Úvod do chemické biologie peptidů a proteinů

Úvod do chemické biologie peptidů a proteinů Jaroslav Šebestík Ústav Organické Chemie a Biochemie AV ČR, vvi

http://pept.N2.cz/

Doporučená literatura ●

●

●

Johnes, J. H., J. Peptide Sci. 2006, 12, 1 Fields, G.B., Noble, R.L. Int. J. Peptide Protein Res. 1990, 35, 161 Sewald, N., Jakubke, H.D., Peptides: Chemistry and Biology, Wiley 2002

●

Nishiuchi, Y., Sakakibara, S., FEBS Lett. 1982, 148, 260

●

Muir, T.W., J. Peptide Sci. 2003, 9, 612

●

Wu, H. C., Chang, D. K., J. Oncology 2010, Article ID 723798

●

Watjen, W., et al., Mol. Nutr. Food Res. 2009, 53, 431

●

Sebestik, J., Niederhafner, P.,Jezek, J., Amino Acids, in press

●

Budesinsky M., Sebestik J., Bednarova L., Baumruk V., Safarik M., Bour P.; J. Org. Chem. 2008, 73, 1481

Chemie peptidů a proteinů ●

Aminokyseliny jako stavební jednotky

●

Vliv stavebních jednotek na strukturu

●

Chemická syntéza

●

Nativní chemická ligace

●

Rekombinantní syntéza

●

Semi-syntéza proteinů

AMK - Nositelé náboje

http://en.wikipedia.org/wiki/Amino_acid

Polární nenabité AMK


Hydrofobní AMK


AMK zvláštní případy




●


●

Chemická syntéza

●


●


●


Vzorce peptidů

H-Ala-Ser-OH

H-Ser-Ala-OH

AS

SA

Vzorce peptidů cyklo(Tyr-Asp-Met-Val) cyklo(Asp-Met-Val-Tyr) cyklo(Met-Val-Tyr-Asp) cyklo(Val-Tyr-Asp-Met) c-YDMV c-DMVY c-MVYD c-VYDM

Vzorce peptidů/AMK

H-Glu-OtBu

H-Thr(tBu)-OH

H-Glu(OtBu)-OH

Boc-Lys-OH

H-Lys(Boc)-OH

Charakteristické torzní úhly

JACS, 2005, 127, 17079

Biochem. 2002, 41, 14637

Cis a Trans amidová vazba

Omega = 180

o

Omega = 0

o

Charakteristické torzní úhly ve stupních Phi Psi alfa-helix -57 -47 pi-helix -57 -70 310-helix -60 -30 polyprolin II helix -75 145 anti-paralelní beta-skládaný list -139 135 paralelní beta-skládný list -119 113 beta-ohyb -60 -30 gama-ohyb 75 -64

Alfa-helix

(1)

(2)

Ala, Val, Leu, Phe, Trp, Met, His, Gln

Polyprolin II helix

Beta skládaný list

DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA Toxická forma A1-42

Konformační flexibilita krátkých peptidů

H-Ala-D-Pro-Gly-Ala-OH

Priony a Factor-X

Cordeiro, Y. et al.; JBC 276, 49400 (2001).



●


●

Chemická syntéza

●


●


●


Chemická syntéza peptidů (CSP) ●

Syntéza v roztoku

●

Syntéza na pevné fázi

●

Kombinace syntézy na pevné fázi se syntézou v roztoku

Divergentní syntéza v roztoku

N-chránící skupiny

C-chránící skupiny

Kondenzační činidla

Divergentní syntéza v roztoku Výtěžek/100% Výtěžek [ 1 ]

1.0000 0.8000 0.6000 DCC/Boc PyBOP/Boc DCC/Z na mPEG20000

0.4000 0.2000 0.0000

0

20

40

60

Počet AA [ 1 ]

80

100

120

Divergentní syntéza na pevné fázi

Chránící skupiny

Boc/Bzl Strategie

Fmoc/tBu Strategie

Deleční a zkrácené peptidy

Divergentní syntéza na pevné fázi Molární zlomek [ 1 ]

1.0000 0.8000 0.6000 Idealní 99.9% Snadný 99% po 7AA Běžný 98% po 10AA

0.4000 0.2000 0.0000

0

20

40

60

Počet AA [ 1 ]

80

100

120

Konvergentní syntéza s chráněnými fragmenty

●

Racemizace

●

Rozpustnost

Řešení ?

C-koncový Gly, Pro pokud nelze tak Ala, Arg

Řešení ? ●

●

Kondenzace nechráněných peptidových fragmentů Vyžaduje chemoselektivní reakci mezi spojovanými (ligovanými) fragmenty



●


●

Chemická syntéza

●


●


●


Chemické ligace

Kent, Science 1992

Jiné ligace

Ligace s předchozím zachycením

(chráněných peptidů 1986, C-fragment volný 1989, volných 1993)

Kemp, JOC 1986, 1989, 1993

Kent 1994 Science

Doporučená aditiva pro nativní chemické ligace

200 mM MPAA, 20 mM TCEP, 6 M GndCl, 0.2 M fosfátový pufr pH 7.0, 25 oC

Modulární syntéza

Kent 2004, ANIE

Kineticky řízená ligace

Kent 2006, ANIE

Syntéza crambinu

Omezené množství Cys v proteinech ? Considering random mathematical occurrence for an amino acid coded by two codons (3.28%), cysteine is underrepresented in all organisms investigated. Representation of cysteine appears to correlate positively with the complexity of the organism, ranging between 2.26% in mammals and 0.5% in some members of the Archeabacteria order. Attila Miseta, and Peter Csutora. Relationship Between the Occurrence of Cysteine in Proteins and the Complexity of Organisms. Molecular Biology and Evolution 17(8), 1232-1239 (2000).

Náhradní řešení ● ●

●

Použití SeH skupiny v Sec Použití pomocné chránící skupiny s SH skupinou Použití pomocné SH/SeH skupiny v aminokyselině

Použití pomocné chránící skupiny s SH skupinou

Použití pomocné SH/SeH skupiny v aminokyselině desulfurace/deselenace

Použití pomocné SH/SeH skupiny v aminokyselině alkylace

Možnosti Aminokyselina Cys Gly Ala Val Phe Lys Met Sec Glu Gln

Kodón(y) Pravděpodobnost [ % ] Běžné aminokyseliny UGU, UGC 3.13 GGU, GGC, GGA, GGG 6.25 GCU, GCC, GCA, GCG 6.25 GUU, GUC, GUA, GUG 6.25 UUU, UUC 3.13 AAA, AAG 3.13 AUG 1.56 Součet: 29.69 UGA opál stop* <1.56 Isosterní deriváty aminokyselin GAA, GAG 3.13 CAA, CAG 3.13 Celkem více než: 35.94

Syntéza thioesterů/thiokyselin

Syntéza thioesterů na „Safety-Catch“ pryskyřicích

Syntéza thioesterů se samočištěním na pryskyřici

Seitz, 2007, ANIE



●


●

Chemická syntéza

●


●


●


Zavedení syntetického oligonukleotidu do DNA

Zisk rekombinantního proteinu z genu



●


●

Chemická syntéza

●


●


●


Inteiny

Kent 1994 Science

Peptidová léčiva a jejich syntéza Peptid AMK Roztok Pryskyřice Rekombinantní Oxytocin 9 * Atosiban 9 * Desmopresin 9 * * Terlipresin 12 * * Insulin 51 * * Glukagon 29 * * LH-RH 10 * * Buserelin 9 * Kortikoliberiny 41 * Somatostatin 14 * *

Peptidy a proteiny jako léčiva ●

Peptidové a proteinové hormony

●

Signální peptidy

●

Peptidová antibiotika a antimikrobiální peptidy

●

Peptidové toxiny

●

Anti-fůzní peptidy

●

Peptidové vakcíny

●

Monoklonální protilátky

●

Cílená léčba (smart-drugs)

Hypothalamus+Hypofýza

http://en.wikipedia.org/wiki/Hypothalamus http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/Theorie/endocrinologie.html

Sekvence některých hormonů TRH

GnRH pGlu-His-Trp-Ser-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly-NH2

CRH pGlu-His-Pro-NH2

Vasopresin Oxytocin

SEEPPISLDLTFHLLREVLEM ARAEQLAQQAHSNRKLMEII-amid

Desmopresin (DDAVP) [1-deamino-D-Arg8]vasopresin

AcO- * 3 H2O

Atosiban [1-deamino-D-Tyr2(Et)-Thr4-Orn8]oxytocin AcO-

Hormony slinivky břišní

Glukagon x Insulin ●

Štěpení glykogenu - játra

●

Syntéza glykogenu - játra

●

Glykolýza – játra

●

Glukoneogeneze – játra

●

Mobilizace mastných kyselin – tuková tkáň

Zvyšuje X Snižuje

●

●

●

●

●

●

Vstřebávaní glukózy – svaly Vstřebávaní glukózy – játra Syntéza glykogenu – játra Glykolýza a produkce AcCoA – játra, svaly Syntéza mastných kyselin – játra Syntéza triacylglycerolů – tuková tkáň

Další peptidy trávícího traktu ●

Sekretin; Glukagon; VIP, GIP

●

Gastrin; Cholecystokinin; Neuropeptid Y

●

Insulin; Relaxin

●

Substance P (tachykininy); Neurokininy A a B

●

Somatostatin, Kortikostatin

●

Epidermalní růstový faktor (EGF)



●

Signální peptidy

●


●

Peptidové toxiny

●


●

Peptidové vakcíny

●


●


JBC 2001, 276, 1317

Jaderný lokalizační signál (NLS)

JBC 2003, 278, 34245

Jaderný exportní signál (NES)

„Quorum sensing“

„Quorum sensing“

Inhibitor virulence S. aureus



●

Signální peptidy

●


●

Peptidové toxiny

●


●

Peptidové vakcíny

●


●


Fusafungin

Amfipatické peptidy



●

Signální peptidy

●


●

Peptidové toxiny

●


●

Peptidové vakcíny

●


●


α-Bungarotoxin z Naja nigricollis

150 μg/kg

α-Konotoxin

Toxiny hub - Amanita sp. Phalloidin 2000 μg/kg

Toxiny hub - Amanita sp. α-Amanitin 100 μg/kg

Antamanide



●

Signální peptidy

●


●

Peptidové toxiny

●


●

Peptidové vakcíny

●


●


Fuzeon (enfuvirtide)

Fuzeon (enfuvirtide)

Fimbrie



●

Signální peptidy

●


●

Peptidové toxiny

●


●

Peptidové vakcíny

●


●


MAP vakcíny

J. Peptide Sci. 2005, 11, 757



●

Signální peptidy

●


●

Peptidové toxiny

●


●

Peptidové vakcíny

●


●


http://en.wikipedia.org/wiki/ Monoclonal_antibodies



●

Signální peptidy

●


●

Peptidové toxiny

●


●

Peptidové vakcíny

●


●


Farmakokinetika dendrimerů

Úvod do chemické biologie peptidů a proteinů

Recommend Documents