP

GPP

IPP

OPP H

OPP

C15 OPP

GPP

IPP

FPP

FPP

geranygeranyldifosfát GGPP

α,α’-dimerizace skvalen

OPP

C20 C30 skvalenoidy: triterpenoidy steroidy

GGPP C40

IPP C25

7A-5


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ MONOTERPENY 2 isoprenové jednotky 10 uhlíků karan

pinan bornan thujan kamfan

7A-6



OH

geranyldifosfát nerol šípková růže pomerančový květ

OH

OH OH

OPP

MONOTERPENY 2 isoprenové jednotky, 10 uhlíků

geraniol šípková růže levandule

cyklasy

limonen pomerančový a citronový olej

OH

α-terpineol

Δ4-karen borovice OH

borneol

OH

α-pinen terpentin

fenchol

O

thujon pelyňková silice

7A-7


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ SESKVITERPENY 3 isoprenové jednotky 15 uhlíků 5

7 9

10

1

2,3-Z 9 10

3

OPP

11

a

1

OPP

11

b

5

7 3

2,3-E

c

d

většinu skeletů lze odvodit od kationtů a a b skelety acyklické, monocyklické a bicyklické uhlovodíky nasycené, nenasycené, alkoholy, aldehydy, ketony kyseliny, laktony a epoxidy

7A-8


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ SESKVITERPENY H 3 isoprenové jednotky 15 uhlíků eudesman bisabolan farnesan germakran

driman eremofilan není dodrženo hlava-pata

humulan

karyofylan

chamazulen

vetivazulen

santalan

bergamotan

7A-9


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ 5

7 9

10

1

6-E/Z 3

OH 11

farnesol, lipový květ

O

zingiberin, zázvor

juvenilní hormony působí při metamorfose hmyzu

COOCH3

juvabion

COOH OH

specifický endogenní inhibitor vyšších rostlin antagonista gibberelinů

O

kyselina abscisová

7A-10



fytan

cembran

loban

labdan

DITERPENY 4 isoprenové jednotky 20 uhlíků

trinervitan

H

H

H H

abietan

pimaran

H

taxan

H H H

ent-kauran

H

gibberellan

kempan

7A-11


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ OH

fytol v molekule chlorofylu

E/Z vitaminy A

OH

retinol retinal

O

H

kyselina abietová, kalafuna

O HO AcO O Ph O Ph N H

OH

AcO

O

taxol Taxus brevifolia, Taxus baccata

O OH

O

taxiny, taxanová skupina tisy, jedovaté prototyp nového chemotherapeutika

Ph

7A-12


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ TRITERPENY 6 isoprenových jednotek biosyntéza skvalenu 30 uhlíků 2 molekuly farnesyldifosfátu (FPP) spojené hlava-hlava další triterpeny vznikají cyklizací skvalenu jde o největší skupinu „isoprenoidů“ a prekursory steroidů

OPP PPO

HH HH

7A-13


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ TRITERPENY 6 isoprenových jednotek 30 uhlíků skvalen

cyklizace skvalenu H

H

H

H H O

skvalenepoxid

HO

H

HO

H

lanosterol

7A-14


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ TRITERPENY 6 isoprenových jednotek 30 uhlíků

dammaran

hopan

onoceran

skvalen nebo 2,3-epoxyskvalen

ambran

malabarikan

H H H

arboran

protostan Æ lanostan

gammaceran

7A-15


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ H H H

dammaran

lupanový skelet

H

základní typy skeletů pentacyklických triterpenů H H

H

H

H H

H

H

lupan

H OH H

oleanan

H H

ursan

příklad známé sloučeniny betulin z kůry březové

H HO H

7A-16


TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ pokračování biosyntézy steroidního jádra (skeletu) ze skvalenu

skvalen

H

H

H HO

O

HO

HO

lanosterol

cyklolanosterol

HO

cholesterol

7A-17



TETRATERPENY 8 isoprenových jedn. 40 uhlíků

fytoen rajčata 3' 6'

β-karoten prekursor vitamínu A Æ 2 molekuly retinolu Æ retinal

6 3

6 3

CHO

CHO

7A-18


OLIGOPEPTIDY V PŘÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ peptidové alkaloidy alkaloidy obsahující aminokyseliny vázané peptidickou vazbou námelové alkaloidy (námel Claviceps převážně purpurea) z podskupiny tripeptidových derivátů lysergové kyseliny, které všechny obsahují prolin kyselina lysergová

O

R1

O

N HO

OH N

H

prolin

N O

R2

N HN

H

aminokyseliny

ergotoxiny (R1= CH(CH3)2), ergotaminy (R1= CH3

7B-19


OLIGOPEPTIDY V PŘÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ peptidové alkaloidy alkaloidy obsahující aminokyseliny vázané peptidickou vazbou cyklopeptidové alkaloidy (zejm. z Rhamnaceae), celkem asi 100 sloučenin typu O R1

O O NH HN A

HN R2

amphibin A, zizyphin A, frangulanin slabá antibiotika, rep. inhibice fosforylace a membránové efekty

7B-20


OLIGOPEPTIDY V PŘÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ peptidové alkaloidy alkaloidy obsahující aminokyseliny vázané peptidickou vazbou amanitiny a falotoxiny CH3 OH H3C HN

O CH2OH O C NH

O C

C O O

HO

N C O

N S CH2 H NH C NH C COR O O

HO

C NH OH C O

O

CH3 CH CH2CH3

NH

α-Amanitin R = NH2 β-Amanitin R = OH

H N

CH3

OH

NH O

S

O NH

O H N

N HH N

N O

N H O CH3OH

OH NH CH3 O

faloidin

LD50 od 0,2 mg/kg (myš)

7B-21

OLIGOPEPTIDY V PŘÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ O


Cys–Tyr–Ile–Gln–Asn–Cys–Pro–Leu–GlyNH2 H2N

oxytocin

H2C

CH3 H3C

9 Gly H2N

H2C O

O

C

peptidové hormony

O

CH

CH2

O C

C C H2

8 Leu

NH

CH N H

O C CH H2C 7 Pro

NH2

C

HN CH O 5 C Asn HN O 6 C CH Cys H2C N CH2 C H2

S S

C

CH2 CH

4 Gln

O CH3

NH C 3 Ile 2 Tyr

1 Cys

CH CH

C H2

NH C

CH3

O

CH NH

CH2

C C CH H2 O NH2

OH

vasopressin Cys–Tyr–Phe–Gln–Asn–Cys–Pro–Arg–GlyNH2

7B-22


OLIGOPEPTIDY V PŘÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ

Cys–Tyr–Phe–Gln–Asn–Cys–Pro–Arg–GlyNH2

vasopressin

S–CH2–CH2–C–Tyr–Phe–Gln–Asn–Cys–Pro–D-Arg–GlyNH2 O

Adiuretin, DDAVP, Octostim® (Ferring) [1-(3-Mercaptopropanoic acid)-8-D-arginin vasopressin] Analog vasopressinu s vysokou antidiuretickou aktivitou, lék na Diabetes insipidus M. Zaoral et al., Coll. Czech. Chem. Commun. 32, 1250 (1967).

7B-23



Ala–Ser–Thr–Thr–Thr–Asn–Tyr–Thr Oktapeptidový segment lidkého viru imunodeficience (HIV) z obálkového glykoproteinu; pojmenovaný peptid T pro vysoký obsah threoninu. Je popsáno, že blokuje in vitro vazbu HIV obálky na lidský leukocytový receptor CD4. COOH O

O N2

N H

N2 O

NH H2C

L-Alanyl-(6-diazo-5-oxo)-L-norleucyl-(6-diazo-5-oxo)-L-norleucin

Tumor-inhibující antibiotikum produkované Streptomyces griseoplanus z půd získaných u města Williamsburg, Iowa

7B-24


OLIGOPEPTIDY V PŘÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ Lidský amylin, peptid vylučovaný s inzulinem 1

Lys–Cys–Asn–Thr–Ala–Thr–Cys–Ala–Thr–Gln–Arg–Leu–Ala–Asn–Phe–Leu–Val–His Ser Ser 37

H2N–Tyr–Thr–Asn–Ser–Gly–Val–Asn–Thr–Ser–Ser–Leu–Ile–Ala–Gly–Phe–Asn–Asn 61

–Tyr–Gly–Gly–Phe–Met–Thr–Ser–Glu–Lys–Ser–Gln–Thr–Pro–Leu–Val Thr Leu 91

HO–Glu–Gly–Lys–Lys–Tyr–Ala–Asn–Lys–Ile–Ile–Ala–Asn–Lys–Phe

β-Endorfin Generický název odvozen od "endogenous morphine“, skupiny látek, endogenních ligandů opiátových receptorů nalezených v mozku i jinde u obratlovců. Účinek je srovnatelný s opiáty jako např. s morfinem. Sekvence 61-91 je z β-lipotropinu, prekursoru o mv ~30,000, z hypothalamu, mozku a jiných tkání.

7B-25


OLIGOPEPTIDY V PŘÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ endorfinům jsou příbuzné enkefaliny Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu

Met-enkefalin Leu-enkefalin

endogenní ligandy opiátových receptorů izolované r. 1975 z mozku prasat syntetizovány byly stovky derivátů přírodních neuropeptidů, které se používají i prakticky analgetika, proti obesitě (omezují chuť k jídlu) Phe—Gly—Gly—Phe—Thr—Gly—Ala—Arg—Lys—Ser—Ala—Arg—Lys—Leu—Ala—Asn—Gln

Nociceptin, orphanin FQ; OFQ, strukturně podobný leč neváže se ke klasickým opioidním receptorům. Váže se na příbuzný receptor ORL-1. Neuropeptidy jsou příkladem látek s relativně volným konformačním uspořádáním jejichž vazba na receptor je umožněna tzv. indukovaným přizpůsobením. (Dynamický farmakofor)

7B-26

OLIGOPEPTIDY V PŘÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ Vybrané kapitoly z chemie přírodních látek

OR

H3C HO

NH2 O

O O O NH

O

O

Cl

O

NH

N H

O

N H

H N

O O

N H NH2

H3CO O HO

RO' O

OH O OH OH

O CH3

HO

OH OH

R'

R

Actaplanin A

mannosylglukosa

mannosa

Actaplanin B1

rhamnosylglukosa

mannosa

Actaplanin B2 Actaplanin B3

glukosa mannosylglukosa

mannosa H

Actaplanin C1

rhamnosylglukosa

H

Actaplanin G

glukosa

H

Komplexní glykopeptidové antibiotikum z Actinoplanes missouriensis též popsána růstově stimulační aktivita

7B-27



H N

HOOC H2N

O

O

CH3 O CH3 OH OH N O H O HO HN

H

CH3

O Muramyl dipeptid Synthetické immunoadjuvans odpovídající nejmenší imunologicky aktivní glykopeptidové subjednotce bakteriální buněčné stěny.

7B-28


OLIGOPEPTIDY V PŘÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ ACTH Kortikotropin, adrenokortikotropin; Acethropan (Hoechst); Acortan, Acton, Isactid (Ferring); Acthar (RPR); Cortiphyson (Promonta); Cortrophin (Organon); Hormon z podvěsku mozkového, který stimuluje sekreci adrenálních kortikoidních steroidů a indukuje růst kůry nadledvin (adrenálního kortexu). Vyskytuje se i v ženské moči a moči březích kobyl. Kortikotropin je polypeptid o jednom řetězci s 39 aminokyselinami. Prvých 24 AK je identických u všech zvířat. In vivo studie ukazují, že tato část peptidu je zodpovědná za biologickou aktivitu a že ostatní aminokyseliny, které nenesou odpovědnost za hormonální aktivitu jsou důležité v druhové imunologické specifičnosti ACTH. Termín α-ACTH se někdy používá k odlišení produktu vzniklého působením pepsinu či kyselin, tzv. β-ACTH. ACTH stimuluje produkci kortikosteroidů, glukokortikoidů, mastných kyselin v buňkách, snižuje koncentraci glukosy v krvi, ovlivňuje metabolizmus bílkovin a nervový systém. Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-Lys-Pro-Val-Gly-Lys-Lys-Arg-Arg-Pro-Val-Lys-Val-Tyr-Pro Zmiňovaný fragment 1-24 (Cosyntropin) má plnou biologickou aktivitu ACTH.

7B-29


SYNTÉZA KNIHOVEN

Jaké prostředky má chemik k odhalení nových, biologicky aktivních látek? • vařit a zkoušet 1:10-100 000 • mít zkušenost a cit, vařit a zkoušet • vařit analoga (Me, Et, Pr, i-Pr, Bu ….. ) a zkoušet • vařit cíleně s použitím molekulárního modelování a zkoušet • obměňovat aktivní látky z databází a zkoušet • kupovat vzorky od těch, co vaří a zkoušet • vařit mnoho syntéz najednou a zkoušet (stroje) • vařit knihovny a zkoušet screeningová laboratoř otestuje 100 vzorků denně (na jednom zařízení)

7B-30


SYNTÉZA KNIHOVEN

biodiversita

nevelký syntetický arzenál

rozpoznání rozměry rozpoznání významnými centry (H-vazba, náboj) interakce s násobnými vazbami (p-interakce…) chirální rozpoznání a j. odpověď na rozpoznání ovlivnění enzymatických reakcí a stavu membrán signální a hormonální reakce aktivace zásobáren (poolů) a j.

7B-31

Merrifieldova syntéza na pevné fázi [Solid-Phase Peptide Synthesis (SPPS)] R. B. Merrifield, J. Am. Chem. Soc. 85, 2149 (1963). Syntéza dlouhých peptidů zahrnující následující kroky: (1) připojení C-koncové aminokyseliny na nerozpustný polymerní nosič (pryskyřici „P“), (2) prodloužení peptidového řetězce, a (3) odstranění chránící skupiny (opakuje se krok (2)), a (4) odštěpení peptidu z pryskyřice: O

:

NBoc

HO

R P

NH2

P

DCC

O

1. CF3COOH 2. NEt3

O

O

N H

NBoc R1

N

O O

O

R P

O

R

R1

N H

NH2 R1

7B-32

syntéza epothilonu A na pevné fázi

H3C CH3 LDA ZnCl2

O

OHC

CH3

H3C

COOH OTBS

O

O

HO

(90 %)

CH3 O

H3C H3C H3C

CH3

S CH3 N

COOH OTBS

DCC 4-DMAP (80 %)

OH

O

PCy3 O HO H3C H3C H3C

CH3

CH3 O

Cl

Ru

Cl

S CH3

O

Ph HO

PCy3 H3C

N O

OH

1.

2. TFA 3. epoxidace

CH3

CH3 O

H3C H3C TBSO

S CH3 N

O O

7B-33

syntéza pevné fázi napodobuje přírodu

NH2

NH2 N

N N

N O OH O R'

tRNA O O P OH O

O HO

O NH

N

tRNA O

P O

N

N

N

O

O

O

H2N

R

OH

účast terminálního nukleotidu z tRNA na tvorbě peptidové vazby

O

NH2

NH2 N

N N

N O

tRNA O O P OH O

O HO

OH OH

R' NH O

P O

O

N

tRNA O

N

N N

O

O

O

N H

R

OH

7B-34

kombinatoriální syntéza Cíleně orientované kombinatoriální seskupování částí molekul

připravíme sadu molekulových komponent a vyzkoušíme jejich afinitu k cílovému systému, vybereme ty, které se znatelně váží.

7B-35

Cíleně orientované kombinatoriální seskupování částí molekul

Připravíme knihovnu všech elementů, které se samy vázaly na cílový systém a otestujeme jejich vazebnou afinitu. Získáme nejlepší kombinaci, kterou zkoumáme dále.

7B-36

kombinatoriální syntéza systémem „náhodných sekvencí“

rozdělení je náhodné

A1 A1

A2

A2

A3

A2 A3

rozdělení

společné operace

smíchání

vnesení diverzity

rozdělení

A3

přípravné syntetické kroky

A2A 1

A3

A3A 1

A2

A 1A 2

A2

A2A2

A3

A3A2

A1

A3

A1A 1

A2

A1

A2

A1

A3

A1A3

A2

A2 A3

A3

A 3A 3

testování, dekonvoluce

A1

smíchání

A1

vnesení diverzity

A1

7B-37


SYNTÉZA KNIHOVEN

7B-38


SYNTÉZA KNIHOVEN

7B-39


SYNTÉZA KNIHOVEN

7B-40

manuální syntetizér pro pevnou fázi s randomizačním členem fy CSPS

automatický syntetizér peptidů fy Applied Biosystems

7B-41

příklad farmakoforové hyperplochy, která ukazuje analýzu knihovny vzhledem k očekávaným vlastnostem takovou plochu lze změřit, nebo předpovědět

7B-42

KONEC

Presented material is aimed mainly at the students of the Institute of Chemical Technology, Prague. Some of its data stems from public sources and for reasons of simplicity and clarity not all quotations are properly cited as it is common in technical literature. With possible objections please turn directly to the authors.

7B-43

7A-1 TERPENY V PŔÍRODĚ V REGULACI BIOLOGICKÝCH DĚJŮ, SYNTHETICKÉ VYUŽITÍ. Vybrané kapitoly z chemie přírodních látek

Recommend Documents